CN113278878B - 一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法 - Google Patents

一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器用钢板，该钢板的化学成分为C：0.10～0.20％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.95～1.35％，P：≤0.005％，S：≤0.0008％，Cr：0.10～0.30％，Ni：0.25～0.40％，Mo：0.08～0.12％，Alt：0.02～0.05％，Nb：0.01～0.02％，V：0.01～0.03％，Ti：0.01～0.02％，B：≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。同时，化学成分要满足碳当量Ceq≤0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。本发明通过严格控制钢水纯净度、连铸基坯冶金质量以及采用高温扩散加热、高渗透轧制和正火+水加速冷却+回火热处理工艺，实现大厚度抗氢致开裂压力容器钢板力学性能的最佳匹配，极大提高钢板内部质量和抗氢致开裂性能。

Description

一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法，尤其涉及一种适用于板焊式压力容器的制造，且能够在湿硫化氢环境下使用的抗氢致开裂特厚钢板及其制造方法。属于铁基合金制造技术领域。
背景技术
厚壁压力容器制造方式主要有锻焊和板焊两种方式。比较而言，板焊具有制造周期短、成本相对较低、材料较易采购及板材性能均匀一的优点，因此，用板焊替代锻焊是压力容器行业未来长久的发展方向。在压力容器的制造中，厚壁板焊式结构比锻焊式结构的制造具有更大的难度。制约板焊式压力容器大型化发展的因素主要有两个方面：其一是容器制造厂受筒节成型设备能力的限制；其二是国产特厚钢板的实物质量水平及其稳定性较差，无法完全满足厚壁容器的制造要求。
20世纪90年代，壁厚150mm以上的压力容器多采用锻焊成型方式制造。近年来，随着石化装置的大型化以及石化工业的快速发展，壁厚150mm以上的压力容器需求量迅速增加，大型锻件的制造能力已无法满足市场需求，因此用厚钢板替代锻件势在必行，而且迫在眉睫。随着冶炼技术、轧制能力的提高及对材料热处理性能的掌握，压力容器用特厚钢板的实物质量水平得到了极大的提高，而且压力容器制造厂在大厚度板焊式容器的制造方面积也累了更加丰富的经验，尤其在厚壁筒节成形方面摸索出一套切实可行的成熟工艺。特厚钢板制造技术和板焊成型技术的进步，使得板焊式压力容器大型化取得了较大的发展，目前，板焊式压力容器最大壁厚达到了200mm，壁厚大于200mm压力容器完全具备板焊成型能力，其技术瓶颈是压力容器用特厚钢板的实物质量水平及其稳定性尚未得到突破，不足以完全满足目前厚壁容器制造要求，尤其是湿硫化氢低温腐蚀环境服役的压力容器用特厚钢板，不但要求具备良好的内部质量、良好的焊接性能和匹配良好的力学性能，还必须具备优异的抗氢致开裂性能，以保证设备高效运行的安全性，生产难度极大。
目前，国内公开报道的国内最大厚度抗氢致开裂钢板SA516Gr70(HIC)，最大厚度为200mm，厚度大于200mm的抗氢致开裂压力容器钢板仍然依赖进口。涉及湿硫化氢环境使用的大厚度抗氢致开裂压力容器钢的专利较少，公告号为CN10108330398A涉及一种“一种特厚抗酸容器板的生产方法”，提供了一种抗氢致开裂压力容器钢板，采用钢锭生产，通过Cr、Ni、Cu多元合金化设计以及后续正火热处理得到合理的性能，但钢板最大厚度只有200mm，而且在性能描述中，冲击温度仅为-20℃，探伤满足I级要求，但未明确探伤标准，应用范围较小。公告号为CN111349859A涉及一种“一种复合坯轧制大厚度500Mpa级高Z向层状性能低温容器钢板及其制造方法”，提供了一种特厚低温容器钢板，采用复合坯生产，组坯方式为两坯复合，通过Nb、V微合金组合设计以及后续正火热处理得到合理的性能，但钢板最大厚度为210mm，而且在性能描述中，探伤满足NB/T47013.3标准I级水平，但未提及抗氢致开裂性能。公告号为CN109355579A涉及一种“一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR及其制造方法”，提供了一种高温压力容器用特厚钢板，采用水冷模铸钢锭生产，通过合理成分设计以及后续两次淬火+两次回火热处理得到合理的性能，但钢板最大厚度为300mm，而且在性能描述中，钢板实物内部质量较差，探伤仅能满足JB/T47013标准III级水平，但未提及抗氢致开裂性能，不能满足替代锻件的要求，也不适用于在湿硫化氢腐蚀环境下使用。公告号为CN108754321B涉及一种“一种特厚正火高强度压力容器钢板及其制造方法”，提供了一种特厚正火高强度压力容器钢板，采用复合坯生产，组坯方式为三坯复合，通Ni、Cu合金组合成分设计以及后续正火热处理得到合理的性能，钢板最大厚度为250mm，在性能描述中，冲击温度仅为0℃，探伤仅能满足JB/T47013标准I级水平，未提及抗氢致开裂性能，不适用于在湿硫化氢低温腐蚀环境下使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种抗氢致开裂压力容器钢及其制造方法，钢板厚度为＞200～250mmmm，在高温长时间模拟焊后热处理后仍然具有匹配良好的力学性能和优异的抗氢致开裂性能，适用于在湿硫化氢环境使用，完全满足厚壁压力容器板焊制造工艺要求。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板，钢板的化学成分设计：按重量百分比计为C：0.10～0.20％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.95～1.35％，P：≤0.005％，S：≤0.0008％，Cr：0.10～0.30％，Ni：0.25～0.40％，Mo：0.08～0.12％，Alt：0.02～0.05％，Nb：0.01～0.02％，V：0.01～0.03％，Ti：0.01～0.02％，B：≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。同时，化学成分要满足碳当量Ceq≤0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明涉及具有匹配良好的综合机械性能和优异的抗氢致开裂性能的压力容器用钢板，属于铁基合金，钢中主要化学元素及其作用如下：
C能够显著提高钢板的强度，但随着碳含量的增加钢板韧性降低，而且容易出现碳化物偏析，造成偏析区硬度与周围组织出现差异，导致氢诱发裂纹腐蚀，综合考虑钢板强度、韧性和抗氢致开裂性能，本发明中C含量设定为0.10～0.20％。
Mn通过固溶强化提高钢的强度，但Mn添加到1.05％以上时，氢致开裂敏感性增加，因此Mn含量不易过高，综合考虑钢板强度和抗氢致开裂性能，本发明中Mn含量设定为0.95～1.35％。
Si主要作为炼钢时的还原剂和脱氧剂使用，有一定的固溶强化作用，同时Si元素易偏析于晶粒边界，助长晶间裂纹的产生，另外Si含量偏高时，焊缝及热影响区硬度无法控制，因此本发明中Si含量设定为0.15～0.40％。
Cr是提高淬透性元素，可以显著提高钢的强度，但含量过高会提高脆性转变温度，本申请Cr含量控制范围为0.10～0.30％。
Ni在钢中主要起固溶强化作用，同时可以提高韧性，但Ni含量太高会显著增加成本，应限制使用，本申请Ni含量控制范围为0.25～0.40％。
Mo：是提高淬透性元素，可以显著提高钢的强度，本申请Mo含量控制范围为0.08～0.12％。
Alt：铝主要用来脱氧和有细化晶粒，本专利Al含量控制在0.02～0.05％。
Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大再结晶区范围，便于实现高温轧制，铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有细晶强化和析出强化的作用，本专利Nb含量控制在0.01～0.02％。
V、Ti：与C、N元素形成碳氮化物，具有推迟奥氏体再结晶，细化铁素体晶粒的作用，可以同时提高钢板强度和韧性，本专利V含量控制在0.010～0.03％，Ti含量控制在0.010～0.02％。
P、S是有害元素，随钢中S含量升高，MnS和FeS含量也升高，造成局部显微组织疏松，增加氢致开裂的敏感性。当P含量很低时，裂纹能在MnS上形核，但尺寸很小，不能被测出，但如P高(如P＝0.4％)，则即使S很低(S＝0.001％)，裂纹也能在氧化物夹杂以及晶界上形核并扩展。因此，本发明中S含量设定≤0.0008％，P含量设定≤0.005％。
本发明钢板产品采用复合坯生产，主要工艺步骤依次为连铸基坯冶炼浇铸、真空焊接组合制坯、复合坯开坯轧制、成品钢板轧制、热处理，具体操作如下：
(1)连铸基坯冶炼浇铸
采用同一冶炼炉号生产的尺寸相同的450mm断面连铸板坯最为复合坯的基坯，连铸基坯采用纯净钢冶炼工艺，通过采用大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；通过低过热度、氩气保护浇铸工艺和动态轻压下技术，控制连铸基坯偏析C类1.0级以下，疏松0.5级以下；连铸基坯下线后加罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，连铸基坯的生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸。转炉冶炼后作扒渣处理，RH破空后，软吹氩气时间为30min以上，连铸工序钢水浇铸过热度为10～30℃。
(2)真空焊接组合制坯：连铸基坯表面铣磨后在真空室内进行电子束焊接组合，组坯方式为：两坯复合，复合制坯采用已经公开的常规工艺，所得复合坯厚度为860～870mm。
(3)复合坯开坯轧制：复合坯采用均热炉加热，在充分扩散基坯偏析的同时，通过高温扩散完成复合界面的部分冶金结合；在粗轧机采用单机架高渗透轧制工艺，合理分配轧制道次，通过反复再结晶使复合界面实现牢固的冶金结合，中间坯厚度控制在400～450mm，轧制下线后入罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，复合坯采用分段式加热工艺：550℃以下装钢，闷钢1～2小时；低温段以不大于75℃/h速度升温至820±20℃，保温3～5小时；中温段以不大于110℃/h速度升温至1000±20℃，保温2h；高温段不限制升温速度，升温至1220～1250℃，保温8～12小时。
进一步讲，复合坯开坯工序主要任务是在粗轧机上完成轧制复合并得到合理尺寸的中间坯，开轧温度为1060～1100℃，终轧温度为950～980℃，采用高渗透轧制工艺，纵轧道次至少4个轧制道次的单道次压下量≥50mm。钢板下线后加罩缓冷≥72小时。
(4)成品钢板轧制：中间坯缓冷、精整后，在步进式加热炉中再次加热使其完全奥氏体化，通过第二次高温扩散加热，进一步减轻使坯料心部的偏析缺陷，同时为实现第二次高渗透轧制提供便利条件。进一步讲，中间坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，第二加热段温度为1200～1250℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间≥270min，确保铸坯偏析充分扩散。
轧制分粗轧和精轧两阶段：轧制变形主要集中在粗轧阶段，该阶段采用高渗透轧制工艺，至少2个轧制道次单道次压下量≥50mm；精轧主要任务是精确控制厚度公差和得到良好的板形，精轧开轧温度为820±20℃，待温厚度为成品钢板厚度+30mm，换句话说，精轧阶段钢板厚度方向总轧制变形量为30mm；钢板下线后堆垛缓冷≥48小时，充分扩氢。
(4)热处理：对钢板依次进行正火、回火处理，正火后在水槽内采用水加速冷却。
进一步讲，正火加热温度为880～910℃，保温时间系数：2.0～2.5min/mm，出炉水冷，使钢板表面冷却至400～500℃；为了防止模拟焊后热处理后钢板强度大幅度下降，本发明钢板回火温度不低于模拟焊后热处理温度，回火：回火温度610～630℃，保温时间系数：3.5～4.5min/mm。
大厚度抗氢致开裂压力容器钢板，尤其是替代锻件产品，其主要技术难度主要体现在：受坯料自身冶金质量和轧机能力的限制，钢板的内部质量、抗氢致开裂性能和心部力学性能难以保证。为了解决上述问题，本发明在产品的制造方法方面采取了相应的工艺措施，具体如下：
(1)采用复合坯替代钢锭，组坯方式为两坯复合；
(2)通过降低C、Mn、S、P等易偏析元素含量、降低连铸钢水过热度和采用动态轻压下等措施减轻连铸基坯的偏析和疏松冶金缺陷，控制铸坯偏析C类1.0级以下，疏松缺陷在0.5级以下，本发明中连铸钢水过热度范围为10～30℃；
(3)通过采用大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制连铸坯铸造用钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；本发明中软吹氩气时间控制在30min以上；
(4)采用先开坯再轧制两火成材轧钢工艺，通过两次高温扩散加热和高渗透轧制工艺，充分扩散偏析，压合疏松缺陷；
(5)采用正火+水加速冷却+回火热处理工艺，通过微观组织调控，使金相组织更加均匀细小，提高心部力学性能和抗氢致开裂性能。
本发明采用上述工艺措施和工艺参数适用范围的原理如下：
由于连铸坯在凝固过程中冷却速度较快，其内部质量明显优于传统钢锭。本发明采用复合坯作为坯料，既解决了连铸坯单坯生产压缩比不足，也解决了钢锭心部偏析、疏松冶金缺陷严重的实际问题。采用两坯复合的组坯方式，其目的是使钢板心部避开连铸基坯厚度1/2位置的冶金缺陷，从而改善钢板的心部性能。与连铸坯单坯生产方式相比，其弊端是两坯复合钢板的厚度方向上下1/4位置恰好是连铸基坯的厚度1/2位置，也是偏析、疏松冶金缺陷集中分布的位置，而且由一处变为两处，但偏析、疏松冶金缺陷在厚度方向分布的位置相对外移，更加接近复合坯的上下表面，利于偏析的高温加热扩散和疏松缺陷的高渗透轧制压合。由于偏析和疏松等冶金缺陷无法避免，因此，本发明通过降低C、Mn、S、P等易偏析元素含量、降低连铸钢水过热度和采用动态轻压下等措施，控制铸坯偏析C类1.0级以下，疏松缺陷在0.5级以下，以保证钢板上下厚度1/4位置的冶金质量、力学性能和抗氢致开裂性能。
非金属夹杂物是氢陷阱，氢进入钢中会在夹杂物界面富集形成氢分子，当氢压超过材料强度极限时会在组织不均匀处形成氢致开裂。本发明采用大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，控制连铸坯基坯钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级，通过控制非金属夹杂物的含量、大小和形态，来降低压力容器钢板氢致开裂的敏感性，从而提高抗氢致开裂性能。
受轧机能力限制，轧钢过程中轧制力很难渗透到钢板心部，常规轧制工艺无法保证钢板内部质量和心部性能，同时由于钢板厚度较大，控轧控冷工艺细化晶粒效果不明显，即使在正火工艺条件下，由于在空气中冷却速度较小，钢板晶粒仍然会较为粗大，钢板的强度、低温冲击韧性和抗氢致开裂性能水平及其稳定性很难满足设计要求。为了使特厚钢板具备相同厚度锻件的质量性能，完全满足板焊替代锻焊的制造工艺要求，本发明采用先开坯再轧制两火成材轧钢工艺，通过两次高温扩散加热和高渗透轧制工艺，充分扩散偏析，压合疏松缺陷；在热处理方面，采用正火+水加速冷却+回火工艺，通过微观组织调控，使金相组织更加均匀细小，大幅度改善钢板的各项性能，尤其是心部低温冲击韧性和抗氢致开裂性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明属于一种大厚度抗氢致开裂压力容器用钢板，厚度为＞200～250mm，该钢板具有匹配良好的综合机械性能和优异的抗氢致开裂性能，在高温长时间模拟焊后热处理后，钢板的强度和低温冲击韧性不明显减弱。钢板按照NACE TM0284-2016《管道压力容器抗氢致开裂钢性能评价的实验方法》中的A溶液进行抗氢致开裂检验，单个检验截面的裂纹长度率(CLR)、裂纹宽度率(CTR)和裂纹敏感率(CSR)均为0，无氢鼓泡，即腐蚀后无缺陷。610±10℃×30h模拟焊后热处理后检验力学性能，可以满足屈服强度≥320Mpa，抗拉强度≥520Mpa，心部-30℃横向夏比冲击功单值≥100J，Z向拉伸断面收缩率≥35％，钢板表面布氏硬度≤180HB。
附图说明
图1为本发明实施例3 250mm厚度钢板金相组织图(厚度1/4位置)。
图2为本发明实施例3 250mm厚度钢板金相组织图(厚度1/2位置)。
图3为本发明实施例3 250mm厚度钢板金相组织图(厚度3/4位置)。
具体实施方式
以下结合实施例及对比例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例的抗氢致开裂压力容器钢板的厚度为210mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.15％，Si：0.28％，Mn：1.23％，P：0.004％，S：≤0.0006％，Cr：0.20％，Ni：0.32％，Mo：0.10％，Alt：0.032％，Nb：0.015％，V：0.015％，Ti：0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq：≤0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
该钢板的制造工艺如下：
本发明钢板产品采用复合坯生产，主要工艺步骤依次为连铸基坯冶炼浇铸、真空焊接组合制坯、复合坯开坯轧制、成品钢板轧制、热处理，具体操作如下：
(1)连铸基坯冶炼浇铸
采用同一冶炼炉号生产的尺寸相同的450mm断面连铸板坯最为复合坯的基坯，连铸基坯采用纯净钢冶炼工艺，大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；通过低过热度、氩气保护浇铸工艺和动态轻压下技术，控制连铸基坯偏析C类1.0级以下，疏松0.5级以下；连铸基坯下线后加罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，连铸基坯的生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸。转炉冶炼后作扒渣处理，RH破空后，软吹氩气时间为35min，连铸工序钢水浇铸过热度为22℃。
(2)真空焊接组合制坯：连铸基坯表面铣磨后在真空室内进行电子束焊接组合，组坯方式为：两坯复合，复合制坯采用已经公开的常规工艺，所得复合坯厚度为865mm。
(3)复合坯开坯轧制：复合坯采用均热炉加热，在充分扩散基坯偏析的同时，通过高温扩散完成复合界面的部分冶金结合；在粗轧机采用单机架高渗透轧制工艺，合理分配轧制道次，通过反复再结晶使复合界面实现牢固的冶金结合，中间坯厚度为425mm，轧制下线后入罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，复合坯采用分段式加热工艺：540℃装钢，闷钢2小时；低温段以70℃/h速度升温至835℃，保温4小时；中温段以100℃/h速度升温至1010℃，保温2h；高温段不限制升温速度，升温至1245℃，保温11小时。
进一步讲，复合坯开坯工序主要任务是在粗轧机上完成轧制复合并得到合理尺寸的中间坯，开轧温度为1080℃，终轧温度为970℃，采用高渗透轧制工艺，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、52mm、52mm。
钢板下线后加罩缓冷≥72小时。
(4)成品钢板轧制：中间坯缓冷、精整后，在步进式加热炉中再次加热使其完全奥氏体化，通过第二次高温扩散加热，进一步减轻使坯料心部的偏析缺陷，同时为实现第二次高渗透轧制提供便利条件。进一步讲，中间坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，第二加热段温度为1200～1250℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间为300min，确保铸坯偏析充分扩散。
轧制分粗轧和精轧两阶段：轧制变形主要集中在粗轧阶段，该阶段采用高渗透轧制工艺，有2个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为56mm和52mm；精轧主要任务是精确控制厚度公差和得到良好的板形，精轧开轧温度为820℃，待温厚度为240mm；钢板下线后堆垛缓冷≥48小时，充分扩氢。
(5)热处理：对钢板依次进行正火、回火处理，正火后在水槽内采用水加速冷却。
进一步讲，正火加热温度为900℃，保温时间系数：2.0min/mm，出炉水冷，使钢板表面冷却至450℃；为了防止模拟焊后热处理后钢板强度大幅度下降，本发明钢板回火温度不低于模拟焊后热处理温度，回火：回火温度630℃，保温时间系数：3.5min/mm。
经由上述制造工艺制得的210mm厚的抗氢致开裂压力容器钢板具有匹配良好的力学性能和优异的抗氢致开裂性能，其力学性能详见表1，抗氢致开裂性能见表2。钢板探伤满足NB/T47013.3标准TI级要求。
实施例2
本实施例的抗氢致开裂压力容器钢板的厚度为230mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.14％，Si：0.27％，Mn：1.26％，P：0.003％，S：≤0.0004％，Cr：0.21％，Ni：0.35％，Mo：0.10％，Alt：0.030％，Nb：0.016％，V：0.020％，Ti：0.017％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq：≤0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
该钢板的制造工艺如下：
本发明钢板产品采用复合坯生产，主要工艺步骤依次为连铸基坯冶炼浇铸、真空焊接组合制坯、复合坯开坯轧制、成品钢板轧制、热处理，具体操作如下：
(1)连铸基坯冶炼浇铸
采用同一冶炼炉号生产的尺寸相同的450mm断面连铸板坯最为复合坯的基坯，连铸基坯采用纯净钢冶炼工艺，大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；通过低过热度、氩气保护浇铸工艺和动态轻压下技术，控制连铸基坯偏析C类1.0级以下，疏松0.5级以下；连铸基坯下线后加罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，连铸基坯的生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸。转炉冶炼后作扒渣处理，RH破空后，软吹氩气时间为32min，连铸工序钢水浇铸过热度为20℃。
(2)真空焊接组合制坯：连铸基坯表面铣磨后在真空室内进行电子束焊接组合，组坯方式为：两坯复合，复合制坯采用已经公开的常规工艺，所得复合坯厚度为868mm。
(3)复合坯开坯轧制：复合坯采用均热炉加热，在充分扩散基坯偏析的同时，通过高温扩散完成复合界面的部分冶金结合；在粗轧机采用单机架高渗透轧制工艺，合理分配轧制道次，通过反复再结晶使复合界面实现牢固的冶金结合，中间坯厚度为440mm，轧制下线后入罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，复合坯采用分段式加热工艺：530℃装钢，闷钢2小时；低温段以65℃/h速度升温至830℃，保温4.5小时；中温段以105℃/h速度升温至1020℃，保温2h；高温段不限制升温速度，升温至1242℃，保温10小时。
进一步讲，复合坯开坯工序主要任务是在粗轧机上完成轧制复合并得到合理尺寸的中间坯，开轧温度为1070℃，终轧温度为975℃，采用高渗透轧制工艺，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、55mm、52mm。
钢板下线后加罩缓冷≥72小时。
(4)成品钢板轧制：中间坯缓冷、精整后，在步进式加热炉中再次加热使其完全奥氏体化，通过第二次高温扩散加热，进一步减轻使坯料心部的偏析缺陷，同时为实现第二次高渗透轧制提供便利条件。进一步讲，中间坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，第二加热段温度为1200～1250℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间为310min，确保铸坯偏析充分扩散。
轧制分粗轧和精轧两阶段：轧制变形主要集中在粗轧阶段，该阶段采用高渗透轧制工艺，有2个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm和55mm；精轧主要任务是精确控制厚度公差和得到良好的板形，精轧开轧温度为810℃，待温厚度为270mm，钢板下线后堆垛缓冷≥48小时，充分扩氢。
(5)热处理：对钢板依次进行正火、回火处理，正火后在水槽内采用水加速冷却。
进一步讲，正火加热温度为900℃，保温时间系数：2.2min/mm，出炉水冷，使钢板表面冷却至420℃；为了防止模拟焊后热处理后钢板强度大幅度下降，本发明钢板回火温度不低于模拟焊后热处理温度，回火：回火温度620℃，保温时间系数：4.0min/mm。
经由上述制造工艺制得的230mm厚的抗氢致开裂压力容器钢板具有匹配良好的力学性能和优异的抗氢致开裂性能，其力学性能详见表1，抗氢致开裂性能见表2。钢板探伤满足NB/T47013.3标准TI级要求。
实施例3
本实施例的抗氢致开裂压力容器钢板的厚度为250mm，其化学成分按重量百分比计为：C：0.13％，Si：0.32％，Mn：1.32％，P：0.004％，S：≤0.0005％，Cr：0.22％，Ni：0.36％，Mo：0.11％，Alt：0.028％，Nb：0.018％，V：0.025％，Ti：0.016％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq：≤0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
该钢板的制造工艺如下：
本发明钢板产品采用复合坯生产，主要工艺步骤依次为连铸基坯冶炼浇铸、真空焊接组合制坯、复合坯开坯轧制、成品钢板轧制、热处理，具体操作如下：
(1)连铸基坯冶炼浇铸
采用同一冶炼炉号生产的尺寸相同的450mm断面连铸板坯最为复合坯的基坯，连铸基坯采用纯净钢冶炼工艺，大中间包浇铸、延长软吹氩气时间等措施，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；通过低过热度、氩气保护浇铸工艺和动态轻压下技术，控制连铸基坯偏析C类1.0级以下，疏松0.5级以下；连铸基坯下线后加罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，连铸基坯的生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸。转炉冶炼后作扒渣处理，RH破空后，软吹氩气时间为38min，连铸工序钢水浇铸过热度为23℃。
(2)真空焊接组合制坯：连铸基坯表面铣磨后在真空室内进行电子束焊接组合，组坯方式为：两坯复合，复合制坯采用已经公开的常规工艺，所得复合坯厚度为870mm。
(3)复合坯开坯轧制：复合坯采用均热炉加热，在充分扩散基坯偏析的同时，通过高温扩散完成复合界面的部分冶金结合；在粗轧机采用单机架高渗透轧制工艺，合理分配轧制道次，通过反复再结晶使复合界面实现牢固的冶金结合，中间坯厚度为450mm，轧制下线后入罩缓冷≥72h，充分扩氢。
进一步讲，复合坯采用分段式加热工艺：545℃装钢，闷钢2小时；低温段以60℃/h速度升温至820℃，保温4小时；中温段以110℃/h速度升温至1020℃，保温2h；高温段不限制升温速度，升温至1250℃，保温12小时。
进一步讲，复合坯开坯工序主要任务是在粗轧机上完成轧制复合并得到合理尺寸的中间坯，开轧温度为1100℃，终轧温度为980℃，采用高渗透轧制工艺，纵轧道次有4个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为55mm、55m、55mm、55mm。
钢板下线后加罩缓冷≥72小时。
(4)成品钢板轧制：中间坯缓冷、精整后，在步进式加热炉中再次加热使其完全奥氏体化，通过第二次高温扩散加热，进一步减轻使坯料心部的偏析缺陷，同时为实现第二次高渗透轧制提供便利条件。进一步讲，中间坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，第二加热段温度为1200～1250℃，均热段温度为1180～1250℃，第二加热段和均热段总加热时间为320min，确保铸坯偏析充分扩散。
轧制分粗轧和精轧两阶段：轧制变形主要集中在粗轧阶段，该阶段采用高渗透轧制工艺，有2个轧制道次单道次压下量≥50mm，分别为56mm和56mm；精轧主要任务是精确控制厚度公差和得到良好的板形，精轧开轧温度为800℃，待温厚度为280mm，钢板下线后堆垛缓冷≥48小时，充分扩氢。
(5)热处理：对钢板依次进行正火、回火处理，正火后在水槽内采用水加速冷却。
进一步讲，正火加热温度为900℃，保温时间系数：2.5min/mm，出炉水冷，使钢板表面冷却至400℃；为了防止模拟焊后热处理后钢板强度大幅度下降，本发明钢板回火温度不低于模拟焊后热处理温度，回火：回火温度610℃，保温时间系数：4.5min/mm。
经由上述制造工艺制得的250mm厚的抗氢致开裂压力容器钢板具有匹配良好的力学性能和优异的抗氢致开裂性能，其力学性能详见表1，抗氢致开裂性能见表2。钢板探伤满足NB/T47013.3标准TI级要求。钢板金相组织为铁素体+回火贝氏体，微观组织形貌如附图1～3所示。
表1各实施例所生产钢板的力学性能
Figure BDA0003002755070000121
Figure BDA0003002755070000131
注：模拟焊后热处理：610±10℃×30h。
表2各实施例所生产的钢板的抗氢致开裂(HIC)性能
Figure BDA0003002755070000132
Figure BDA0003002755070000141
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换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种200＜厚度≤250mm抗氢致开裂压力容器用钢板的制造方法，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比计为C：0.10～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.95～1.35%，P：≤0.005%，S：≤0.0008%，Cr：0.10～0.30%，Ni：0.25～0.40%，Mo：0.08～0.12%，Alt：0.02～0.05%，Nb：0.01～0.02%，V：0.01～0.03%，Ti：0.01～0.02%，B：≤0.0005%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；所述方法具体包括以下步骤：
1）连铸基坯冶炼浇铸：采用同一冶炼炉号生产的尺寸相同的断面连铸板坯为复合坯的基坯，连铸基坯采用纯净钢冶炼工艺，大中间包浇铸、延长软吹氩气时间，使非金属夹杂物充分上浮至渣中，从而降低钢中非金属夹杂物含量，提高钢水纯净度，控制钢水中A类、B类、C类和D类非金属夹杂物类单项≤1.0级，总和≤2.5级；通过低过热度、氩气保护浇铸工艺和动态轻压下技术，控制连铸基坯偏析C类1.0级以下，疏松0.5级以下；连铸基坯下线后加罩缓冷≥72h，充分扩氢；
2）真空焊接组合制坯：连铸基坯表面铣磨后在真空室内进行电子束焊接组合，组坯方式为：两坯复合；
3）复合坯开坯轧制：复合坯采用均热炉加热，在充分扩散基坯偏析的同时，通过高温扩散完成复合界面的部分冶金结合；在粗轧机采用单机架高渗透轧制工艺，合理分配轧制道次，通过反复再结晶使复合界面实现牢固的冶金结合，中间坯厚度控制在400～450mm，轧制下线后入罩缓冷≥72h，充分扩氢；复合坯开坯工序是在粗轧机上完成轧制复合并得到中间坯，开轧温度为1060～1100℃，终轧温度为950～980℃，高渗透轧制工艺是指纵轧道次至少4个轧制道次的单道次压下量≥50mm；
4）成品钢板轧制：中间坯缓冷、精整后，在步进式加热炉中再次加热使其完全奥氏体化，通过第二次高温扩散加热，进一步减轻使坯料心部的偏析缺陷，同时为实现第二次高渗透轧制提供便利条件，轧制分粗轧和精轧两阶段：轧制变形主要集中在粗轧阶段，该阶段采用高渗透轧制工艺，至少2个轧制道次单道次压下量≥50mm；精轧主要任务是精确控制厚度公差和得到良好的板形，精轧开轧温度为820±20℃，待温厚度为成品钢板厚度+30mm；钢板下线后堆垛缓冷≥48小时，充分扩氢；
5）热处理：对钢板依次进行正火、回火处理，正火后在水槽内采用水加速冷却，正火加热温度为880～910℃，保温时间系数：2.0～2.5min/mm，出炉水冷，使钢板表面冷却至400～500℃；回火温度610～630℃，保温时间系数：3.5～4.5min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种200＜厚度≤250mm抗氢致开裂压力容器用钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板的化学成分满足碳当量Ceq≤0.45%， Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15。
3.根据权利要求1所述的一种200＜厚度≤250mm抗氢致开裂压力容器用钢板的制造方法，其特征在于：所述连铸基坯的生产工艺流程：KR预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸，转炉冶炼后作扒渣处理，RH破空后，软吹氩气时间为30min以上，连铸工序钢水浇铸过热度为10～30℃。
4.根据权利要求1所述的一种200＜厚度≤250mm抗氢致开裂压力容器用钢板的制造方法，其特征在于：复合坯采用分段式加热工艺：550℃以下装钢，闷钢1～2小时；低温段以不大于75℃/h速度升温至820±20℃，保温3～5小时；中温段以不大于110℃/h速度升温至1000±20℃，保温2h；高温段不限制升温速度，升温至1220～1250℃，保温8～12小时。
5.根据权利要求1所述的一种200＜厚度≤250mm抗氢致开裂压力容器用钢板的制造方法，其特征在于：中间坯采用分段加热方式：总加热时间为620min，加热段温度为1200～1250℃，均热段温度为1180～1250℃，加热段和均热段总加热时间≥270min，确保铸坯偏析充分扩散。
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