CN113444969A - 一种美标容器低温服役条件用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种美标容器低温服役条件用钢板及其生产方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比为：C：0.12%～0.17%，Si：0.20%～0.40%，Mn：1.35%～1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni：0.25%～0.35%，Nb：0.01%～0.020%，V：0%～0.020%，Al：0.02%～0.05%，Ti：0%～0.010%，Mo：0.05%～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。采用低温控轧控冷及适当的正火热处理，取消正火后快速冷却加回火的热处理工序，生产的美标容器低温服役条件用钢板强度高，抗拉强度不小于485MPa，交货态及PWHT态低温冲击韧性结果优异。

Description

一种美标容器低温服役条件用钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种美标容器低温服役条件用钢板及其生产方法。
背景技术
美标容器用钢按标准生产已有成熟的工艺技术，但当客户提出附加技术要求，往往与标准要求之间存在较大差异，比如低温冲击、化学成分、碳当量等，这时需要针对用户的个性化要求，开展相关的成分、工艺等试验或重新策划生产工艺，甚至有些技术要求提出试样经过PWHT后、1/2厚度拉伸强度和低温冲击韧性，这种特殊附加要求呈逐年增加的趋势。
为了满足用户的特殊技术要求，采用原有成分体系或者在原有成分体系基础上小幅优化合金成分，存在PWHT后强度不足、冲击性能不稳定、合格率低等问题。目前，必须通过增加或调整热处理工序才能确保交货，生产成本高，市场竞争力差。
尤其是国外客户，对美标容器用钢要求交货态及PWHT状态、1/4厚度和1/2厚度-45℃(甚至更低冲击温度要求)横向冲击功Akv≥40J。目前，国内钢厂很少能够生产此类要求的钢板。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种美标容器低温服役条件用钢板，其化学成分及质量百分比为：C：0.12％～0.17％，Si：0.20％～0.40％，Mn：1.35％～1.50％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ni：0.25％～0.35％，Nb：0.01％～0.020％，V：0％～0.020％，Al：0.02％～0.05％，Ti：0％～0.010％，Mo：0.05％～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明针对美标低温容器有特殊技术要求的用钢，采用低碳、微Nb合金化、Ni+Mo合金成分设计，解决PWHT后强度不足、冲击性能不稳定、合格率低等问题，开发出具有优异力学性能和焊接性能的美标容器低温服役条件用钢板，满足客户特殊技术要求。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，其化学成分及质量百分比为：C：0.13％～0.15％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ni：0.28％～0.35％，Nb：0.01％～0.020％，V：0％～0.010％，Al：0.03％～0.05％，Ti：0％～0.010％，Mo：0.05％～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，其化学成分及质量百分比为：C：0.12％～0.14％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ni：0.25％～0.35％，Nb：0.012％～0.020％，V：0％～0.010％，Al：0.03％～0.05％，Ti：0％～0.010％，Mo：0.05％～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，钢板最大厚度为65mm。
本发明的另一目的在于提供一种美标容器低温服役条件用钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、低温控轧控冷、热处理工序，取消正火后快速冷却加回火的热处理工序，具体为：
冶炼+连铸：铁水经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸，铁水脱硫处理后S含量控制在≤0.005％，扒渣干净；转炉采用双渣法严格控制P含量≤0.010％；LF精炼采用白渣操作脱硫脱氧；RH真空处理，真空度≤3.0mbar，真空时间≥2min；真空结束后进行钙处理；钙处理结束后静搅，静搅时间≥15min；连铸控制中包温度在液相线以上10～25℃；
加热：采用260mm厚度连铸坯，总在炉时间10～16min/cm，均热时间≥1.4min/cm，加热温度1150～1250℃；
轧制：采用奥氏体再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，第一阶段轧制最后二道次压下量≥30mm、压下率≥22％，终轧温度控制为1000～1100℃；第二阶段开轧温度和终轧温度均≤800℃，轧后采用ACC层流冷却，返红温度为650～700℃，中间坯待温冷却时不允许采用穿水冷却；
热处理：将钢板加热到870～920℃之间进行正火热处理，正火时间控制在(1.0～2.0)min/mm×H+(20-30)min，H为钢板厚度。
前所述的一种美标容器低温服役条件用钢板的生产方法，生产的钢板正火态组织为铁素体、珠光体+少量贝氏体。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用低碳、微Nb合金化、Ni+Mo合金成分设计，提高钢的纯净度，并采用二阶段低温控制轧制+正火热处理相结合，低碳当量控制Ceq≤0.43％，生产出要求交货态及PWHT状态、1/4厚度和1/2厚度-45℃横向冲击功Akv≥40J的美标容器低温服役条件用钢板，交货态及试样经630℃PWHT后，1/4厚度、1/2厚度具有良好的强韧性匹配性能，屈服强度在350～400MPa，抗拉强度在490～560MPa之间，延伸率＞23％，1/4板厚和1/2板厚-45℃横向冲击功平均值≥150J；
(2)本发明利用宽厚板轧机优势，第一阶段控制最后二道次压下量及压下率，第二阶段采用低温轧制及道次累积压下率优化，以提高厚板心部渗透能力，改善心部低温冲击韧性；
(3)本发明突破以往此类技术要求订单采用正火后快速冷再进行回火的热处理工艺交付的限制，成功开发出正火热处理工艺，降低了工序生产成本，可实现钢板的经济、批量生产，国内外市场需求量大，经济效益好。
附图说明
图1为本发明钢板1/4厚度处组织形貌；
图2为本发明钢板1/2厚度处组织形貌。
具体实施方式
实施例1-3提供的一种美标容器低温服役条件用钢板及其生产方法，其化学成分及质量百分比为：C：0.12％～0.17％，Si：0.20％～0.40％，Mn：1.35％～1.50％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ni：0.25％～0.35％，Nb：0.01％～0.020％，V：0％～0.020％，Al：0.02％～0.05％，Ti：0％～0.010％，Mo：0.05％～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质；
包括冶炼、连铸、加热、低温控轧控冷、热处理工序，取消正火后快速冷却加回火的热处理工序，具体为：
冶炼+连铸：铁水经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸，铁水脱硫处理后S含量控制在≤0.005％，扒渣干净；转炉采用双渣法严格控制P含量≤0.010％；LF精炼采用白渣操作脱硫脱氧；RH真空处理，真空度≤3.0mbar，真空时间≥2min；真空结束后进行钙处理；钙处理结束后静搅，静搅时间≥15min；连铸控制中包温度在液相线以上10～25℃；
加热：采用260mm厚度连铸坯，总在炉时间10～16min/cm，均热时间≥1.4min/cm，加热温度1150～1250℃；
轧制：采用奥氏体再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，第一阶段轧制最后二道次压下量≥30mm、压下率≥22％，终轧温度控制为1000～1100℃；第二阶段开轧温度和终轧温度均≤800℃，轧后采用ACC层流冷却，返红温度为650～700℃，中间坯待温冷却时不允许采用穿水冷却；
热处理：将钢板加热到870～920℃之间进行正火热处理，正火时间控制在(1.0～2.0)min/mm×H+(20-30)min，H为钢板厚度。
(1)冶炼工艺中钢种实际化学成分如表1所示：
表1冶炼化学成分(％)
Figure BDA0003118867950000031
Figure BDA0003118867950000041
(2)加热工艺
260mm板坯厚度，均热段采用目标温度1200℃进行保温，并对在炉时间进行适当延长，以确保加热板坯钢温的均匀性，实际加热工艺如表2所示：
表2加热工艺
Figure BDA0003118867950000042
(3)低温控轧及控冷工艺
成品厚度较厚，在轧制过程中易出现心部偏析，即使轧后钢板采用正火热处理，也不能完全消除偏析所造成的影响，导致成品钢板强度和低温冲击韧性结果较差。二阶段段采用低温控轧控冷方法，实际控轧控冷工艺如表3所示：
表3控轧控冷工艺
Figure BDA0003118867950000043
(4)正火热处理工艺如表4所示：
表4正火热处理工艺
Figure BDA0003118867950000044
(5)力学性能
表5交货态力学性能
Figure BDA0003118867950000045
表6 630℃、PWHT态力学性能
Figure BDA0003118867950000051
实施例1-3所得钢板交货态及PWHT态的拉伸性能满足ASME SA-516/516M-2019《中低温压力容器用碳钢板》标准中Gr.70等级屈服强度≥260MPa、抗拉强度≥485MPa，50mm标距延伸率≥21％的要求，-45℃横向冲击性能满足客户技术要求交货态及PWHT态1/4厚度、1/2厚度均不低于40J的要求。
综上所述，本发明采用低碳、微Nb合金化、Ni+Mo合金成分设计，提高钢的纯净度，并采用二阶段低温控制轧制+正火热处理相结合，低碳当量控制，生产出要求交货态及PWHT状态、1/4厚度和1/2厚度-45℃横向冲击功Akv≥40J的系列容器低温服役条件用钢板，如图1、2所示，正火态组织主要为铁素体、珠光体+少量贝氏体。为避免混晶现象的出现，保证二阶段轧制在未再结晶区轧制，控轧工艺中二阶段开轧温度要求较低，成品厚度65mm要求二阶段开轧温度≤800℃，装备水平较低的轧机是不能实现的，本技术方案5000mm CVC可逆式单机架轧机轧制力为12000吨，可完全满足二阶段温度在800℃及以下温度进行轧制的要求。
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 (6)

1.一种美标容器低温服役条件用钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比为：C：0.12%～0.17%，Si：0.20%～0.40%，Mn：1.35%～1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni：0.25%～0.35%，Nb：0.01%～0.020%，V：0%～0.020%，Al：0.02%～0.05%，Ti：0%～0.010%，Mo：0.05%～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比为：C：0.13%～0.15%，Si：0.30%～0.40%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni：0.28%～0.35%，Nb：0.01%～0.020%，V：0%～0.010%，Al：0.03%～0.05%，Ti：0%～0.010%，Mo：0.05%～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比为：C：0.12%～0.14%，Si：0.30%～0.40%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni：0.25%～0.35%，Nb：0.012%～0.020%，V：0%～0.010%，Al：0.03%～0.05%，Ti：0%～0.010%，Mo：0.05%～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种美标容器低温服役条件用钢板，其特征在于：钢板最大厚度为65mm。
5.一种美标容器低温服役条件用钢板的生产方法，其特征在于：应用于权利要求1-4任意一项，包括冶炼、连铸、加热、低温控轧控冷、热处理工序，取消正火后快速冷却加回火的热处理工序，具体为：
冶炼＋连铸：铁水经过脱硫预处理、转炉冶炼、LF 精炼、RH 真空处理和连铸，铁水脱硫处理后S含量控制在≤0.005%，扒渣干净；转炉采用双渣法严格控制P 含量≤0.010%；LF 精炼采用白渣操作脱硫脱氧；RH真空处理，真空度≤3.0mbar，真空时间≥2min；真空结束后进行钙处理；钙处理结束后静搅，静搅时间≥15min；连铸控制中包温度在液相线以上10～25℃；
加热：采用260mm厚度连铸坯，总在炉时间10～16 min/cm，均热时间≥1.4 min/cm，加热温度1150～1250℃；
轧制：采用奥氏体再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，第一阶段轧制最后二道次压下量≥30mm、压下率≥22%，终轧温度控制为1000～1100℃；第二阶段开轧温度和终轧温度均≤800℃，轧后采用ACC层流冷却，返红温度为650～700℃，中间坯待温冷却时不允许采用穿水冷却；
热处理：将钢板加热到870～920℃之间进行正火热处理，正火时间控制在（1.0～2.0）min/mm×H+（20-30）min，H为钢板厚度。
6.根据权利要求5所述的一种美标容器低温服役条件用钢板的生产方法，其特征在于：生产的钢板正火态组织为铁素体、珠光体+少量贝氏体。
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