CN111270150B - 一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低温高强度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，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控冷、正火+回火工艺，生产出超低温高强度13MnNi6‑3容器钢，解决了超低温高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

一种超低温高强度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强度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-90℃超低温13MnNi6-3容器钢板具有高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CN104451386B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，合金成本较高，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，但该专利通篇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CN103056484A-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。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，考虑到超低温13MnNi6-3容器钢需要有-90℃超低温高冲击性能和高强度，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强度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％～1.60％，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％，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→正火+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150～264min，精轧开轧温度860～880℃，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790～830℃，返红温度680～720℃；
热处理工艺：正火温度880～900℃，在炉时间以2.5±0.1min/mm计，回火温度600～660℃，在炉时间以3.0±0.1min/mm计。
技术效果：本发明根据EN 10028-4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控冷、正火+回火工艺，生产出超低温高强度13MnNi6-3容器钢，解决了超低温高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强度13MnNi6-3容器钢生产方法，采用150～260mm厚度铸坯轧成30～60mm厚度钢板。
前所述的一种超低温高强度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％～1.60％，P≤0.008％，S≤0.002％，Ni：0.55％～0.65％，Nb：0.030％～0.040％，V：0.02％～0.035％，Alt：0.020％～0.035％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.42％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种超低温高强度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％～0.58％，Nb：0.030％～0.035％，V：0.02％～0.030，Alt：0.020％～0.035％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.42％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.11％，Si：0.30％，Mn：1.56％，P：0.010％，S：0.001％，Ni：0.55％，Nb：0.035％，V：0.03％，Ti：0.0033％，Alt：0.032％，Ceq＝0.41％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用150mm厚度铸坯轧成40mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1205℃，出钢温度1188℃，坯料在炉时间159min，均热段时间55min，精轧开轧温度868℃，待温坯厚度80mm，二阶段终轧温度810℃，返红温度689℃；
热处理工艺：正火温度898℃，在炉时间103min，回火温度603℃，在炉时间121min。
前所述的一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.10％，Si：0.27％，Mn：1.51％，P：0.010％，S：0.001％，Ni：0.58％，Nb：0.033％，V：0.025％，Ti：0.0033％，Alt：0.023％，Ceq＝0.396％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用150mm厚度铸坯轧成30mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1216℃，出钢温度1191℃，坯料在炉时间151min，均热段时间41min，精轧开轧温度880℃，待温坯厚度70mm，二阶段终轧温度798℃，返红温度685℃；
热处理工艺：正火温度890℃，在炉时间72min，回火温度612℃，在炉时间92min。
前所述的一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.11％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.010％，S：0.002％，Ni：0.64％，Nb：0.035％，V：0.035％，Ti：0.0033％，Alt：0.032％，Ceq＝0.43％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用260mm厚度铸坯轧成50mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1218℃，出钢温度1194℃，坯料在炉时间253min，均热段时间54min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度102mm，二阶段终轧温度826℃，返红温度697℃；
热处理工艺：正火温度881℃，在炉时间125min，回火温度650℃，在炉时间153min。
前所述的一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，化学成分及质量百分比如下：C：0.12％，Si：0.30％，Mn：1.53％，P：0.010％，S：0.002％，Ni：0.55％，Nb：0.040％，V：0.026％，Ti：0.0033％，Alt：0.032％，Ceq＝0.413％，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用260mm厚度铸坯轧成60mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1214℃，出钢温度1198℃，坯料在炉时间259min，均热段时间57min，精轧开轧温度861℃，待温坯厚度126mm，二阶段终轧温度829℃，返红温度717℃；
热处理工艺：正火温度886℃，在炉时间150min，回火温度658℃，在炉时间184min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明获得的产品力学性能达到技术标准要求，其屈服强度≥375MPa，抗拉强度≥510MPa，同时-90℃、1/4厚度横向冲击功单值Akv≥145J，显微组织为铁素体+回火贝氏体组织，钢板1/4厚度的晶粒尺寸控制在8～9μm，晶粒度控制在10级，具有良好的强韧性能，成功解决了13MnNi6-3钢板在高强度技术要求下生产的超低温高强度容器钢冲击性能不稳定及焊接性不稳定的技术难点；
(2)本发明成功解决了国内四辊双机架可逆的2800mm轧机生产线生产高强度、-90℃高冲击韧性超低温容器钢的技术难点。
附图说明
图1为本发明实施例4产品1/4厚度处正火+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强度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→正火+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，正火工艺见表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(％)
C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Ni(％) Nb(％) V(％) Ti(％) Alt(％) Ceq(％)
实施例1 0.10 0.27 1.51 0.010 0.001 0.58 0.033 0.025 0.0033 0.023 0.396
实施例2 0.11 0.30 1.56 0.010 0.001 0.55 0.035 0.030 0.0033 0.032 0.410
实施例3 0.11 0.30 1.60 0.010 0.002 0.64 0.035 0.0035 0.0033 0.032 0.430
实施例4 0.12 0.30 1.53 0.010 0.002 0.55 0.040 0.026 0.0033 0.032 0.413
由于高强度低温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760～780℃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，在炉时间全部按照偏上限控制，完全奥实体化后，通过调整辊速，让组织转变充分，获得良好的正火组织，根据不同厚度，采用600～660℃回火温度，提高冲击韧性，同时解决了超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产需要昂贵的合金成本设计来达到-90℃超低温冲击要求的难题。
表2 加热工艺
Figure BDA0002430859580000041
Figure BDA0002430859580000051
由于实验钢要获取高强度，超低温冲击性能，为改善减轻铸坯低倍质量影响，钢板粗轧采用高温大压下模式进行控轧，轧后立即采用控冷方式，降低高温状态下晶粒长大速度，选用150～260mm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 BDA0002430859580000052
在轧制过程中为避免出现晶粒粗大，影响强度和和超低温冲击韧性值，故采用二阶段展宽轧制方法，且一阶段轧制道次形变率≥25％，二阶段道次形变率≥18％，确保晶粒组织足够细小。
表4 正火工艺
成品厚(mm) 正火温度(℃) 在炉时间(min)
实施例1 30 890 72
实施例2 40 898 103
实施例3 50 881 125
实施例4 60 886 150
表5 回火工艺
成品厚(mm) 回火温度(℃) 在炉时间(min)
实施例1 30 612 92
实施例2 40 603 121
实施例3 50 650 153
实施例4 60 658 184
表6 力学性能测试
Figure BDA0002430859580000053
Figure BDA0002430859580000061
表7 力学性能测试
Figure BDA0002430859580000062
如图1所示，产品厚度60mm，热处理后的钢板1/4厚度金相组织为铁素体+回火贝氏体组织，且钢板1/4厚度处晶粒尺寸控制在8～9μm，晶粒度控制在10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，采用低碳+低锰+0.60％Ni+0.035％Nb+0.03％V且碳当量Ceq≤0.43％得到合金化成份设计，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正火+回火热处理工艺，从而弥补了常规轧制生产线因装备能力有限而不能够生产高强度、-90℃超低温高韧性、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：屈服强度≥375MPa，抗拉强度≥510MPa，同时-90℃、1/4厚度横向冲击功单值Akv≥145J，具备良好强韧性性能。
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 (6)

1.一种超低温高强度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%，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→正火+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150～264min，精轧开轧温度860～880℃，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790～830℃，返红温度680～720℃；
热处理工艺：正火温度880～900℃，在炉时间以2.5±0.1min/mm计，回火温度600～660℃，在炉时间以3.0±0.1min/mm计；
-90℃、1/4厚度横向冲击功单值Akv≥145J。
2.根据权利要求1所述的一种超低温高强度13MnNi6-3容器钢生产方法，其特征在于：采用150～260mm厚度铸坯轧成30～60mm厚度钢板。
3.根据权利要求2所述的一种超低温高强度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%，Si：0.27%，Mn：1.51%，P：0.010%，S：0.001%，Ni：0.58%，Nb：0.033%，V：0.025%，Ti：0.0033%，Alt：0.023%，Ceq=0.396%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用150mm厚度铸坯轧成30mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1216℃，出钢温度1191℃，坯料在炉时间151min，均热段时间41min，精轧开轧温度880℃，待温坯厚度70mm，二阶段终轧温度798℃，返红温度685℃；
热处理工艺：正火温度890℃，在炉时间72min，回火温度612℃，在炉时间92min。
4.根据权利要求2所述的一种超低温高强度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：0.11%，Si：0.30%，Mn：1.56%，P：0.010%，S：0.001%，Ni：0.55%，Nb：0.035%，V：0.03%，Ti：0.0033%，Alt：0.032%，Ceq=0.41%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用150mm厚度铸坯轧成40mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1205℃，出钢温度1188℃，坯料在炉时间159min，均热段时间55min，精轧开轧温度868℃，待温坯厚度80mm，二阶段终轧温度810℃，返红温度689℃；
热处理工艺：正火温度898℃，在炉时间103min，回火温度603℃，在炉时间121min。
5.根据权利要求2所述的一种超低温高强度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：0.11%，Si：0.30%，Mn：1.60%，P：0.010%，S：0.002%，Ni：0.64%，Nb：0.035%，V：0.035%，Ti：0.0033%，Alt：0.032%，Ceq=0.43%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用260mm厚度铸坯轧成50mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1218℃，出钢温度1194℃，坯料在炉时间253min，均热段时间54min，精轧开轧温度870℃，待温坯厚度102mm，二阶段终轧温度826℃，返红温度697℃；
热处理工艺：正火温度881℃，在炉时间125min，回火温度650℃，在炉时间153min。
6.根据权利要求2所述的一种超低温高强度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：0.12%，Si：0.30%，Mn：1.53%，P：0.010%，S：0.002%，Ni：0.55%，Nb：0.040%，V：0.026%，Ti：0.0033%，Alt：0.032%，Ceq=0.413%，余量为Fe及不可避免的杂质；
出炉轧制工艺：采用260mm厚度铸坯轧成60mm厚度钢板，加热段温度1220～1240℃，均热温度1214℃，出钢温度1198℃，坯料在炉时间259min，均热段时间57min，精轧开轧温度861℃，待温坯厚度126mm，二阶段终轧温度829℃，返红温度717℃；
热处理工艺：正火温度886℃，在炉时间150min，回火温度658℃，在炉时间184min。
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