CN113278891A - 一种超低温高心部冲击a537cl2容器钢中厚板及其生产方法 - Google Patents

一种超低温高心部冲击a537cl2容器钢中厚板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板及其生产方法，属于钢铁领域。本发明的钢板其化学成分按重量百分比计包括，C：0.13‑0.15％，Si：0.20‑0.30％，Mn：1.35‑1.50％，P≤0.013％，S≤0.002％，Ni：0.28‑0.35％，V：0.024‑0.030％，Alt：0.020‑0.050％；Cr、Mo、Cu均为残余元素，不刻意添加；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。本发明的方法采取低碳+低锰+0.20％Ni+0.025％V且碳当量Ceq≤0.43合金化成份设计，配合中间穿水冷却工艺高效稳定的控轧控冷、淬火+回火工艺生产超低温高心部冲击A537CL2容器钢，其屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，同时‑80℃，1/2厚度横向冲击功Akv≥110J良好强韧性性能。

Description

一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，更具体地说，涉及一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板及其生产方法。
背景技术
目前石油化工、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设备大型化和高压化，这必然对压力容器钢力学性能尤其是低温性能提出了更加复杂的技术要求。铸坯生产超低温高心部冲击A537CL2容器钢板中厚板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，这对钢板性能要求从常规的标准要求，逐步转变到对钢板心部超低温冲击性能要求，市场需求大。受铸坯高内部质量冶炼难度大的影响，国内很多钢厂均在研究高强度中等厚度高韧性低温容器钢的生产工艺，但对于铸坯生产的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板具有超低温高心部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。
经检索，公开号为：CN109022690 A的低温韧性压力容器用SA537CL2钢板及其生产方法，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，但该案通篇主要介绍生产工艺得到的性能中，-60℃冲击值很高，没有介绍心部冲击及冲击方向情况。
公开号为：CN106834943 A的高韧性压力容器用A537CL2钢板及生产方法，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，没有介绍心部冲击及冲击方向情况。
公开号为：CN107475620A的低温压力容器用调质型A537CL2钢板及生产方法，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，没有介绍心部冲击值情况，以及冶炼过程中增加了VD真空冶炼工序，增加了冶炼成本。
公开号为：CN110878400A的一种高强低温压力容器SA537CL2钢板及其生产方法，采用合理的成分设计，生产60-150mm，且得到较高的强韧性力学性能。但该案的成分设计采用的是低碳低锰+0.20％Ni以及Nb、V、Ti微合金，且坯料选用模铸+VD冶炼方法，制造方法中，热处理采用分级淬火+高温回火，得到的力学性能中仅公布-60℃冲击，没有说明位置，且冶炼周期长、制造成本高。
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特定钢板性能仍有不足的问题，拟提供一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板及其生产方法，本发明的钢板为具有高强度、高心部冲击韧性、高焊接性能的超低温容器用钢，满足实际使用需求，其生产方法便于实践实施，成本较低。
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心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其化学成分按重量百分比计包括，C：0.13-0.15％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.35-1.50％，P≤0.013％，S≤0.002％，Ni：0.28-0.35％，V：0.024-0.030％，Alt：0.020-0.050％；余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述不可避免的杂质包括Cr、Mo、Cu。
进一步地，其碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43。
进一步地，其屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，同时-80℃，1/2厚度横向冲击功Akv≥110J。
进一步地，其显微组织为少量铁素体+板条贝氏体的复合组织，晶粒尺寸在8μm-10μm，晶粒度在10级。
本发明的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板的生产方法，包括如下步骤：
S1、炼钢成分设计：按重量百分比计包括，C：0.13-0.15％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.35-1.50％，P≤0.013％，S≤0.002％，Ni：0.28-0.35％，V：0.024-0.030％，Alt：0.020-0.050％；
S2、出炉轧制：出钢温度≥1200℃，坯料在炉时间为234-300分钟；坯料出炉后即开始粗轧，粗轧终轧温度≥1000℃，精轧开轧温度800-840℃，精轧终轧温度790-830℃，返红温度700-720℃；粗轧+精轧道次控制在9-11道；
S3、热处理：采用淬火+回火热处理。
进一步地，粗轧结束后采用中间坯穿水工艺，穿水时长40s-60s，温降控制在80-100℃。
进一步地，待温坯厚度控制在≥2.0h，h为成品钢板厚度。
进一步地，热处理中淬火温度900-910℃，在炉时间1.8±0.1min/mm；回火温度620-630℃，在炉时间2.4±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)本发明的容器钢中厚板，通过优异的淬火+回火热处理工艺，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≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，同时-80℃，1/2厚度横向冲击功Akv≥110J良好强韧性性能。
(2)本发明的生产方法，根据ASTM A537/A537M标准，采取低碳+低锰+Ni+V且碳当量Ceq≤0.43合金化成份设计，配合中间穿水冷却工艺高效稳定的控轧控冷、淬火+回火工艺生产超低温高心部冲击A537CL2容器钢，减少低温高心部冲击成分设计复杂问题，生产工序简单、快捷交付，成本低廉。
(3)本发明的生产方法，成功解决了铸坯生产的超低温高心部冲击A537CL2容器钢低温心部冲击性能不稳定、焊接性不稳定等技术难点，并实现了在国内钢厂四辊可逆轧机生产线能够生产高强度、高心部冲击韧性超低温容器钢中厚板的技术。
附图说明
图1为本发明制备的60mm厚度钢板1/2厚度处淬火+回火金相组织图。
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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，化学成分依据ASTM A537/A537M结合A20标准设计，具体按重量百分比计，成分含量如下表1所示。
本实施例的钢板生产方法，包括：
S1、炼钢成分设计如表1中成分所示；
S2、出炉轧制，本实施例采用钢板坯料厚度≥260mm，成品厚度为60-70mm，待温坯厚度控制在≥2.0h，h为成品钢板厚度。其中具体的加热处理工艺参数和控轧处理工艺见下表2和表3。尤其粗轧结束后要采用中间坯穿水工艺，控制穿水时长和温降。
S3、热处理，其中具体的淬火工艺和回火工艺见下表4和表5。
本实施例中，由于高强度低温容器钢板因需要心部冲击，本实施例的生产方法除成分设计采用加镍提高冲击韧性外，还采用中间坯穿水工艺及控制粗轧+精轧总道次生产办法。钢板轧后为确保板型平整冷却均匀，需要在780-790℃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，通过调整水量和淬火机辊速，确保快速冷却，从而获得更多的细小硬化组织，采用620-630℃最优回火温度，促进V碳化物析出强化，提高冲击韧性，同时本实施例的生产方法解决了超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板生产需要昂贵的合金成本的问题。
本实施例中，由于实验钢要获取高强度、高心部冲击性能，为弥补铸坯心部带状组织很难改善的缺陷影响，钢板采用控制粗轧+精轧总道次数、中间坯穿水工艺等模式控轧，轧后立即采用控冷方式，降低高温状态下晶粒长大速度，本实施例选用260mm厚度坯料，且出炉温度采用高温出炉即温度≥1200℃，并适当延长在炉时间，且均热段时间≥40min，适应合金溶解所需时间，确保坯料钢温整体均匀，增加轧制渗透至心部的能力，从而提高心部变形能力，提高心部韧性性能。
本实施例在轧制过程中为避免出现心部偏析，影响强度和和心部冲击韧性值，故采用二阶段展宽轧制方法，同时控制粗轧+精轧总道次数9-11道，确保表面到心部组织足够细小。
如图1所示为本实施例所得的60mm厚度，淬火温度：900℃，在炉时间：108min，回火温度：622℃，在炉时间：144min，热处理后的钢板1/2厚度金相组织，组织为少量铁素体+板条贝氏体组织，且钢板1/2厚度处晶粒尺寸控制在8μm-10μm，晶粒度控制在10级。
本实施例根据ASTM A537/A537M标准，通过低碳+低锰+Ni+V且碳当量Ceq≤0.43合金化成份设计，采用铸坯生产超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，力学性能达到技术标准要求，其实际水平达到：屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，同时-80℃，1/2厚度横向冲击功Akv≥110J良好强韧性性能；具体如表6和表7所示。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，同时也满足了国际大型LPG储罐设备项目所要求的力学性能设计标准。由于超低温高心部冲击韧性性能要求高，在实际工业化大生产过程中，通过对轧制过程粗轧终轧温度、中间坯穿水工艺、轧制总道次等进行精确控制，有效避免在生产过程中轧制形变不足、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的问题。本实施例通过采取低碳+低锰+Ni+V且碳当量Ceq≤0.43合金化成份设计，利用横纵向展宽轧制坯料设计方法，采用控轧、中间坯穿水工艺、轧制总道次、控冷工艺结合最优的淬火+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、高韧性、高焊接稳定性的超低温容器钢中厚板的缺陷。产品成为石油和液化低温容器设备制造的重要金属材料。本实施例对高强度、高韧性、高焊接性能特定的低温容器用钢研制，为储存脱氢丙烷LPG储罐容器钢市场开发具有指标性引领意义。
实施例2
本实施例的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，按重量百分比计，成分含量如下表1所示。
本实施例的钢板生产方法，包括：
S1、炼钢成分设计如表1中成分所示；
S2、出炉轧制，其中具体的加热处理工艺参数和控轧处理工艺见下表2和表3。
S3、热处理，其中具体的淬火工艺和回火工艺见下表4和表5。
所得钢板的性能具体见表6和表7所示。
实施例3
本实施例的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，按重量百分比计，成分含量如下表1所示。
本实施例的钢板生产方法，包括：
S1、炼钢成分设计如表1中成分所示；
S2、出炉轧制，其中具体的加热处理工艺参数和控轧处理工艺见下表2和表3。
S3、热处理，其中具体的淬火工艺和回火工艺见下表4和表5。
所得钢板的性能具体见表6和表7所示。
实施例4
本实施例的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，按重量百分比计，成分含量如下表1所示。
本实施例的钢板生产方法，包括：
S1、炼钢成分设计如表1中成分所示；
S2、出炉轧制，其中具体的加热处理工艺参数和控轧处理工艺见下表2和表3。
S3、热处理，其中具体的淬火工艺和回火工艺见下表4和表5。
所得钢板的性能具体见表6和表7所示。
实施例5
本实施例的超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，按重量百分比计，成分含量如下表1所示。
本实施例的钢板生产方法，包括：
S1、炼钢成分设计如表1中成分所示；
S2、出炉轧制，其中具体的加热处理工艺参数和控轧处理工艺见下表2和表3。
S3、热处理，其中具体的淬火工艺和回火工艺见下表4和表5。
所得钢板的性能具体见表6和表7所示。
以下为上述各实施例中各工艺信息表。
表1、上述实施例中钢种化学成分信息表：
Figure BDA0003082158670000051
Figure BDA0003082158670000061
表2、上述实施例中加热处理工艺信息表：
Figure BDA0003082158670000062
表3、上述实施例中控轧处理工艺信息表：
Figure BDA0003082158670000063
表4、上述实施例中淬火工艺信息表：
Figure BDA0003082158670000064
Figure BDA0003082158670000071
表5、上述实施例中回火工艺信息表：
实例 成品厚(mm) 回火温度(℃) 在炉时间(min)
1 60 622 144
2 60 620 148
3 60 628 140
4 60 630 150
5 70 625 168
表6、上述实施例中所得钢板的性能信息表：
Figure BDA0003082158670000072
表7、上述实施例中所得钢板1/2厚度心部横向冲击功表：
Figure BDA0003082158670000073
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 (9)

1.一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括，C：0.13-0.15％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.35-1.50％，P≤0.013％，S≤0.002％，Ni：0.28-0.35％，V：0.024-0.030％，Alt：0.020-0.050％；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心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其特征在于：所述不可避免的杂质包括Cr、Mo、Cu。
3.根据权利要求1所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其特征在于：其碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.43。
4.根据权利要求1所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其特征在于：其屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，同时-80℃，1/2厚度横向冲击功Akv≥110J。
5.根据权利要求1所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板，其特征在于：其显微组织为铁素体+板条贝氏体的复合组织，晶粒尺寸在8μm-10μm，晶粒度在10级。
6.一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、炼钢成分设计：按重量百分比计包括，C：0.13-0.15％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.35-1.50％，P≤0.013％，S≤0.002％，Ni：0.28-0.35％，V：0.024-0.030％，Alt：0.020-0.050％；
S2、出炉轧制：出钢温度≥1200℃，坯料在炉时间为234-300分钟；坯料出炉后即开始粗轧，粗轧终轧温度≥1000℃，精轧开轧温度800-840℃，精轧终轧温度790-830℃，返红温度700-720℃；粗轧+精轧道次控制在9-11道；
S3、热处理：采用淬火+回火热处理。
7.根据权利要求6所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板的生产方法，其特征在于：粗轧结束后采用中间坯穿水工艺，穿水时长40s-60s，温降控制在80-100℃。
8.根据权利要求6所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板的生产方法，其特征在于：待温坯厚度控制在≥2.0h，h为成品钢板厚度。
9.根据权利要求6所述的一种超低温高心部冲击A537CL2容器钢中厚板的生产方法，其特征在于：热处理中淬火温度900-910℃，在炉时间1.8±0.1min/mm；回火温度620-630℃，在炉时间2.4±0.1min/mm。
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