CN112080684A - 一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板及制造方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C:0.08%～0.12%，Si:0.10%～0.30%，Mn:1.10%～1.50%，Ni:0.50%～0.80%，Mo:0.08%～0.15%，V:0.03%～0.06%，P≤0.006%，S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。最大厚度达80mm，满足‑70℃条件使用的高强度低温容器板需求，1/4厚和心部‑70℃KV2值≥150J，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，可用于建造大型低温球罐或储罐。

Description

一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板及制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板及制造方法。
背景技术
随着化工低温球罐等设备大容积化发展，低温容器用钢板厚度要求也逐步增加，在建造大型低温乙烯球罐时，为了提升钢板厚度方向性能均匀性以确保设备安全性，一般要求大厚度钢板心部冲击性能也要达到技术指标要求。随着板厚增加，采用同厚度坯料生产时轧制压缩比减小，采用正火+回火处理后很难确保心部冲击性能，心部韧性稳定性也变差，采用淬火+回火可以提高心部冷速，细化心部组织，从而确保心部韧性。
国内低温球罐用大厚度钢板通常采用09MnNiDR钢，使用温度可到-70℃，其屈服强度和抗拉强度却偏低，60mm以上厚板标准下线要求值分别只有260MPa和420MPa。如果在确保低温心部韧性的前提下，大幅度提高钢板强度，则可以实现不增加或小幅增加板厚的情况下大幅增加低温球罐等容器的容积。
公开号为CN104911319B的中国发明专利提出了一种低温球罐容器用钢板及其生产方法，采用Nb微合金化，两阶段控制轧制、淬火+回火或正火+淬火+回火工艺热处理，1/2厚度冲击可以满足-70℃使用，但其厚板屈服强度约400MPa，抗拉强度也达不到560MPa。
综上，现有技术中厚度＞50mm钢板，可同时满足使用温度达到-70℃且屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥560MPa的低温容器用钢还未见报道。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其化学成分及质量百分比如下：C:0.08％～0.12％，Si:0.10％～0.30％，Mn:1.10％～1.50％， Ni:0.50％～0.80％，Mo:0.08％～0.15％，V:0.03％～0.06％，P≤0.006％，S≤0.002％，余量为 Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明产品全厚度低温冲击韧性满足-70℃使用要求，在现有0.5Ni低温钢基础上，大幅提高了屈服强度和抗拉强度，实现材料性能升级。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其化学成分及质量百分比如下： C:0.08％～0.09％，Si:0.10％～0.21％，Mn:1.10％～1.45％，Ni:0.50％～0.62％，Mo:0.08％～0.10％，V:0.03％～0.037％，P≤0.006％，S≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其化学成分及质量百分比如下：C:0.10％～0.11％，Si:0.14％～0.20％，Mn:1.18％～1.37％，Ni:0.50％～0.74％，Mo:0.096％～ 0.12％，V:0.039％～0.047％，P≤0.005％，S≤0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，钢板厚度为50～80mm。
本发明的另一目的在于提供一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，包括炼钢连铸：采用铁水预处理，转炉顶底复吹冶炼，LF+RH精炼，按照成分设计要求进行成分控制，连铸过程采用电磁搅拌，生产坯料厚度为260mm；
板坯加热：板坯加热到1150～1180℃，板坯在炉总时间≥240min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
控轧控冷：板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞水压力≥18MPa，采用两阶段控制轧制，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，轧后控制冷却；
热处理：采用离线淬火+回火工艺进行热处理。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt％，转炉炼钢，LF炉深脱氧和脱硫，调整合金成分达到目标范围，RH炉脱气，真空度≤0.3torr；采用二冷水弱冷、低拉速方案进行连铸，拉坯速度为0.8～1.2m/min，连铸坯厚度为260mm，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，采用两阶段控制轧制：第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，总压下量为30％～50％；第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，开轧温度低于850℃，压下量为45％～65％，终轧温度为780～820℃；轧后控制冷却，返红温度控制在580～620℃之间。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，热处理采用离线淬火：淬火温度870～890℃，保温时间30～60min，出炉后采用设备最大冷却能力直接淬火到室温。
前所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，回火：淬火钢板加热到605～625℃，回火40～70min出炉空冷，得到均匀细小的回火索氏体组织。
本发明的有益效果是：
(1)本发明化学成分设计
C：钢的强化元素和奥氏体稳定元素，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，碳含量每增加0.1％可提高抗拉强度约90MPa，提高屈服强度40～50MPa，但塑性和冲击性降低，韧-脆转变温度升高，对HAZ低温韧性有害，设计时在确保强度的前提下尽量低；
Ni：可以与Fe形成α和γ相固溶体，在γ相中可以无限固溶，它能扩大γ相区，是奥氏体形成和稳定元素，能使螺型位错不易分解，保证交叉滑移的发生，提高材料塑变性能，Ni也是贵金属元素，在确保性能前提下尽量少加；
Mn：是奥氏体稳定元素，也是基体强化元素，可以通过固溶强化和沉淀强化提高强度，显著提高材料的淬透性，Mn元素在连铸过程中易发生心部偏析，不宜过高；
Si：脱氧元素，可抑制P在晶界偏聚，但Si含量过高则不利于焊接热影响区(HAZ)低温韧性； S和P：S易与Mn形成析出物MnS，降低低温韧性；P容易在晶界偏聚，降低晶界抗裂纹扩展能力，恶化低温韧性；
Mo：可以提高淬透性，从而提高强度，提高钢的回火稳定性，与铬或锰等并存时，可降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性；
V：可以提高淬透性，是一种强烈的碳氮化物形成元素，通过固溶和析出可以提高材料强度，当V与Cr、Mo同时存在时，则会在回火过程中形成复杂的碳化物而降低焊接接头的塑韧性，设计为保证塑韧性必须控制V量，考虑V的细化晶粒作用及其对强度的有益作用；
(2)本发明制备的低温用高强容器板厚度50～80mm，-70℃条件下1/4厚度和心部KV2值≥ 150J，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa；
(3)本发明产品可替代09MnNiDR等国内外0.5Ni钢牌号，用于丙烷、丁烷、乙烷和乙烯等容器的建造，实现材料性能升级，为容器大型化发展提供材料保障。
附图说明
图1为实施例1用4％硝酸酒精溶液腐蚀的80mm钢板1/4厚度回火态组织照片；
图2为实施例1用4％硝酸酒精溶液腐蚀的80mm钢板1/2厚度回火态组织照片。
具体实施方式
以下实施例提供的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板及制造方法，化学成分如表1所示，冶炼、轧制工艺参数如表2所示，热处理工艺参数如表3所示，具体步骤为：炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt％，转炉炼钢，LF炉深脱氧和脱硫，调整合金成分达到目标范围，RH炉脱气，真空度≤0.3torr；采用二冷水弱冷、低拉速方案进行连铸，拉坯速度为0.8～1.2m/min，连铸坯厚度为260mm，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时；
板坯加热：板坯加热到1150～1180℃，板坯在炉总时间≥240min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
采用两阶段控制轧制：第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，总压下量为30％～50％；第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，开轧温度低于850℃，压下量为45％～65％，终轧温度为780～ 820℃；轧后控制冷却，返红温度控制在580～620℃之间；
热处理采用离线淬火：淬火温度870～890℃，保温时间30～60min，出炉后采用设备最大冷却能力直接淬火到室温；
回火：淬火钢板加热到605～625℃，回火40～70min出炉空冷，得到均匀细小的回火索氏体组织。
表1
实例 C(％) Mn(％) Si(％) S(％) P(％) Ni(％) Mo(％) V(％)
实例1 0.09 1.45 0.21 0.0005 0.006 0.62 0.08 0.037
实例2 0.10 1.37 0.20 0.0006 0.005 0.50 0.096 0.039
实例3 0.11 1.18 0.14 0.0010 0.004 0.74 0.12 0.047
表2
Figure RE-GDA0002772236780000041
表3
Figure RE-GDA0002772236780000042
实施例产品的力学性能如表4所示，
表4
Figure RE-GDA0002772236780000043
Figure RE-GDA0002772236780000051
同时，由图1、图2可见，本发明产品得到的组织为回火索氏体组织，可获得良好的综合力学性能。最大厚度达80mm，满足-70℃条件使用的高强度低温容器板要求，1/4厚和心部-70 ℃KV2值≥150J，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥560MPa，在现有0.5Ni低温钢基础上，大幅提高了屈服强度和抗拉强度，可替代09MnNiDR等国内外0.5Ni钢牌号用于丙烷、丁烷、乙烷和乙烯等容器的建造，实现材料性能升级，为容器大型化发展提供材料保障。
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 (9)

1.一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C:0.08%～0.12%，Si:0.10%～0.30%，Mn:1.10%～1.50%，Ni:0.50%～0.80%，Mo:0.08%～0.15%，V:0.03%～0.06%，P≤0.006%，S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C:0.08%～0.09%，Si:0.10%～0.21%，Mn:1.10%～1.45%，Ni:0.50%～0.62%，Mo:0.08%～0.10%，V:0.03%～0.037%，P≤0.006%，S≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C:0.10%～0.11%，Si:0.14%～0.20%，Mn:1.18%～1.37%，Ni:0.50%～0.74%，Mo:0.096%～0.12%，V:0.039%～0.047%，P≤0.005%，S≤0.001%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板，其特征在于：钢板厚度为50～80mm。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，其特征在于：包括
炼钢连铸：采用铁水预处理，转炉顶底复吹冶炼，LF+RH精炼，按照成分设计要求进行成分控制，连铸过程采用电磁搅拌，生产坯料厚度为260mm；
板坯加热：板坯加热到1150～1180℃，板坯在炉总时间≥240min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
控轧控冷：板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞水压力≥18MPa，采用两阶段控制轧制，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，轧后控制冷却；
热处理：采用离线淬火+回火工艺进行热处理。
6.根据权利要求5所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，其特征在于：炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt%，转炉炼钢，LF炉深脱氧和脱硫，调整合金成分达到目标范围，RH炉脱气，真空度≤0.3torr；采用二冷水弱冷、低拉速方案进行连铸，拉坯速度为0.8～1.2m/min，连铸坯厚度为260mm，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时。
7.根据权利要求5所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，其特征在于：采用两阶段控制轧制：第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，总压下量为30%～50%；第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，开轧温度低于850℃，压下量为45%～65%，终轧温度为780～820℃；轧后控制冷却，返红温度控制在580～620℃之间。
8.根据权利要求5所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，其特征在于：热处理采用离线淬火：淬火温度870～890℃，保温时间30～60min，出炉后采用设备最大冷却能力直接淬火到室温。
9.根据权利要求5所述的一种具有优良心部韧性的高强度容器用厚板的制造方法，其特征在于：回火：淬火钢板加热到605～625℃，回火40～70min出炉空冷，得到均匀细小的回火索氏体组织。
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