CN112063930A - 稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法，其成分为：C0.10～0.16％、Mn1.20～1.60％、Si0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0020～0.0040％，O≤20ppm，其余为Fe及不可避免的夹杂。通过微合金元素Nb、Ti和微量稀土合金，进一步提高钢的低温韧性。采用严格控制钢水O、S含量的方法生产稀土钢，在冶炼后期通过钙处理使钢水中的Ca含量保持在较高水平，实现了稀土钢的连续浇铸、批量化生产，解决了稀土钢性能不稳定的问题。

Description

稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于压力容器钢板及其制造方法，特别涉及稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法。
背景技术
压力容器用钢板系专用于制造石油、化工、气体分离和储运等容器或者其他设备的钢材，随着国民经济的快速发展，石油化工行业对压力容器钢的强度、塑性、韧性的要求越来越高，特别是对压力容器钢的低温韧性提出了更高的要求。
为了克服日益严酷的低温服役条件，目前常用的方法为添加昂贵的Ni合金，在《GB3531-2014低温压力容器用钢板》中对于低于-40℃使用要求的压力容器钢种都对Ni元素含量做出了最低添加量限度要求，Ni虽然可以改善钢材的韧性，但是也增加了压力容器钢的生产成本，同时Ni元素容易使钢板形成较难处理的氧化表皮等缺陷，在钢坯加热时需要进行特殊防氧化保护，增加了劳动力和生产成本。所以，需要找到一种更经济更高效生产满足更低使用温度要求的低温压力容器钢的方法。
2013年5月29日公开的公开号为CN103122436A的中国专利公开了一种“-70℃正火型低温压力容器用钢”，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.09～0.12％，Si：0.15～0.50％，Mn：1.2～1.6％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.02～0.04％，Ni：0.40～0.80％，Ti：0.006～0.010％，Alt：0.020～0.034％，余量为Fe和不可避免的杂质。该制造方法是:采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料，经过转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、轧制和冷却、正火热处理等工序得到-70℃正火型低温压力容器钢板。该专利钢中添加了Ni，使得钢的合金成本提高，且在更低温度下不能满足低温韧性的应用要求。
2019年10月8日公开的CN107937804B公开了“高韧性低温压力容器用钢板及其制造方法”，该专利虽然摒弃了Ni合金化，采用V、N微合金化，制得-60℃冲击韧性KV2≥80J的低温压力容器钢板。该专利要求压缩比≥15，限制了钢板的成品厚度；需要严格控制V、C、Si的比率，利用V、N实现固溶强化，容易造成钢板性能波动；且该专利在低于-60℃温度下不能满足韧性要求。
2019年6月11日公开的CN109868414A公开了“低温冲击性优良的屈服强度≥430MPa压力容器钢及生产方法”，该专利组分及wt％为：C：0.169～0.210％、Si不超过0.40％、Mn：1.55～1.85％、P≤0.015％、S≤0.0010％、Al不超过0.017％、V：0.09～0.140％、Nb：0.015～0.045％，N不超过0.0055％；生产方法：常规冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；水冷；正火处理；保温。该发明能在保证钢板使用力学为屈服强度≥430MPa，抗拉强度635～735MPa的前提下，还能使屈强比≤0.76，延伸率≥25％，钢板横向-65℃KV2≥120J，焊接热影响区NDTT转变温度≤-65℃。该专利要求铁素体晶粒度达到12.5～14级，对装备要求和控制精度要求高，钢板低于-65℃不能满足韧性要求。
2013年12月25日公开的CN102605283A公开了的“低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法”，包括下述重量百分比含量的化学成分组成：C：0.05～0.10％，Si：0.20～0.30％，Mn：1.35～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni：0.30～0.40％，Cr：0.05～0.10％，Nb：0.02～0.03％，V：0.005～0.015％，B：0.0003～0.0010％，其余为Fe及不可避免的杂质。采用控轧控冷和正火(或正火加回火)工艺，制得的钢板厚度为12～80mm，组织为铁素体加珠光体，屈服强度≥340MPa,抗拉强度≥475MPa，-80℃冲击功＞200J。该专利虽然可以满足-80℃的韧性要求，但其不足之处在于同时添加Ni、Cr、Nb、V等多种合金元素，合金成本过高。
目前低温压力容器钢板主要存在的问题有：合金成本高：添加贵重合金种类多，合金含量大；生成本高、生产难度大产：生产工序复杂，装备要求高；在-80℃或者更低温度无法满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板，通过添加微量镧铈稀土合金改善钢板韧性，降低低温压力容器钢板的合金成本与制造成本。
本发明另一目的在于提供一种优化稀土处理低温压力容器钢板的生产方法，获得-80℃横向冲击功达到100J以上、性能稳定的高韧性低温压力容器钢板，可以实现稀土处理低温压力容器钢板的批量化生产。
本发明具体技术方案如下：
稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板，其包括以下重量百分比的化学成分：C：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0030～0.0070％，O≤20ppm，其余为Fe及不可避免的夹杂。
优选成分，本发明的较佳实施例中，钢板稀土含量重量百分比为：La+Ce：0.0030～0.0070％，其中Ce、La比值为1.5～2.5。
本发明控制钢中O、S含量是生产稀土钢至关重要的一个环节，稀土La、Ce化学性质活泼，具有强还原性，而O、S为强氧化性元素，稀土加入钢水中后，首先与钢中的O、S结合形成稀土氧化物、稀土硫化物，然后与钢中的As、Sn、Pb等有害元素化合。钢中O、S含量过高，一方面是添加少量稀土难以达到净化作用与改质作用，对稀土添加量需求增大；另一方面，钢水中形成大量的稀土氧化物和稀土硫化物容易使钢水粘稠影响流动性，严重者将无法正常浇铸。因此，本申请控制S≤0.005％、O含量≤20ppm(钢板成品检测)。
本发明提供的上述稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板的生产方法，包括以下步骤：
1)转炉冶炼。采用顶底复吹氧气冶炼，控制终点C含量为0.04％～0.06％，S≤0.020％，P≤0.015％，出钢用挡渣球挡渣，出钢至1/4和1/2时，按批次加入石灰石、萤石渣洗，每批次加入量皆为渣料总量的1/2，加入铝合金脱氧，要求Als≥0.020％；
2)LF精炼。在精炼前期，进行成分调整与Nb、Ti微合金化，本发明为微合金钢，Nb、Ti是重要的微合金元素，其在钢中形成Nb、Ti的碳化物和碳氮化物，是钢中主要的强韧相。同时进一步脱去钢水中的氧含量，具体方法为：精炼前期加入渣料石灰石4.5～5kg/t、萤石0.8～1.1kg/t和精炼渣5～5.5kg/t，加入铝粒脱氧，铝粒加入量以达到出站Als含量为准，保证钢水被全部覆盖，防止钢水吸气，通电后期造白渣，白渣必须保持10分钟以上，精炼后期严禁补渣、补合金，控制钢水出站O含量≤5ppm，S含量≤0.005％，Als：0.035～0.050％；
3)RH精炼。RH精炼具体工艺流程为：真空循环脱气→钙处理(喂钙线)→加入稀土→氩气软吹，其中真空循环深脱气降低钢中H、O、N等有害气体含量，要求真空压力≥300Pa，循环时间≥15min；在真空循环结束后进行钙处理，进行钙处理，喂入钙量以钢中Ca质量百分比含量≥0.0020％为准；钙处理结束后添加稀土合金；真空循环结束后进行氩气软吹，促进夹杂物的上浮，软吹时间≥15min。钙处理与添加稀土合金工艺次序为达到稀土净化和改质作用的关键，因为Ca在钢中是强脱氧剂，其脱氧能力优于稀土，先进行钙处理可进一步脱去钢水中的O，同时保证钢水中的Ca含量在较高水平，可以让其与钢水中的O优先结合，保证稀土的净化钢水与改质夹杂物的效果。最终钢水化学成分按重量百分比为C：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0030～0.0070％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
4)连铸。必须全程使用保护渣和覆盖剂进行钢水保护，严禁钢水吸气造成二次氧化，保护渣与覆盖剂根据钢水覆盖情况分批次加入，要求钢水完全被覆盖，渣层厚度≥15mm，钢水过热度10-30℃，拉坯速度0.75-1.2m/min，坯料厚度为250-300mm。
5)加热。为了节约生产时间和生产成本，连铸坯切割完，直接运输至加热炉，进行热装，坯料热装温度为350～500℃，加热温度为1160-1260℃。
6)轧制。用奥氏体再结晶轧制和奥氏体未再结晶阶段两阶段轧制。第一阶段为奥氏体再结晶轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥1000℃，奥氏体变形量≥50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤890℃，终轧温度820-860℃，单道次压下率≥10％，精轧累计压下量≥50％。
7)冷却。冷却是指轧制后，钢板进入UFC(Ultra Fast Cooling)装置进行冷却，控制冷却速度6～12℃/s，钢板终冷温度控制在640-680℃。本发明主要通过铌元素来提高奥氏体再结晶温度，延迟变形奥氏体的再结晶过程，获得变形程度高的奥氏体，再通过合适的轧后控冷工艺，有效细化组织晶粒，提高钢的强度，同时也提高钢的低温韧性。
8)正火。正火热处理温度为860-900℃，正火时间为(1.5～3)×H，正火时间单位min，H为钢板厚度，单位为mm。
通过上述方法生产的稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板，钢板厚度为6-60mm，钢板组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级≥10.5级；成品钢板夹杂物A类夹杂物≤0.5级，B类夹杂物≤1.0级，C类0，D类夹杂物≤0.5级；抗拉强度≥520MPa，屈服强度≥345MPa，延伸率≥25％，-80℃横向冲击吸收功KV2≥100J。
利用稀土的净化作用和改质夹杂物的作用，是目前业内普遍认可的用来提高钢材韧性的一种可行的方法。但是，由于稀土的化学性质活泼，在使用过程中，虽然可以改善钢材的性能，却同样发现添加稀土的钢材，其性能波动性较大，正因为无法获得性能稳定的产品，所以稀土在钢中的应用一直难以实现产业化。而本发明通过设计的配方和工艺，得到性能稳定的高韧性低温压力容器钢板，可以实现稀土处理低温压力容器钢板的批量化生产。
与现有技术相比，本发明采用微量Nb、Ti合金和微量稀土合金化，不添加其他合金元素，通过微合金元素Nb、Ti的细晶强化作用和沉淀强化作用提高强度，通过微量稀土合金，净化和改质钢中夹杂物、强化晶界等作用，进一步提高钢的低温韧性。本发明采用铸坯热装的加热方式，无需缓冷，轧制时通过控制钢板的轧制和冷却工艺，正火后使得钢板获得优良的强度、韧性和焊接性能，成本大幅降低。另外，本发明采用严格控制钢水O、S含量的方法生产稀土钢，在冶炼后期通过钙处理使钢水中的Ca含量保持在较高水平，保证了稀土净化钢水和改质夹杂物的作用，同时避免了稀土夹杂物聚集长大，污染钢水以及堵塞水口。实现了稀土钢的连续浇铸、批量化生产，解决了稀土钢性能不稳定的问题。
附图说明
图1本发明实施例中35mm厚低温压力容器钢板金相组织X500微观组织；
图2对比例中35mm厚低温压力容器钢板金相组织X500微观组织；
图3本发明实施例中35mm厚低温压力容器钢板SEM(扫描电子显微镜)下夹杂物的典型形貌；
图4对比例1中35mm厚低温压力容器钢板SEM(扫描电子显微镜)下夹杂物的典型形貌；
图5对比例2中35mm厚低温压力容器钢板SEM(扫描电子显微镜)下夹杂物的典型形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明所述的稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法进行进一步说明。
实施例1
稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板的生产方法，包括以下步骤：
1)转炉冶炼。采用顶底复吹氧气冶炼，控制终点C含量为0.04％，S≤0.020％，P≤0.015％，出钢用挡渣球挡渣，出钢至1/4和1/2时，按批次加入石灰石、萤石渣洗，每批次加入量皆为渣料总量的1/2，加入铝合金脱氧，要求Als≥0.020％；
2)LF精炼。在精炼前期，进行成分调整与Nb、Ti微合金化，本发明为微合金钢，Nb、Ti是重要的微合金元素，其在钢中形成Nb、Ti的碳化物和碳氮化物，是钢中主要的强韧相。同时进一步脱去钢水中的氧含量，具体方法为：精炼前期加入渣料石灰石500kg和萤石100kg、精炼渣550kg，加入铝粒脱氧，铝粒加入量以达到出站Als含量为准，保证钢水被全部覆盖，防止钢水吸气，通电后期造白渣，白渣必须保持10分钟以上，精炼后期严禁补渣、补合金，控制钢水出站O含量≤5ppm，S含量≤0.005％，Als：0.035～0.050％；
3)RH精炼。RH精炼具体为：真空循环脱气→钙处理(喂钙线)→加入稀土→氩气软吹，真空循环深脱气降低钢中H、O、N等有害气体含量，要求真空压力≥300Pa，循环时间≥15min；在真空循环结束后进行钙处理，喂入量以钢中Ca质量百分比含量≥0.0020％为准；钙处理结束后添加稀土合金；真空循环结束后进行氩气软吹，促进夹杂物的上浮，软吹时间≥15min。钙处理与添加稀土合金工艺次序为达到稀土净化和改质作用的关键，因为Ca在钢中是强脱氧剂，其脱氧能力优于稀土，先进行钙处理可进一步脱去钢水中的O，同时保证钢水中的Ca含量在较高水平，可以让其与钢水中的O优先结合，保证稀土的净化钢水与改质夹杂物的效果。最终钢水化学成分按重量百分比为C：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0030～0.0070％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
4)连铸。必须全程使用保护渣和覆盖剂进行钢水保护，严禁钢水吸气造成二次氧化，保护渣与覆盖剂根据钢水覆盖情况分批次加入，要求钢水完全被覆盖，渣层厚度≥15mm，钢水过热度10-30℃，拉坯速度0.80m/min，坯料厚度为250mm。
5)加热。为了节约生产时间和生产成本，连铸坯切割完，直接运输至加热炉，进行热装，坯料热装温度为350～500℃，加热温度为1160-1260℃。
6)轧制。用奥氏体再结晶轧制和奥氏体未再结晶阶段两阶段轧制。第一阶段为奥氏体再结晶轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥1000℃，奥氏体变形量≥50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤890℃，终轧温度820-860℃，单道次压下率≥10％，累计压下量≥50％。
7)冷却。冷却是指轧制后，钢板进入UFC(Ultra Fast Cooling)装置进行冷却，控制冷却速度6～12℃/s，钢板终冷温度控制在640-680℃。本发明主要通过铌元素来提高奥氏体再结晶温度，延迟变形奥氏体的再结晶过程，获得变形程度高的奥氏体，再通过合适的轧后控冷工艺，有效细化组织晶粒，提高钢的强度，同时也提高钢的低温韧性。
8)正火。正火热处理温度为860-900℃，正火时间为(1.5～3)×H，单位min，H为钢板厚度，单位为mm。
上述实施例1钢水总量110t，稀土加入量8kg，冶炼过程按照上述方法严控钢水中的O、S含量，稀土加入前进行钙处理，要求出RH工序前Ca≥0.0020％；
对比例1
压力容器钢板的生产方法，除不加入稀土外，冶炼过程按照实施例1，严控钢水中的O、S含量，控制出RH工序前Ca≥0.0020％；其他同实施例1。
对比例2
压力容器钢板的生产方法，生产步骤如下：
1)转炉冶炼；采用顶底复吹氧气冶炼，控制终点C含量为0.04％～0.06％，S≤0.020％，P≤0.015％，按批次加入石灰石、萤石渣洗，加入铝合金脱氧；
2)LF精炼；在精炼前期，进行成分调整与Nb、Ti微合金化，同时进一步脱去钢水中的氧含量，具体方法为精炼前期适量加入渣料石灰石400kg和萤石50kg、精炼渣420kg，加入铝粒脱氧，铝粒加入量以达到出站Als含量为准，通电后期造白渣，白渣必须保持10分钟以上，精炼后期严禁补渣、补合金，控制钢水出站O含量≤5ppm，S含量≤0.005％；
3)RH精炼；RH精炼具体为：真空循环脱气→加入稀土→钙处理(喂钙线)→氩气软吹，真空循环深脱气降低钢中H、O、N等有害气体含量，要求真空压力≥300Pa，循环时间≥15min，在真空循环后期加入稀土合金；真空循环结束后进行钙处理，同时进行氩气软吹，促进夹杂物的上浮，软吹时间≥15min。终钢水化学成分按重量百分比为C：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、其余为Fe及不可避免的夹杂。
4)连铸；钢水过热度10-30℃，拉坯速度0.85m/min，坯料厚度为250mm。
5)加热；为了节约生产时间和生产成本，连铸坯切割完，直接运输至加热炉，进行热装，坯料热装温度为350～500℃，加热温度为1160-1260℃。
6)轧制；用奥氏体再结晶轧制和奥氏体未再结晶阶段两阶段轧制。第一阶段为奥氏体再结晶轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥1000℃，奥氏体变形量≥50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤890℃，终轧温度820-860℃，单道次压下率≥10％，累计压下量≥50％。
7)冷却。冷却是指轧制后，钢板进入UFC(Ultra Fast Cooling)装置进行冷却，控制冷却速度6～12℃/s，钢板终冷温度控制在640-680℃。本发明主要通过铌元素来提高奥氏体再结晶温度，延迟变形奥氏体的再结晶过程，获得变形程度高的奥氏体，再通过合适的轧后控冷工艺，有效细化组织晶粒，提高钢的强度，同时也提高钢的低温韧性。
8)正火。正火热处理温度为860-900℃，正火时间为(1.5～3)×H，单位min，H为钢板厚度，单位为mm。
对比例3
压力容器钢板的生产方法，生产步骤如下：
1)转炉冶炼。采用顶底复吹氧气冶炼，控制终点C含量为0.04％～0.06％，S≤0.020％，P≤0.015％，出钢用挡渣球挡渣，出钢至1/4和1/2时，按批次加入石灰石、萤石渣洗，每批次加入量皆为渣料总量的1/2，加入铝合金脱氧，要求Als≥0.020％；
2)LF精炼。在精炼前期，进行成分调整与Nb、Ti微合金化，Nb、Ti是重要的微合金元素，其在钢中形成Nb、Ti的碳化物和碳氮化物，是钢中主要的强韧相。同时进一步脱去钢水中的氧含量，具体方法为精炼前期加入渣料石灰石500kg和萤石100kg、精炼渣550kg，加入铝粒脱氧，铝粒加入量以达到出站Als含量为准，保证钢水被全部覆盖，防止钢水吸气，通电后期造白渣，白渣必须保持10分钟以上，精炼后期严禁补渣、补合金，控制钢水出站O含量≤5ppm，S含量≤0.005％，Als：0.035～0.050％；
3)RH精炼。RH精炼具体为：真空循环脱气→钙处理(喂钙线)→加入稀土→氩气软吹，真空循环深脱气降低钢中H、O、N等有害气体含量，要求真空压力≥300Pa，循环时间≥15min；在真空循环结束后进行钙处理，喂入量以钢中Ca质量百分比含量≥0.0020％为准；钙处理结束后添加稀土合金；真空循环结束后进行氩气软吹，促进夹杂物的上浮，软吹时间≥15min。钙处理与添加稀土合金工艺次序为达到稀土净化和改质作用的关键，因为Ca在钢中是强脱氧剂，其脱氧能力优于稀土，先进行钙处理可进一步脱去钢水中的O，同时保证钢水中的Ca含量在较高水平，可以让其与钢水中的O优先结合，保证稀土的净化钢水与改质夹杂物的效果。最终钢水化学成分按重量百分比为C：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0030～0.0070％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
4)连铸。必须全程使用保护渣和覆盖剂进行钢水保护，严禁钢水吸气造成二次氧化，保护渣与覆盖剂根据钢水覆盖情况分批次加入，要求钢水完全被覆盖，渣层厚度≥15mm，钢水过热度10-30℃，拉坯速度0.85m/min，坯料厚度为250mm。
5)加热。为了节约生产时间和生产成本，连铸坯切割完，直接运输至加热炉，进行热装，坯料热装温度为350～500℃，加热温度为1160-1260℃。
6)轧制。用奥氏体再结晶轧制和奥氏体未再结晶阶段两阶段轧制。第一阶段为奥氏体再结晶轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥1000℃，奥氏体变形量≥50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度780～820℃，累计压下量≥50％。
7)冷却。轧后空冷。
8)正火。正火热处理温度为890℃，正火时间为1.75×H，单位min，H为钢板厚度，单位为mm。
按以上实施例与对比所述工艺执行，实施例1与对比例1、对比例3均能正常浇铸，但对比例2在浇铸开始后，浇钢水口堵塞情况随着时间推移越来越严重，浇铸到86t时，水口完全堵死，无法继续浇铸，详情见表1。
表1实施例与对比例浇铸情况对比
钢水总量 浇铸重量 浇铸结果
实施例1 110t 105t 浇注顺利，钢包留钢主要防止下渣
对比例1 110t 104t 浇铸顺利，钢包留钢主要防止下渣
对比例2 110t 86t 浇铸后期水口堵塞，无法正常浇铸
对比例3 110t 102t 浇铸顺利，钢包留钢主要防止下渣
稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板铸坯实施例与对比例生产的铸坯经过轧制、冷却、正火后，生产为35mm的钢板，具体生产工艺参数控制见表2，在钢板上分别取样进行成分与气体检测，其结果见表3、表4。
表2实施例与对比例钢板轧制工艺控制
Figure BDA0002692410910000101
Figure BDA0002692410910000111
表3各实施例和对比例钢板化学成分(wt％)
Figure BDA0002692410910000112
表4各实施例与对比例钢板气体检测(ppm)
Figure BDA0002692410910000113
Figure BDA0002692410910000121
表3显示稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板实施例的成分，包括稀土La、Ce成分在内，皆较为均匀，对比例3与对比例1成分均匀，对比例2稀土La、Ce成分在各钢板的成分却不尽相同，说明稀土在该例钢板中分布不均，其稀土成分不均也影响了S在钢中的分布。
表4表明实施例与对比例3钢板中的气体含量较少，对比例1次之，对比例2最差。也反映出稀土的作用在于净化钢中的气体，但是需要合适的使用方法。
表5为稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板实施例与对比例取样进行力学性能检测的结果，检测方法按《GB 3531-2014低温压力容器用钢板》中的相关规定执行，表5可以看出本发明的低温压力容器钢板力学性能优良，相较对比例1，屈服强度、抗拉强度和延伸率都有一定幅度的提高；对比例2中，对比例2-1延伸率只有22.5％，明显低于平均水平，对比例2-2屈服强度为352MPa，也为所有示例中的最低水平，对比例2-3的各项性能却均优于对比例1中的钢板；对比例3较实施例各项性能略差，但整体好于其他对比例。
表5实施例和对比例钢板力学实验
Figure BDA0002692410910000122
Figure BDA0002692410910000131
表6为实施例与对比例夏比V型缺口冲击实验的检测结果
表6实施例与对比例冲击实验性能
Figure BDA0002692410910000132
Figure BDA0002692410910000141
从表6可以看出实施例钢板冲击性能随着冲击温度下降平缓地下降，当冲击温度下降到-80℃时，冲击功依然保持在100J以上；对比例1冲击功随着冲击温度下降而急剧下降，当冲击温度达到-60℃时，钢板已呈现明显的脆性；对比例2相对未添加稀土的对比例1，性能有所提高，但是明显地表现出性能的不稳定性，在-40℃，可以看到对比例2-2，出现47.30J的冲击功，而对比例2-3冲击功的高值达到了183.60J，在所测试的其余温度，出现同样的现象；对比例3在-60℃时，冲击吸收功平均值依然-60J以上，但在-80℃时，材料已经呈现脆性。
对以上各实施例和对比例的低温压力容器钢板取样，进行金相检测，发现本案采用合理的生产工艺，得到的微观组织均匀、细小，金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级≥10.5级，钢板夹杂物A类夹杂物≤0.5级，B类夹杂物≤1.0级，C类0级，D类夹杂物≤0.5级，而对比例与实施例的组织差异较小，主要差异表现在夹杂物，可以看到实施例与对比例1的夹杂物均较少，但是对比例2钢板的纯净度较差，夹杂物较多，金相检测与夹杂物分析见表7、与图1、图2。
表7各实施例与对比例金相检测和夹杂物分析
Figure BDA0002692410910000142
Figure BDA0002692410910000151
表8为实施例与对比例钢板夹杂物SEM能谱成分检测
表8实施例与对比例夹杂物SEM能谱分析
Figure BDA0002692410910000152
结合表8和图3-图5，发现实施例钢板上稀土夹杂物呈现细小的球状形态，平均尺寸在1～2μm之间，其弥散分布在钢板上，主要成分为稀土复合的氧化物夹杂、硫化物夹杂；对比例1主要为有棱角的氧化物夹杂和被拉伸变形的MnS夹杂，且部分夹杂物尺寸较大；对比例2钢板中的夹杂物不仅类型多、而且尺寸大，第一类为经过稀土改质的细小球形夹杂物，第二类为稀土裹挟氧化物、硫化物以及硅酸盐的大型夹杂物，第三类为单独存在的氧化夹杂物，第四类为可变形的MnS夹杂物，难以控制稀土在钢中的作用，最终造成利弊参半的效果，便是传统稀土钢性能不稳定的主要原因。
本发明提供了一种低成本、高效率，且可以在-80℃温度条件下使用的稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板及其生产方法，该方法利用稀土的改质作用和净化作用提高了钢板的低温韧性，大幅减少了制造可用于-80℃低温条件钢板的生产成本。同时本发明通过优化的稀土钢生产方法，解决了稀土钢性能不稳定的问题，为稀土在钢中应用提供了理论依据，具有较高的实用价值。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替代形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板，其特征在于，所述稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板包括以下重量百分比的化学成分：：0.10～0.16％、Mn：1.20～1.60％、Si：0.20～0.50％、P≤0.020％、S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.010～0.020％、Alt：0.020～0.040％、La+Ce：0.0020～0.0040％，O≤20ppm，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.权利要求1所述稀土处理低成本高韧性低温压力容器钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
1)转炉冶炼；
2)LF精炼；
3)RH精炼；
4)连铸；
5)加热；
6)轧制:用奥氏体再结晶轧制和奥氏体未再结晶阶段两阶段轧制,第一阶段为奥氏体再结晶轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥1000℃，奥氏体变形量≥50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤890℃，终轧温度820-860℃，单道次压下率≥10％，精轧累计压下量≥50％；
7)冷却；
8)正火。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤3)中RH精炼具体为：步骤3)中RH精炼具体工艺流程为：真空循环脱气→钙处理→加入稀土→氩气软吹。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在真空循环结束后进行钙处理，进行钙处理，喂入钙量以钢中Ca质量百分比含量≥0.0020％为准。
5.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤4)连铸，钢水过热度10-30℃，拉坯速度0.75-1.2m/min，坯料厚度为250-300mm。
6.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤5)中，连铸坯切割完，直接运输至加热炉，进行热装，坯料热装温度为350～500℃，加热温度为1160-1260℃。
7.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤7)冷却是指轧制后，钢板进入UFC装置进行冷却，控制冷却速度6～12℃/s，钢板终冷温度控制在640-680℃。
8.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤8)正火是指：正火热处理温度为860-900℃，正火时间为1.5～3×H，正火时间单位min，H为钢板厚度，单位为mm。
9.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所生产的钢板组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级≥10.5级；成品钢板夹杂物A类夹杂物≤0.5级，B类夹杂物≤1.0级，C类0，D类夹杂物≤0.5级。
10.根据权利要求2或9所述的生产方法，其特征在于，所生产的钢板拉强度≥520MPa，屈服强度≥345MPa，延伸率≥25％，-80℃横向冲击吸收功KV2≥100J。
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