CN111270149B - 一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法 - Google Patents

一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6‑3容器钢生产方法，涉及钢铁冶炼技术领域，根据EN 10028‑4标准及性能协议标准，通过低碳+低锰+0.60%Ni+0.035%Nb+0.03%V且碳当量Ceq≤0.43%的合金化成份设计，采用铸坯生产并配合合理的控轧工艺、淬火+回火工艺生产出超低温高心部冲击大厚度13MnNi6‑3容器钢，解决了超低温高心部冲击韧性昂贵成分设计的复杂问题。生产工序简单、快捷交付，成本低廉，为石化容器制造标志型高端产品，高强度、超低温高心部冲击韧性、高焊接性能特定的超低温容器用钢研制开发对适用性广的超低温容器钢市场开发具有指标性引领意义。

Description

一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法。
背景技术
根据国家对绿色、环保、清洁能源的要求，石油化工、煤化工、LPG储罐行业得到迅速发展。随着国民经济的快速发展和低温技术的普及，液氮、液氧、液氩、液氢等液化天然气低温液体广泛应用，各行各业对贮存和输送低温液体的低温容器的需求不断增长。低温容器具有体积小、储存运输方便等特点，但低温液体一般都具有易燃易爆、低温特性和易膨胀扩散性，其使用温度一般较低，对低温合金钢的强度、韧性和厚度规格的要求也越来越高。一种铸坯生产超低温高强度13MnNi6-3容器钢已成为石油和液化气体超低温容器设备制造的重要金属材料，由于液化气体储罐用钢服役条件苛刻，这对钢板性能要求尤其是冲击温度要求非常低，因所装能源介质液化温度低，在运输过程需要有很高的冲击韧性，随着中俄能源合作广泛，市场需求大。
国内很多钢厂均在研究低成本的高强度高韧性低温容器钢生产工艺，但对于铸坯生产的-80℃超低温且达到80mm厚度13MnNi6-3容器钢板具有高心部冲击韧性生产制造方法目前尚未见报道。已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。公开号为CN104451386 B的一种低屈强比石油储备罐体用610MPa高强度钢板及其制造方法，通过合理的工艺设计，其成分设计中添加了Mo+Ni贵金属以及Nb、Ti、V微合金组合设计，轧制采用在线淬火+离线回火工艺，成本较高，同时描述了10-40mm厚度钢板试样通过设计的生产工艺得到合理的性能，但主要介绍生产工艺得到的性能中，冲击温度没有公布。公开号为CN103056484 A的一种低温合金钢板的手工电弧焊焊接工艺，采用合理的成分设计，生产38mm厚度钢板，且得到较高的强韧性性能，但未公布母材具体的成分设计，力学性能中，只公布了-60℃低温冲击能够达到≥190J冲击性能，钢板厚度只到38mm且冲击温度只到了-60℃。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，考虑到超低温13MnNi6-3容器钢需要有-80℃超低温高心部冲击性能，还要求有良好的焊接性能，所有的要求均要易于生产且成本较低。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.10％～0.12％，Si：0.25％～0.40％，Mn：1.50％～1.60％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ni：0.55％～0.65％，Nb：0.030％～0.040％，V：0.025％～0.035％，Alt：0.020％～0.050％，H≤0.0002％，N≤0.0050％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43％，余量为Fe及不可避免的杂质；
包括铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→铸坯堆垛缓冷→铸坯检验→铸坯判定→铸坯验收→铸坯加热→除鳞→控轧→探伤→抛丸→淬火+回火→矫直→切割、取样→喷印标识→检验→入库，其中：
出炉轧制工艺：出钢温度1180～1200℃，坯料在炉时间234～286min，二阶段开轧温度850～870℃，待温坯厚度控制在成品钢板厚度的2倍以上，二阶段终轧温度840～860℃；
热处理工艺：淬火温度870～890℃，在炉时间以1.8±0.1min/mm计，回火温度640～660℃，在炉时间以3.0±0.1min/mm计。
技术效果：根据EN 10028-4标准及性能协议标准，通过低碳+低锰+0.60％Ni+0.035％Nb+0.03％V且碳当量Ceq≤0.43％的合金化成份设计，采用铸坯生产并配合合理的控轧工艺、淬火+回火工艺生产出超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢，解决了超低温高心部冲击韧性昂贵成分设计的复杂问题。生产工序简单、快捷交付，成本低廉，为石化容器制造标志型高端产品，高强度、超低温高心部冲击韧性、高焊接性能特定的超低温容器用钢研制开发对适用性广的超低温容器钢市场开发具有指标性引领意义。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，采用260mm厚度铸坯轧成80mm厚度钢板。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.10％～0.12％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.50％～1.60％，P≤0.008％，S≤0.001％，Ni：0.55％～0.65％，Nb：0.030％～0.040％，V：0.025％～0.035％，Alt：0.020％～0.050％，H≤0.00015％，N≤0.0040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.10％～0.12％，Si：0.25％～0.40％，Mn：1.50％～1.55％，P≤0.010％，S≤0.003％，Ni：0.55％～0.60％，Nb：0.035％～0.038％，V：0.025％～0.028％，Alt：0.020％～0.050％，H≤0.0002％，N≤0.0050％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.10％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.010％，S：0.001％，Ni：0.58％，Nb：0.030％，V：0.025％，Ti：0.0033％，Alt：0.023％，H：0.000165％，N：0.0045％，Ceq＝0.394％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1200℃，出钢温度1180℃，坯料在炉时间286min，均热段时间60min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度160mm，二阶段终轧温度860℃；
热处理工艺：淬火温度880℃，在炉时间140min，辊速0.030m/s，回火温度650℃，在炉时间243min。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.11％，Si：0.30％，Mn：1.55％，P：0.008％，S：0.003％，Ni：0.55％，Nb：0.035％，V：0.030％，Ti：0.0035％，Alt：0.020％，H：0.00018％，N：0.0050％，Ceq＝0.411％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1213℃，出钢温度1187℃，坯料在炉时间278min，均热段时间56min，精轧开轧温度868℃，待温坯厚度160mm，二阶段终轧温度857℃；
热处理工艺：淬火温度870℃，在炉时间152min，辊速0.035m/s，回火温度640℃，在炉时间248min。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.11％，Si：0.40％，Mn：1.60％，P：0.008％，S：0.002％，Ni：0.65％，Nb：0.040％，V：0.035％，Ti：0.0035％，Alt：0.050％，H：0.00020％，N：0.0043％，Ceq＝0.43％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1220℃，出钢温度1200℃，坯料在炉时间234min，均热段时间40min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度163mm，二阶段终轧温度856℃；
热处理工艺：淬火温度880℃，在炉时间140min，辊速0.030m/s，回火温度650℃，在炉时间237min。
前所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.12％，Si：0.20％，Mn：1.55％，P：0.008％，S：0.002％，Ni：0.55％，Nb：0.038％，V：0.025％，Ti：0.0033％，Alt：0.032％，H：0.00016％，N：0.0043％，Ceq＝0.42％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1209℃，出钢温度1195℃，坯料在炉时间253min，均热段时间48min，精轧开轧温度850℃，待温坯厚度161mm，二阶段终轧温度840℃；
热处理工艺：淬火温度890℃，在炉时间136min，辊速0.050m/s，回火温度660℃，在炉时间232min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明产品力学性能达到技术标准要求，其1/4厚度和1/2厚度抗拉强度≥498MPa，同时-80℃、1/4厚度和1/2厚度横向冲击功Akv≥135J，显微组织为铁素体+回火贝氏体组织，钢板1/2厚度的晶粒尺寸控制在10～12μm，晶粒度控制在8级，具有良好强韧性性能，解决了13MnNi6-3钢板在高强度技术要求下生产超低温高心部冲击大厚度容器钢冲击性能不稳定及焊接性不稳定技术难点；
(2)本发明成功解决了国内四辊单机架可逆的5000mm轧机生产线生产高强度、-80℃高心部冲击韧性超低温容器钢的技术难点。
附图说明
图1为实施例1产品1/2厚度处淬火+回火金相组织图。
具体实施方式
实施例1-实施例4分别提供一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，包括铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→铸坯堆垛缓冷→铸坯检验→铸坯判定→铸坯验收→铸坯加热→除鳞→控轧→探伤→抛丸→淬火+回火→矫直→切割、取样→喷印标识→检验→入库。
具体产品化学成分及质量百分比见表1，加热工艺见表2，控轧工艺见表3，淬火工艺见表4，回火工艺见表5，产品各项力学性能测试见表6、表7。
表1化学成分及质量百分比(％)
Figure BDA0002430857640000041
Figure BDA0002430857640000051
由于超低温高心部冲击大厚度容器钢板冲击温度非常低，故粗轧轧制必须采用高温大压下，钢板轧后板形较差，需要在770～790℃进行在线预矫，保证原始板形。在坚持低成本生产要求的基础上，为确保热处理充分，在炉时间遵循温度高在炉时间短及温度低在炉时间长原则进行控制，完全奥实体化后，淬火透彻，淬火通过调整辊速至0.03～0.05m/s，获得良好的淬火组织，采用640～660℃回火温度，提高心部冲击韧性，同时本生产方法解决了超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产需要昂贵的合金成本设计达到-80℃超低温心部冲击要求。
表2加热工艺
Figure BDA0002430857640000052
由于实验钢要获取高强度，超低温心部冲击性能，为改善铸坯低倍质量影响，钢板需要粗轧采用高温大压下模式进行控轧，确保高温态晶粒度足够细小，选用260mm厚度坯料，且均热温度控制在1200℃左右，考虑合金溶解需要时间，在炉时间适当延长，确保坯料钢温整体均匀，避免出现“红黑”相间的钢温。
表3控轧工艺
Figure BDA0002430857640000053
Figure BDA0002430857640000061
在轧制过程中为避免出现晶粒粗大，影响强度和和超低温心部冲击韧性值，故采用二阶段展宽轧制方法，且一阶段轧制道次形变率≥30％，二阶段道次形变率≥21％，确保晶粒组织足够细小。
表4淬火工艺
成品厚(mm) 淬火温度(℃) 在炉时间(min) 辊速(m/s)
实施例1 80 880 140 0.030
实施例2 80 870 152 0.035
实施例3 80 880 140 0.030
实施例4 80 890 136 0.050
表5回火工艺
成品厚(mm) 回火温度(℃) 在炉时间(min)
实施例1 80 650 243
实施例2 80 640 248
实施例3 80 650 237
实施例4 80 660 232
表6力学性能测试
Figure BDA0002430857640000062
表7力学性能测试
Figure BDA0002430857640000063
如图1所示，产品厚度80mm，热处理后的钢板1/2厚度金相组织为铁素体+回火贝氏体组织，且钢板1/2厚度处晶粒尺寸控制在10～12μm，晶粒度控制在8级。
在实际工业生产过程中，为避免出现不能满足大压下轧制要求，易造成原始晶粒尺寸粗大甚至出现混晶现象，严重影响强度和低温冲击韧性相匹配的力学性能，故对轧制设备和热处理装备能力及精度要求较高。本发明根据EN 10028-4标准及协议标准，采用铸坯生产超低温高强度13MnNi6-3容器钢，利用横纵向展宽轧制坯料设计方法，采用控轧控冷工艺结合最优的淬火+回火热处理工艺，从而弥补了满足常规轧制生产线不能够生产大厚度、-80℃超低温高心部冲击韧性、高焊接稳定性的13MnNi6-3容器钢的不足。产品力学性能达到技术标准要求，其实际水平达到：1/4厚度和1/2厚度抗拉强度≥498MPa，同时-80℃、1/4厚度和1/2厚度横向冲击功Akv≥135J，具备良好强韧性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：
化学成分及质量百分比如下：C：0.10%～0.12%，Si：0.25%～0.40%，Mn：1.50%～1.60%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ni：0.55%～0.65%，Nb：0.030%～0.040%，V：0.025%～0.035%，Alt：0.020%～0.050%，H≤0.0002%，N≤0.0050%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43%，余量为Fe及不可避免的杂质；
包括铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→铸坯堆垛缓冷→铸坯检验→铸坯判定→铸坯验收→铸坯加热→除鳞→控轧→探伤→抛丸→淬火+回火→矫直→切割、取样→喷印标识→检验→入库，其中：
出炉轧制工艺：出钢温度1180～1200℃，坯料在炉时间234～286min，二阶段开轧温度850～870℃，待温坯厚度控制在成品钢板厚度的2倍以上，二阶段终轧温度840～860℃；
热处理工艺：淬火温度870～890℃，在炉时间以1.8±0.1min/mm计，回火温度640～660℃，在炉时间以3.0±0.1min/mm计；
-80℃、1/4厚度和1/2厚度横向冲击功Akv≥135J。
2.根据权利要求1所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：采用260mm厚度铸坯轧成80mm厚度钢板。
3.根据权利要求2所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：化学成分及质量百分比如下：C：0.10%～0.12%，Si：0.25%～0.35%，Mn：1.50%～1.60%，P≤0.008%，S≤0.001%，Ni：0.55%～0.65%，Nb：0.030%～0.040%，V：0.025%～0.035%，Alt：0.020%～0.050%，H≤0.00015%，N≤0.0040%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43%，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：化学成分及质量百分比如下：C：0.10%～0.12%，Si：0.25%～0.40%，Mn：1.50%～1.55%，P≤0.010%，S≤0.003%，Ni：0.55%～0.60%，Nb：0.035%～0.038%，V：0.025%～0.028%，Alt：0.020%～0.050%，H≤0.0002%，N≤0.0050%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43%，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：
化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.10%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P：0.010%，S：0.001%，Ni：0.58%，Nb：0.030%，V：0.025%，Ti：0.0033%，Alt：0.023%，H：0.000165%，N：0.0045%，Ceq=0.394%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1200℃，出钢温度1180℃，坯料在炉时间286min，均热段时间60min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度160mm，二阶段终轧温度860℃；
热处理工艺：淬火温度880℃，在炉时间140min，辊速0.030m/s，回火温度650℃，在炉时间243min。
6.根据权利要求2所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：
化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.11%，Si：0.30%，Mn：1.55%，P：0.008%，S：0.003%，Ni：0.55%，Nb：0.035%，V：0.030%，Ti：0.0035%，Alt：0.020%，H：0.00018%，N：0.0050%，Ceq=0.411%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1213℃，出钢温度1187℃，坯料在炉时间278min，均热段时间56min，精轧开轧温度868℃，待温坯厚度160mm，二阶段终轧温度857℃；
热处理工艺：淬火温度870℃，在炉时间152min，辊速0.035m/s，回火温度640℃，在炉时间248min。
7.根据权利要求2所述的一种超低温高心部冲击大厚度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：
化学成分及质量百分比如下：化学成分及质量百分比如下：C：0.11%，Si：0.40%，Mn：1.60%，P：0.008%，S：0.002%，Ni：0.65%，Nb：0.040%，V：0.035%，Ti：0.0035%，Alt：0.050%，H：0.00020%，N：0.0043%，Ceq=0.43%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：加热段温度1220～1240℃，均热温度1220℃，出钢温度1200℃，坯料在炉时间234min，均热段时间40min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度163mm，二阶段终轧温度856℃；
热处理工艺：淬火温度880℃，在炉时间140min，辊速0.030m/s，回火温度650℃，在炉时间237min。
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