CN111270159A - 一种超低温高强度a537cl2容器钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温高强度A537CL2容器钢板及其生产方法，属于炼钢领域。本发明的钢板，其化学成分组成按照重量百分比计，包括如下组分C：0.13‑0.15％，Si：0.30‑0.40％，Mn：1.30‑1.50％，P≤0.013％，S≤0.003％，Ni：0.15‑0.17％，Nb：0.014‑0.016％，V：0.017‑0.019％，Alt：0.020‑0.040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.39％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的生产方法，通过合理的合金化成份设计，配合合理的控轧控冷、淬火+回火工艺生产超低温高强度A537CL2容器钢，减少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，制作出的容器钢板各力学性能指标均达到技术标准要求，屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa，同时‑80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv≥125J的良好强韧性性能。

Description

一种超低温高强度A537CL2容器钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种超低温高强度A537CL2容器钢板 及其生产方法。

背景技术

根据国家绿色、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。能源运输用压力容器钢的发展趋势逐步转向大型化和高压化，这必然对压力容器钢力学 性能提出了更加复杂的技术要求。一种铸坯生产超低温高强度A537CL2容器钢已成为石油和 液化低温容器设备制造的重要金属材料，由于LPG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A537CL2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。高 强度、高韧性、高焊接性能特定的低温容器用钢研制开发对储存脱氢丙烷LPG储罐容器钢市 场开发具有指标性引领意义。

经检索，公开号为：CN109022690A，发明创造名称为：低温韧性压力容器用SA537CL2 钢板及其生产方法，该申请案通过合理的工艺设计，其成分设计中，添加了Cr+Ni+Cu以及 Nb、V微合金组合设计，成本较高，同时描述了10-60mm厚度钢板试样通过设计的生产工艺 得到合理的性能，但该申请案主要介绍生产工艺得到的性能中，-60℃冲击值很高，并未涉及 -80℃冲击值情况。

又如公开号为：CN106834943A，发明创造名称为：高韧性压力容器用A537CL2钢板及 生产方法，该申请案采用合理的成分设计，生产10-40mm厚度钢板，且得到较高的强韧性性 能。但该申请案成分设计随着厚度增加，采用的是Cr+Ni+Cu成分设计理念，力学性能中-45℃ 冲击功值很高，但在-80℃低温下冲击性能情况较差。

又如公开号为：CN107475620B，发明创造名称为：低温压力容器用调质型A537CL2钢 板及生产方法，该申请案采用合理的成分设计，生产55-250mm厚度钢板，且得到较高的强 韧性性能。但该申请案成分设计随着厚度增加，采用的是Cr+Ni以及Nb、V微合金组合设计 理念，力学性能中-45℃冲击功值很高，但并未涉及-80℃超低温情况，以及冶炼过程中增加 了VD真空冶炼工序，增加了冶炼成本。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中A537CL2容器钢生产超低温冲击性能不佳的问题，拟 提供一种超低温高强度A537CL2容器钢板及其生产方法，本发明的一种超低温高强度 A537CL2容器钢板，通过合理的合金化成分设计，采用铸坯生产超低温高强度A537CL2容器钢板，力学性能达到标准要求，实际水平达到屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa， 同时-80℃，1/4厚度横向冲击功Akv≥125J的良好强韧性性能；本发明的生产方法易于生产且成本较低，成功解决了537CL2钢板在项目应用上需要进行高强度技术要求下，生产超低温高强度容器钢冲击性能不稳定及焊接性不稳定技术难点。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，该钢板的化学成分组成，按照重量百分 比计，包括C：0.13-0.15％，Si：0.30-0.40％，Mn：1.30-1.50％，P≤0.013％，S≤0.003％，Ni： 0.15-0.17％，Nb：0.014-0.016％，V：0.017-0.019％，Alt：0.020-0.040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.39％，余量为Fe及不可避免的杂质。

更进一步地，该钢板的屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa，同时-80℃下，1/4厚度 横向冲击功Akv≥125J。

更进一步地，该钢板显微组织为铁素体+贝氏体组织，钢板1/4厚度的晶粒尺寸为5μm-7 μm，晶粒度为10级。

本发明的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，包括以下步骤：

S1、转炉炼钢：

其中熔炼钢水化学成分以重量百分比计，包括C：0.13-0.15％，Si：0.30-0.40％，Mn： 1.30-1.50％，P≤0.013％，S≤0.003％，Ni：0.15-0.17％，Nb：0.014-0.016％，V：0.017-0.019％， Alt：0.020-0.040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.39％，余量为Fe及不可避免 的杂质；

S2、出炉及轧制：出炉后铸坯采用二阶段控制轧制；

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理。

更进一步地，步骤S2中坯料在炉时间为150-220min，出钢温度为1180-1200℃。

更进一步地，步骤S2中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，其中第一阶段轧制道次形变率 ≥23％，第二阶段道次形变率≥17％。

更进一步地，步骤S2中待温坯厚度控制在≥1.6h，h为成品钢板厚度，轧制第二阶段开 轧温度为850-870℃，终轧温度770-790℃，轧后控制冷却，其返红温度为660-680℃。

更进一步地，步骤S3中淬火温度为880-900℃，在炉时间为2.0±0.1min/mm，回火温度 为600-620℃，在炉时间为3.0±0.1min/mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，各力学性能指标均达到技术标准 要求，其实际的生产水平达到：屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa，同时-80℃下，1/4 厚度横向冲击功Akv≥125J的良好强韧性性能。

(2)本发明的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，通过合理的合金化成 份设计，配合合理的控轧控冷、淬火+回火工艺生产超低温高强度A537CL2容器钢，减少超 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。

(3)本发明的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，成功解决了铸坯生产 A537CL2容器钢具有高强度且-80℃超低温冲击性能不稳定，焊接性不稳定等技术难点。

(4)本发明一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，成功解决了在国内某钢 厂四辊双机架可逆的2800mm轧机生产线能够生产高强度、-80℃高冲击韧性低温容器钢，设 备投入低廉。

附图说明

图1为本发明中37mm厚度钢板在1/4厚度处淬火+回火金相组织示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、 “第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，该钢板的化学成分组成，按照重量百 分比计，包括C：0.15％，Si：0.32％，Mn：1.33％，P：0.01％，S：0.0008％，Ni：0.17％，Nb：0.015％，V：0.018％，Alt：0.028％，Ceq：0.39％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中该容器钢板的生产方法如下：

S1、转炉炼钢：

其中熔炼钢水化学成分以重量百分比计，如上包括C：0.15％，Si：0.32％，Mn：1.33％， P：0.01％，S：0.0008％，Ni：0.17％，Nb：0.015％，V：0.018％，Alt：0.028％，Ceq：0.39％， 余量为Fe及不可避免的杂质

S2、出炉及轧制：本实施例采用150mm的厚度板坯，坯料加热段温度为1220-1240℃， 均热温度：1200-1220℃，均热段时间：40-60min，具体本实施例中均热温度为1213℃，均热 段时间为43min，坯料在炉时间为153min，出钢温度为1193℃；本实施例要获取高强度、超 低温冲击性能，为改善减轻铸坯低倍质量影响，需要粗轧采用高温大压下及精轧控制轧制二 阶段轧制模式，由于大压下造成板型较差，为确保性能均匀性，采用760-780℃进行在线预矫， 保证原始板形从而确保冷却均匀，随后立即采用控冷方式，降低高温状态下晶粒长大速度。 本实施例选用150mm厚度坯料，且均热温度控制在1200℃左右，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。

本实施例中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，且第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二 阶段道次形变率≥17％，在轧制过程中可以有效避免晶粒粗大，避免影响强度和超低温冲击 韧性值，确保晶粒组织足够细小；晒钢厚度即待温坯厚度控制为60mm，成品钢板厚度h为 37mm，第二阶段轧制开轧温度为867℃，终轧温度789℃，轧后控制冷却，其返红温度为677℃。

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理，其中淬火温度为890℃，在炉时间为75min，回 火温度为611℃，在炉时间为113min。

本实施例生产出的37mm厚的钢板，经检测其力学性能为：屈服强度482MPa，抗拉强度599MPa，延伸率28％，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv为210/200/126:179；具有 良好强韧性性能。

如图1所示，为本实施例生产出的钢板1/4厚度金相组织示意图，组织为铁素体+板条贝 氏体组织，且钢板1/4厚度处晶粒尺寸为5μm-7μm，晶粒度控制在10级。

本实施例根据ASTMA537/A537M标准，通过低碳+低锰+0.17％Ni+0.015％Nb+0.018％V 且碳当量Ceq≤0.39的合金化成份设计，采用铸坯生产超低温高强度A537CL2容器钢板，力 学性能达到技术标准要求，其实际水平达到：屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa，同 时-80℃，1/4厚度横向冲击功Akv≥125J的良好强韧性性能；本实施例加工所获得的这些强 度、塑性、横向冲击韧性性能指标均达到技术标准要求，同时也满足了国际某大型LPG储罐 设备项目所要求的力学性能设计标准。各区域能源储备、运输等服役条件苛刻，对-80℃超低 温冲击韧性性能要求高，在实际工业生产过程中，为避免在生产过程中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，从而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。本实施例利用横纵向展 宽轧制坯料设计方法，采用控轧控冷工艺结合优化的淬火+回火热处理工艺，从而弥补了满足 常规轧制生产线因装备能力有限而不能够生产高强度、-80℃超低温高韧性、高焊接稳定性的 A537CL2容器钢的缺陷。

实施例2

本实施例的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实 施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括C：0.14％，Si：0.35％，Mn：1.36％， P：0.01％，S：0.002％，Ni：0.16％，Nb：0.015％，V：0.017％，Alt：0.032％，Ceq：0.38％， 余量为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中该容器钢板的生产方法如下：

S1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

S2、出炉及轧制：本实施例采用150mm的厚度板坯，均热温度为1207℃，均热段时间为57min，坯料在炉时间为179min，出钢温度为1189℃；

本实施例中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，且第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二 阶段道次形变率≥17％，待温坯厚度控制为65mm，成品钢板厚度h为37mm，第二阶段轧制 开轧温度为862℃，终轧温度783℃，轧后控制冷却，其返红温度为663℃。

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理，其中淬火温度为898℃，在炉时间为75min，回 火温度为603℃，在炉时间为111min。

本实施例生产出的37mm厚的钢板，经检测其力学性能为：屈服强度444MPa，抗拉强度588MPa，延伸率30％，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv为256/245/230:244；具有 良好强韧性性能。

实施例3

本实施例的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实 施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括C：0.14％，Si：0.35％，Mn：1.4％， P：0.009％，S：0.0008％，Ni：0.15％，Nb：0.014％，V：0.018％，Alt：0.032％，Ceq：0.39％， 余量为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中该容器钢板的生产方法如下：

S1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

S2、出炉及轧制：本实施例采用150mm的厚度板坯，均热温度为1212℃，均热段时间为57min，坯料在炉时间为217min，出钢温度为1198℃；

本实施例中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，且第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二 阶段道次形变率≥17％，待温坯厚度控制为63mm，成品钢板厚度h为37mm，第二阶段轧制 开轧温度为851℃，终轧温度772℃，轧后控制冷却，其返红温度为663℃。

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理，其中淬火温度为881℃，在炉时间为76min，回 火温度为618℃，在炉时间为113min。

本实施例生产出的37mm厚的钢板，经检测其力学性能为：屈服强度450MPa，抗拉强度575MPa，延伸率34％，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv为226/219/158:201；具有 良好强韧性性能。

实施例4

本实施例的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实 施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括C：0.15％，Si：0.30％，Mn：1.3％， P：0.013％，S：0.003％，Ni：0.15％，Nb：0.016％，V：0.019％，Alt：0.02％，Ceq：0.38％， 余量为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中该容器钢板的生产方法如下：

S1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

S2、出炉及轧制：本实施例采用150mm的厚度板坯，均热温度为1200℃，均热段时间为40min，坯料在炉时间为150min，出钢温度为1180℃；

本实施例中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，且第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二 阶段道次形变率≥17％，待温坯厚度控制为63mm，成品钢板厚度h为37mm，第二阶段轧制 开轧温度为850℃，终轧温度770℃，轧后控制冷却，其返红温度为660℃。

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理，其中淬火温度为880℃，在炉时间为77min，回 火温度为600℃，在炉时间为114min。

本实施例生产出的37mm厚的钢板，经检测其力学性能为：屈服强度478MPa，抗拉强度593MPa，延伸率31％，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv为189/207/166:187；具有 良好强韧性性能。

实施例5

本实施例的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实 施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括C：0.13％，Si：0.40％，Mn：1.5％， P：0.005％，S：0.001％，Ni：0.16％，Nb：0.014％，V：0.017％，Alt：0.04％，Ceq：0.39％， 余量为Fe及不可避免的杂质。

本实施例中该容器钢板的生产方法如下：

S1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

S2、出炉及轧制：本实施例采用150mm的厚度板坯，均热温度为1220℃，均热段时间为60min，坯料在炉时间为220min，出钢温度为1200℃；

本实施例中出炉后铸坯采用二阶段轧制控制，且第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二 阶段道次形变率≥17％，待温坯厚度控制为64mm，成品钢板厚度h为37mm，第二阶段轧制 开轧温度为870℃，终轧温度790℃，轧后控制冷却，其返红温度为680℃。

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理，其中淬火温度为900℃，在炉时间为71min，回 火温度为620℃，在炉时间为108min。

本实施例生产出的37mm厚的钢板，经检测其力学性能为：屈服强度443MPa，抗拉强度571MPa，延伸率37％，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv为215/238/198:217；具有 良好强韧性性能。

如下表1为上述实施例中钢种化学成分信息表：

如下表2为上述实施例中钢板加热出炉的工艺信息表：

如下表3为上述实施例中钢板轧制控制的工艺信息表：

如下表4为上述实施例中钢板热处理工艺信息表：

如下表5为上述实施例中加工出的37mm厚度的钢板力学性能信息表：

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超低温高强度A537CL2容器钢板，其特征在于：该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括C：0.13-0.15％，Si：0.30-0.40％，Mn：1.30-1.50％，P≤0.013％，S≤0.003％，Ni：0.15-0.17％，Nb：0.014-0.016％，V：0.017-0.019％，Alt：0.020-0.040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.39％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，其特征在于：该钢板的屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥570MPa，同时-80℃下，1/4厚度横向冲击功Akv≥125J。

3.根据权利要求3所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板，其特征在于：该钢板显微组织为铁素体+板条贝氏体组织，钢板1/4厚度的晶粒尺寸为5μm-7μm，晶粒度为10级。

4.一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、转炉炼钢：

其中熔炼钢水化学成分以重量百分比计，包括C：0.13-0.15％，Si：0.30-0.40％，Mn：1.30-1.50％，P≤0.013％，S≤0.003％，Ni：0.15-0.17％，Nb：0.014-0.016％，V：0.017-0.019％，Alt：0.020-0.040％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.39％，余量为Fe及不可避免的杂质；

S2、出炉及轧制：出炉后铸坯采用二阶段控制轧制；

S3、热处理工艺：进行淬火及回火处理。

5.根据权利要求4所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，其特征在于：步骤S2中采用坯料厚度为150mm，在炉时间为150-220min，均热温度：1200-1220℃，均热段时间：40-60min，出钢温度为1180-1200℃。

6.根据权利要求4或5所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，其特征在于：步骤S2中出炉后铸坯采用二阶段控制轧制，其中第一阶段轧制道次形变率≥23％，第二阶段道次形变率≥17％。

7.根据权利要求6所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，其特征在于：步骤S2中待温坯厚度控制在≥1.6h，h为成品钢板厚度，轧制第二阶段开轧温度为850-870℃，终轧温度770-790℃，轧后控制冷却，其返红温度为660-680℃。

8.根据权利要求5所述的一种超低温高强度A537CL2容器钢板的生产方法，其特征在于：步骤S3中淬火温度为880-900℃，在炉时间为2.0±0.1min/mm，回火温度为600-620℃，在炉时间为3.0±0.1min/mm。

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