CN114250424B - 一种无Ni低温压力容器用钢及其制造方法 - Google Patents

一种无Ni低温压力容器用钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无Ni低温压力容器用钢，其除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：0＜C≤0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003‑0.0008％；以及Mo：0.10～0.35％，Nb：0.050～0.080％，0＜Ti≤0.050％，0＜Ca≤0.005％中的至少其中一种。此外，本发明还公开了一种无Ni低温压力容器用钢板，其由上述无Ni低温压力容器用钢制得。相应地，本发明公开了上述无Ni低温压力容器用钢板的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)加热；(3)分阶段轧制，其包括第一阶段粗轧，第二阶段粗轧和精轧；(4)淬火和回火。本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中无昂贵的Ni元素，其产品成本较低且强度高，低温冲击性能好，具有十分重要的现实意义。

Description

一种无Ni低温压力容器用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种低温压力容器用钢及其制造方法。
背景技术
在石油化工、化肥等行业中，低温压力容器装置应用的十分广泛，低温压力容器装置普遍需要满足在-80～-120℃的使用环境下储存或运输液化气，具有十分重要的现实意义。
目前，国内该类型压力容器装置用钢一般均采用镍系低温钢，我国针对-120℃低温环境下使用的钢种主要为含镍5％的5Ni钢，其钢中的Ni元素含量较高，生产制造成本偏高。
例如：公开号为CN103103441B，公开日为2015年4月15日，名称为“一种-140℃下具有高韧性的压力容器用钢及生产方法”的中国专利文献公开了一种压力容器用钢及生产方法，其组分及含量为：C≤0.05，Si≤0.05，Mn：0.50～1.00，P≤0.006，S≤0.003，Alt：0.015～0.050，Ni：4.50～5.30，Nb：0.02～0.05，Ti：0.008～0.025，N≤0.004，此外还含有Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.30，Ca≤0.005中的一种或者一种以上，其使用温度满足-120℃要求，甚至可达-140℃。但上述钢中Ni元素的含量较高，生产成本高。
又例如：公开号为CN103088269B，公开日为2015年3月25日，名称为“一种-120℃下具有高韧性的压力容器用钢及生产方法”的中国专利文献也公开了在低温下具有高韧性的压力容器用钢，其成分及质量百分比为：C≤0.06，Si≤0.05，Mn：0.40～0.80，P≤0.008，S≤0.003，Alt：0.015～0.050，Ni：3.00～3.80，Cu：0.10～0.30，Ti：0.008～0.025，N≤0.004，此外还含有Cr≤0.50，Mo≤0.50，Nb≤0.040，Ca≤0.005中的一种或者一种以上，余量为Fe及不可避免的夹杂。该钢种中的镍元素含量仍然较高，生产成本较高。
再例如：公开号为CN101235466B，公开日为2011年6月22日，名称为“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”的中国专利文献同样公开了一种在低温下具有高韧性的钢，其成分及质量百分比为C：0.02～0.12，Si：0.10～0.35，Mn：0.30～0.80，P≤0.015，S≤0.010，Ni：3.20～3.80，Ti：0.005～0.05，Al：0.005～0.10，此外还含有Nb≤0.050，V≤0.10，Cu≤2.0，Mo≤0.50，Zr≤0.04，RE≤0.020中的两种或两种以上，其余为Fe和不可避免的杂质。上述钢中C含量上限偏高且还添加了V、Zr和RE元素。C含量上限偏高对冲击韧性和焊接性能有害。V的添加对钢板强度有提高，但对钢的低温冲击韧性有一定影响。Zr和RE可用于改善夹杂物尺寸和形貌，但容易造成钢板夹杂物含量增加，产生夹杂物聚集。
基于此，为了克服现有技术中已有钢种成本偏高的问题，期望获得一种低成本的无Ni低温压力容器用钢，该无Ni低温压力容器用钢不仅具有良好的低温韧性、焊接性能，同时还具有较高的强度，其生产成本较低，能够适合大生产操作。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种无Ni低温压力容器用钢，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢，通过合理的化学成分设计，在降低成本的前提下，同时确保钢材具有优异的低温韧性。该无Ni低温压力容器用钢不仅具有良好的低温韧性、焊接性能，还具有较高的强度，其生产成本较低，能够适合大生产操作，可以作为低温压力容器材料有效应用于石油化工行业中。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无Ni低温压力容器用钢，其除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
0＜C≤0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％；以及
Mo：0.10～0.35％，Nb：0.050～0.080％，0＜Ti≤0.050％，0＜Ca≤0.005％中的至少其中一种。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，其各化学元素质量百分含量为：
0＜C≤0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％；以及
Mo：0.10～0.35％，Nb：0.050～0.080％，0＜Ti≤0.050％，0＜Ca≤0.005％中的至少其中一种；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在某些实施方式下，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢的各化学元素质量百分含量可以为：
0＜C≤0.03％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.35～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％，Nb：0.050～0.080％，Ti：0.008～0.025％，Ca：0.002～0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在另外一些实施方式中，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢的各化学元素质量百分含量可以为：C：0.03～0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.35％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％，Mo：0.10～0.35％，Ca：0.002～0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明上述技术方案中，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢在化学成分设计中，采用了低C、无Ni、高Mn的设计，添加Cu、Cr元素，同时添加微量的Ti、Mo、Nb、B等元素，并进行Ca-Si处理，使得该钢在保证具有较低生产成本的同时还具有优良的低温韧性能。
在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，通过增加奥氏体扩大元素Mn元素的含量可以有效保证钢板的低温韧性，同时，由于Mn元素易出现成分偏析，所以钢中添加微量的B元素，以抑制Mn元素偏析带来的影响。Cr、Nb、Cu、Ti、Mo的设计成分保证了钢的强度、韧性和焊接性能，其中Cr元素可提高钢板的低温韧性，Ti合金可以细化钢板焊接热影响区组织，提高韧性水平，Cu、Mo可以提高钢板热处理后的性能稳定性，并保证钢板的强度。总的来说，采用Mn、Ti、Cu、Cr、Mo及其他元素的复合微合金化上，需要充分发挥各元素的特点。
具体来说，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，C是提高钢材强度最有效的元素。随着钢中C元素含量的增加，钢中Fe3C会随之增加，同时钢的淬硬性也会增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。但需要注意的是，增加钢中C元素含量，同时也会使钢的延伸率和冲击韧性下降，尤其是对钢的低温韧性影响较大。因此，考虑到钢的低温韧性和焊接性能要求，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，采用低C设计，将C元素的质量百分比控制为0＜C≤0.04％。
Mn：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的主要元素之一，在低碳钢种添加适量的Mn可以有效提高钢板强度。此外，Mn元素与Ni元素类似，它们均为奥氏体扩大元素，采用Mn代替Ni可以在钢低温性能下降不大的情况下，有效降低生产成本，但需要注意的是，Mn元素同时是一种易偏析的元素，当偏析区Mn、C含量达到一定比例时，会在钢材生产和焊接过程中会产生马氏体相，该相会表现出很高的硬度，对钢板低温韧性有较大影响。基于此，综合考虑Mn对无Ni低温压力容器用钢的性能改善效果和不利影响，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Mn元素的质量百分比控制在2.00～4.50％之间。
Al：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Al是钢中的主要脱氧元素，适量的Al还能细化钢板的晶粒，提高钢板的强度和韧性。但需要注意的是，当钢中Al元素含量偏高时，不仅容易导致钢中夹杂增多，对钢的韧性产生不利，同时还会降低钢的淬硬性和韧性，降低钢的抗氢致开裂性能。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Al元素的质量百分比控制在0.015～0.050％之间。
Cu：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Cu元素在钢中主要起沉淀强化作用，对钢在消应力热处理后的低温韧性有益。此外，钢中添加适量的Cu元素还能有效提高钢材的抗疲劳裂纹扩展能力。因此，综合考虑Cu元素对钢板综合力学性能和抗腐蚀性能的影响，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Cu元素的质量百分比控制在0.20～0.50％之间。
Cr：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Cr是中强碳化物形成元素，其可以显著提高钢的淬透性，能强烈推迟珠光体转变和贝氏体转变。Cr虽是弱固溶强化元素，但其能够有效增大奥氏体的过冷能力，从而起到细化组织、得到强化效果，对钢板的低温韧性具有正面作用。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Cr的质量百分比控制在0.50～1.50％之间。
B：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，B元素是超低碳贝氏体钢中重要的成分，它能够提高钢的淬透性。钢中加入极微量的B元素就会有明显的效果，显著推迟奥氏体向铁素体、珠光体的转变。同时，当钢中还具有Nb元素同时存在时，B元素的作用更加突出。此外，B元素对于Mn元素的晶界偏聚有很好的抑制作用。但需要注意的是，当钢中B元素含量太高时，会引起钢板淬透性下降，使钢的韧性恶化，且会形成低熔点共晶体，集中于晶粒的边界，这将引起热脆性，增加热压力加工困难。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将B的质量百分比控制在0.0003-0.0008％之间。
Mo：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Mo是提高钢板回火稳定性的元素，其可以提高钢板强度和抗氢致开裂性能。但需要注意的是，钢中Mo元素含量不宜过高，如果钢中Mo元素添加量过高，则会导致钢板低温韧性下降。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Mo的质量百分比控制在0.10～0.35％之间。
Nb：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Nb是一种强碳化物形成元素，其可以在钢中形成NbC、Nb(CN)等第二相质点，阻碍奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，提高钢板的强度和低温韧性。需要说明的是，Nb元素的作用温度要高于Ti和V元素，其对钢板强度的贡献也大于Ti和V元素，但当钢中Nb元素含量过高时易产生晶间裂纹。基于此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Nb的质量百分比控制在0.050～0.080％之间。
Ti：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，形成的TiN、Ti(CN)等粒子非常稳定，能够在形核时有效的阻止晶粒长大，因此能够起到细化晶粒的作用，从而有效提高钢板的强度和韧性。但是，Ti元素对钢材强度的贡献不及Nb元素明显，同时过多的Ti所形成的碳化物会降低钢板低温韧性。钢板在焊接时Ti元素的作用也比较明显，能够有效细化焊接热影响区组织。基于此，考虑钢板低温韧性要求和对焊接性能的影响，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Ti元素的质量百分比控制为0＜Ti≤0.050％。
Ca：在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，Ca是钢进行Ca-Si处理时增加的元素。当钢中Ca元素含量不高时，Ca元素本身对钢板性能无明显影响，但经过Ca-Si处理后，钢中夹杂物相貌发生变化，尺寸降低，球化率提高，有利于钢的抗硫化氢腐蚀性能。但考虑到Ca-Si处理后钢中杂质元素增加，钢中Ca元素的添加量不宜过大。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将Ca元素的质量百分比控制为0＜Ca≤0.005％。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：
0＜Si≤0.40％；
0＜V≤0.10％；
0＜RE≤0.010％。
在上述技术方案中，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中添加适量的Si、V、和RE的等元素可以进一步地改善钢板的性能。
需要说明的是，Si元素与C的亲和力很弱，其在钢中不与C发生化合，但其可以溶入铁素体，从而产生固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但同时也会导致钢材的塑性和韧性有所下降。基于此，考虑到该钢主要是对钢板低温韧性要求较高，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，可以将Si元素的质量百分比控制为0＜Si≤0.40％。
相应地，V元素在微合金钢中单独加入时会形成VC。在钢中N元素含量较低的情况下，VC在γ-Fe中的浴解度比NbC要高得多，在900℃以下，V(C，N)可完全溶解于γ-Fe中，因此V的主要作用是在γ～α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化，成为非调质钢中主要的和常用的微量添加元素。V可使沉淀相体积分数增加，沉淀相的密度增加和间距减小，从而能提高钢的综合性能。与其它微合金化元素一样，V主要通过形成碳氮化物来影响钢的组织结构和性能。这些碳氮化物对钢的微观结构及对钢性能的影响基本上取决于碳化物和氮化物的形成温度与转变温度之间的关系。而这些温度将依赖于冷却(或加热)的速度，以及钢的化学成分，尤其是所加入合金的含量和氮的含量。基于此，考虑到V对本发明所述无Ni低温压力容器用钢的性能改善效果，钢中可以添加适量的V元素，并控制其质量百分比为0＜V≤0.10％。
同样的，RE元素不仅可以影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态，还可以影响钢中的组织转变，其能够起到细化晶粒、改善钢的横向性能和冷脆性、抑制回火脆性的作用。钢中添加适量的RE元素，能够有效改善钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性、焊接性和深冲性。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，可以添加适量的RE元素，并控制其质量百分比为0＜RE≤0.010％。
但需要注意的是，上述元素的加入会增加材料的成本，综合考虑到性能与成本控制，在本发明所述的技术方案中，可以优选地添加上述元素的至少其中之一。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，在不可避免的杂质中：P≤0.005％，S≤0.003％，N≤0.004％。
在上述技术方案中，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，钢最大难点是在降低成本的前提下要确保同时具有优异的低温韧性。因此，在炼钢时要严格控制钢水的纯净度，防止P、S和N等杂质元素对该钢低温韧性产生影响。低温压力容器钢要确保在低温环境中的使用，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低压力容器用钢中杂质元素的含量。
其中，P元素在钢中除了形成可引起钢红脆(热脆)和塑性降低的易熔共晶夹杂物外，还对氢原子重新组合过程起抑制作用，使得钢增氢效果增加，从而提高钢的脆性，降低低温韧性水平和抗氢致开裂性能。相应地，钢中S元素含量过高，则会使钢板具有各向异性且韧性降低，使得钢的稳定性急剧恶化。因此，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，将P元素控制为P≤0.005％，将S元素控制为S≤0.003％。
另外，钢中应尽量减少钢中气体含量，减小钢的偏析，同时为了减少钢的时效影响，将钢中N元素的含量控制为N≤0.004％。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，其微观组织的基体为铁素体+贝氏体，其中贝氏体的相比例＞90％。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，其性能满足：抗拉强度≥585MPa，屈服强度≥490MPa，延伸率A≥20％，-120℃下的冲击功KV2≥135J。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种无Ni低温压力容器用钢板，该无Ni低温压力容器用钢板的生产成本较低，不仅具有良好的低温韧性、焊接性能，还具有较高的强度，其抗拉强度≥585MPa，屈服强度≥490MPa，延伸率A≥20％，-120℃下的冲击功KV2≥135J。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的无Ni低温压力容器用钢板，其采用上述的无Ni低温压力容器用钢制得。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢中，其厚度为10-60mm。
此外，本发明的又一目的在于提供上述无Ni低温压力容器用钢板的制造方法，生产工艺简单且生产成本低，采用该制造方法所获得的无Ni低温压力容器用钢板，不仅具有较高的强度，还具有良好的低温韧性、焊接性能，其可以有效用于制造石油化工、化肥等行业中有低温使用要求的压力容器设备，具有十分重要的现实意义。
为了实现上述目的，本发明提出了上述无Ni低温压力容器用钢板的制造方法，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)加热；
(3)分阶段轧制，其包括第一阶段粗轧，第二阶段粗轧和精轧；
(4)淬火和回火。
在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法中，在所述步骤(1)的冶炼和铸造中，该钢在冶炼时可以在LF炉(精炼炉)中进行Ca-Si处理，通过对夹杂物进行变性，能够有效降低夹杂物尺寸，改变夹杂物的形状，有利于提高钢的低温冲击韧性及抗腐蚀性能。同时，还可以进行较长时间(不低于20min)的真空处理，以降低钢中杂质、气体含量，有利于钢的低温韧性的提高。
相应地，步骤(1)冶炼和铸造的铸造过程中，可以采用分段电磁搅拌技术，分段电磁搅拌技术可以使铸坯凝固的更为均匀，并打断凝固末期形成的柱状晶组织，提高铸坯等轴晶率，从而有效减轻合金元素的偏析，提高铸坯内部质量。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法中，在步骤(2)中，控制加热温度为1230～1300℃，加热速率为9～14min/cm。
在上述技术方案中，在步骤(2)中，加热速率可以控制为9～14min/cm，即加热每1cm长度的钢板所用的时间可以为9～14min。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法中，在步骤(3)中，其中第一阶段粗轧的开轧温度大于1200℃，累计压下量≥30％；第二阶段粗轧的开轧温度大于1100℃；精轧开轧温度为930～980℃，精轧终轧温度为860℃～910℃，精轧道次为5～9次。
在本发明所述的技术方案中，在步骤(3)中，钢坯在轧制时需要进行分阶段轧制，其可以包括：粗轧一阶段、待温、粗轧二阶段、中间坯、待温和精轧。与常规低合金钢轧制工艺相比，本发明制造方法中，粗轧采取了两阶段轧制，其中一阶段粗轧大压下后待温，同时确保避开混晶温度区间，然后进行二阶段粗轧轧制，该轧制工艺对提高钢板韧性有较好的效果。
需要说明的是，在粗轧时，根据成品钢板厚度，可以控制本阶段粗轧轧制结束时中间坯的厚度。在进入精轧过程中时，待温避开奥氏体部分再结晶区温度后，开始奥氏体未再结晶区控制轧制。精轧终轧后，形变位错将发生回复和多边形化，从而细化组织，提高钢板的低温韧性。在轧制时，需要考虑钢的临界点温度，以避免出现混晶现象。因此综合考虑，可以控制钢第一阶段粗轧的开轧温度大于1200℃，累计压下量≥30％；第二阶段粗轧的开轧温度大于1100℃；精轧开轧温度为930～980℃，精轧终轧温度为860℃～910℃，精轧道次为5～9次。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法中，当钢板的厚度≤20mm时，所述步骤(4)中的淬火包括一次淬火，淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm，其中t表示板厚，其单位参量为mm。
进一步地，在本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法中，当钢板的厚度＞20mm时，所述步骤(4)中的淬火包括两次淬火，其中第一次淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；第二次淬火温度为710～780℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm，其中t表示板厚，其单位参量为mm。
在本发明所述的技术方案中，由于采用本发明所述制造方法制得的无Ni低温压力容器用钢板需要在低温环境下长期使用，所以针对该钢的特点，根据不同钢板厚度，可以设计热处理工艺为：“淬火+回火”和“淬火+淬火+回火热处理”两种不同的热处理工艺。
需要说明的是，在完成热处理后，钢的组织是一种较稳定的以贝氏体为主(一般含量在90％以上)，同时有少量块状铁素体的组织，其晶粒非常细小，贝氏体内部板条取向较为一致，有利于材料的低温冲击韧性，晶粒的细化及以贝氏体为主的组织则保证了材料的强度。
在上述技术方案中，当钢板的厚度≤20mm时，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法采用了“淬火+回火”的热处理工艺，只进行一次淬火后便开始回火；而当钢板的厚度＞20mm时，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法采用了“淬火+淬火+回火热处理”的热处理工艺，其需要进行两次淬火后才开始回火。其中，控制第一次淬火温度为830～950℃之间，保温时间为(t+40)×1min/mm是为了让钢充分奥氏体化，以获得稳定的组织；控制第二次淬火温度为710～780℃之间，保温时间为(t+40)×1min/mm，是为了使钢板处于两相区，以提高钢板的低温韧性。
相应地，将回火温度控制在570～690℃之间，保温时间为(t+60)×1min/mm，是为了让钢中合金元素充分析出以及提高组织的稳定性，在提高厚钢板心部性能的同时大幅度提高钢板的低温冲击韧性。
本发明所述的无Ni低温压力容器用钢及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的无Ni低温压力容器用钢通过合理的化学成分设计并结合优化工艺，可以现在确保降低成本的前提下，使钢材获得优异的低温韧性。该无Ni低温压力容器用钢的生产成本较低，其不仅具有较高的强度，还具有良好的低温韧性和焊接性能。
此外，本发明所述的无Ni低温压力容器用钢能够采用可行的生产工艺，有效实现大生产操作。
采用本发明所述的无Ni低温压力容器用钢制得的无Ni低温压力容器用钢板，在保证较低生产成本的同时，还具有十分优异的力学性能，其不仅具有良好的低温韧性、焊接性能，还具有较高的强度，其抗拉强度≥585MPa，屈服强度≥490MPa，延伸率A≥20％，-120℃下的冲击功KV2≥135J。
相应地，本发明所述的制造方法的生产工艺简单且生产成本低，采用该制造方法所获得的无Ni低温压力容器用钢板，不仅具有较高的强度，还具有良好的低温韧性、焊接性能，其可以有效用于制造石油化工、化肥等行业中有低温使用要求的压力容器设备，具有十分重要的现实意义。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的无Ni低温压力容器用钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-8和对比例1-2
本发明所述实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板和对比例1-2的对比钢板均采用以下步骤制得：
(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼和铸造。
(2)加热：控制加热温度为1230～1300℃，加热速率为9～14min/cm。
(3)分阶段轧制：其包括第一阶段粗轧，第二阶段粗轧和精轧。其中第一阶段粗轧的开轧温度大于1200℃，累计压下量≥30％；第二阶段粗轧的开轧温度大于1100℃；精轧开轧温度为930～980℃，精轧终轧温度为860℃～910℃，精轧道次为5～9次。
(4)淬火和回火：当钢板的厚度≤20mm时，淬火过程包括一次淬火，淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm；当钢板的厚度＞20mm时，淬火过程包括两次淬火，其中第一次淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；第二次淬火温度为710～780℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm；其中t表示板厚，其单位参量为mm。
本发明所述实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板的化学元素成分和相关工艺设计均满足本发明设计规范要求。而对比例1-2对比钢板的化学元素成分设计中均存在不满足本发明设计要求的参数，此外，对比例1-2的对比钢板中均含有Ni这一贵重元素，其生产成本较高。
需要说明的是，实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板均采用本发明所述的无Ni低温压力容器用钢制得；对比例1-2的对比钢板采用对比钢制得。
表1列出了实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板和对比例1-2对比钢板中的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除P、S、N以外其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002691538280000111
Figure BDA0002691538280000121
表2-1和表2-2列出了实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板和对比例1-2对比钢板的成品厚度以及在上述工艺步骤中的具体工艺参数。
表2-1.
Figure BDA0002691538280000122
表2-2.
Figure BDA0002691538280000123
Figure BDA0002691538280000131
将得到的成品实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板和对比例1-2对比钢板分别横向取样，并进行各项性能测试，将所得的测试结果列于表3中。
表3列出了实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板的性能测试结果。
表3.
Figure BDA0002691538280000132
从表3可以看出，相较于对比例1-2的对比钢板，本发明所述实施例1-8的无Ni低温压力容器用钢板力学性能明显更加优异，其抗拉强度均≥585MPa，屈服强度均≥490MPa，延伸率A均≥20％，-120℃下的冲击功KV2均≥135J。
相应地，对本发明所述实施例1-6的无Ni低温压力容器用钢板进行观察和分析可知，其微观组织的基体为铁素体+贝氏体，且微观组织中贝氏体的相比例＞90％。
由此说明，本发明上述的无Ni低温压力容器用钢板强度高，低温冲击性能好，且钢中无昂贵的Ni元素，产品成本较低，钢质纯净，能够有效用于制造-120℃低温环境下使用的低温压力容器设备，具有十分重要的现实意义。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种无Ni低温压力容器用钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
0＜C≤0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％；以及
Mo：0.10～0.35％，Nb：0.050～0.080％，0＜Ti≤0.050％，0＜Ca≤0.005％中的至少其中一种；
余量为Fe和其他不可避免的杂质；
其微观组织的基体为铁素体+贝氏体，其中贝氏体的相比例＞90％；
其性能满足：抗拉强度≥585MPa，屈服强度≥490MPa，延伸率A≥20％，-120℃下的冲击功KV2≥135J。
2.如权利要求1所述的无Ni低温压力容器用钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
0＜C≤0.03％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.35～0.50％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％，Nb：0.050～0.080％，Ti：0.008～0.025％，Ca：0.002～0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的无Ni低温压力容器用钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.03～0.04％，Mn：2.00～4.50％，Al：0.015～0.050％，Cu：0.20～0.35％，Cr：0.50～1.50％，B：0.0003-0.0008％，Mo：0.10～0.35％，Ca：0.002～0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的无Ni低温压力容器用钢，其特征在于，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：
0＜Si≤0.40％；
0＜V≤0.10％；
0＜RE≤0.010％。
5.如权利要求1或2所述的无Ni低温压力容器用钢，其特征在于，在不可避免的杂质中：P≤0.005％，S≤0.003％，N≤0.004％。
6.一种无Ni低温压力容器用钢板，其采用如权利要求1-5中任意一项所述的无Ni低温压力容器用钢制得。
7.如权利要求6所述的无Ni低温压力容器用钢板，其特征在于，其厚度为10-60mm。
8.如权利要求6或7所述的无Ni低温压力容器用钢板的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)冶炼和铸造；
(2)加热；
(3)分阶段轧制，其包括第一阶段粗轧，第二阶段粗轧和精轧；
(4)淬火和回火。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，控制加热温度为1230～1300℃，加热速率为9～14min/cm。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，其中第一阶段粗轧的开轧温度大于1200℃，累计压下量≥30％；第二阶段粗轧的开轧温度大于1100℃；精轧开轧温度为930～980℃，精轧终轧温度为860℃～910℃，精轧道次为5～9次。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，当钢板的厚度≤20mm时，所述步骤(4)中的淬火包括一次淬火，淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm，其中t表示板厚，其单位参量为mm。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，当钢板的厚度＞20mm时，所述步骤(4)中的淬火包括两次淬火，其中第一次淬火温度为830～950℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；第二次淬火温度为710～780℃，保温时间为(t+40)×1min/mm；回火温度为570～690℃，保温时间为(t+60)×1min/mm，其中t表示板厚，其单位参量为mm。
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