CN114293109A - 一种高强容器钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强容器钢板及其制备方法，所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.12‑0.16％，Si 0.20‑0.30％，Mn 1.05‑1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.020‑0.040，Nb 0.020‑0.030％，Ti 0.010‑0.020％，Cr 0.20‑0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明所述的高强容器钢板在模拟焊后热处理后仍具有极高的强度、塑性及低温冲击韧性，具有较高的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及钢板制造技术领域，尤其涉及一种的高强容器钢板及其制备方法。
背景技术
高强容器钢板广泛应用于化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、海洋等行业，是生产过程中必不可少的核心设备，是一个国家装备制造水平的重要标志。由于压力容器的特殊使用工况，比如说：低温工作环境、高温工作环境，高压工作环境，以及可能存放的有毒有害工作介质，工作环境恶劣，使用条件复杂。随着国民经济的发展对锅炉压力容器的强度越来越高。而在现有锅炉压力容器钢的生产条件下，随着强度的升高其他各项指标却同时下降，比如焊接性能、低温冲击韧性、断后伸长率。如何在高强度的锅炉压力下，保证良好的塑性和韧性指标，尤其是模拟焊后热处理后仍保持最佳的性能，是生产此类钢板生产的技术难点。
公布号为CN103361550A的发明专利涉及“一种模拟焊后热处理性能优良的 Q370R钢及生产方法”，提供了一种采用“两阶段轧制+正火”工艺生产的 60-100mm厚度的Q370R钢板及生产方法，模拟焊后热处理后具有良好的低温冲击韧性、高温拉伸性能和Z向拉伸性能，但强度仍偏低，低温冲击韧性仅为-20℃。
公布号为CN107619999A的发明专利涉及“一种长时间模焊热处理的抗硫化氢腐蚀薄钢板及生产方法”，提供了一种采用“两阶段轧制+(淬火+回火)”工艺生产的8-20mm厚度钢板及生产方法，模拟焊后热处理后钢板可满足屈服强度≥345Mpa，抗拉强度510-640Mpa，-30℃横向冲击功≥80J，未涉及高温模拟焊后热处理制度，且钢板生产厚度范围较小。
公布号为CN110184528A的发明专利涉及“一种高温模拟焊后热处理条件下具有优异性能的Q345R钢板及其制造方法”提供一种“两阶段轧制+正火”工艺生产的20-100mm厚度的压力容器钢板及其制造方法，模拟焊后热处理后钢板厚度 1/2处-30℃横向冲击功可满足单值≥100J，屈服强度≥325Mpa，抗拉强度≥500 Mpa，断后伸长率A≥25.0％，强度偏低，且不能满足薄钢板的使用要求。
公布号为CN110878400A的发明专利涉及“一种高强低温压力容器 SA537CL2钢板及其生产方法，提供了一种“钢板经过淬火+亚温淬火+高温回火处理”工艺生产的60-150mm厚度的高强低温压力容器钢板。满足屈服强度≥415 MPa，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥22％，-60℃横向冲击功≥120J，但未涉及模拟焊后热处理性能，且增加了贵重元素Ni和Cu。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种模拟焊后热处理后性能优良的高强容器钢板，所述钢板可应用于球罐等核电、化工等行业重要结构部件的制造，具有良好的内部质量，在650℃高温模拟焊后热处理条件下，仍然具有优异的力学性能和内部质量。钢板模拟焊后热处理态材料强度、伸长率、低温冲击韧性、成型性匹配良好，满足工业用高强容器钢的使用制造。
本发明所述高强容器钢板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.12-0.16％， Si0.20-0.30％，Mn 1.05-1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.020-0.040，Nb 0.020-0.030％，Ti 0.010-0.020％，Cr 0.20-0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质；
上述钢板经淬火和高温回火热处理后，获得的组织主要为回火索氏体组织和铁素体，组织的晶粒度为10.0-10.5级，钢板厚度为8-80mm。
本发明还提供了所述模拟焊后热处理后性能优良的高强容器钢板的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)KR铁水脱硫：铁水前、后渣均扒干净，保证渣层厚度≤10mm，保证铁水S≤0.005％；
本发明控制了原料中硫的含量，但在KR铁水脱硫过程中，仍需将浮于铁水表面上的脱硫渣除去，以免炼钢时造成回硫；
(2)转炉控制终点：P≤0.015％，S≤0.010％，确保C-T协调出钢，杜绝下渣；
(3)精炼工序：LF炉保证白渣出钢，处理结束后喂钙线1.5-2.5m/t；
本发明通过喂钙线工艺，能够生成低熔点的球形液态铝酸钙，该种产物易于上浮排出，不仅能够避免水口堵塞，且能够消除了钢材的异向性，改善与和基体铁的联结性，消除空腔及减小与在其周围基体产生的应力；
(4)连铸工序：采用低过热度和全程氩气保护法浇注，连铸过程采用二冷区电磁搅拌和动态轻压下技术相结合；
本发明采用上述方法进行连铸，能够减轻铸坯偏析和疏松缺陷，板坯下线后堆垛缓冷，能够确保钢中的氢充分扩散；
(5)加热工序：采用分段加热方式进行，加热段温度为1240-1280℃，加热时间为8-12min/cm，均热段温度为1220-1260℃，均热时间≥45min；
(6)两阶段控制轧制：第一阶段为高温低速大压力下轧制，道次压下量在 40mm以上，中间坯厚度控制按钢板最终厚度的3倍控制，第二阶段前5道次压下率≥16％，累计压下率≥60％；
本发明采用两阶段控制轧制，并通过对压制过程中各项参数的精确控制，起到了使奥氏体充分变形，在晶粒内部形成更多滑移带，为铁素体的相变提供更多的形核位置，充分的细化晶粒的效果；
(7)缓冷：缓冷温度为350-450℃，缓冷时间≥48h；
本申请为避免在冶炼过程中氢含量的问题，采用了较高的缓冷温度和适当的缓冷时间，以有效促进氢扩散降低氢含量，进而达到降低冷却后残余应力偏高的目的；
(8)淬火和回火处理：淬火温度采用890-910℃，在炉时间1.8-2.2min/mm，高温回火热处理温度620-650℃，回火时间为3.0-3.5min/mm，空冷，得到高强容器钢板。
进一步地，所述步骤(3)中VD炉的真空度≤70Pa，保持时间≥15min，底吹氩时间≥15min。
进一步地，所述步骤(4)中的低过热度浇筑温度≤20℃。
进一步地，所述步骤(6)中第一阶段的开轧温度≥1080℃，终轧温度为 930-980℃。
进一步地，所述步骤(6)中第二阶段的开轧温度为820-950℃，终轧温度为790-850℃。
进一步地，所述步骤(8)中淬火时间≥30min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明所述钢板的化学成分以碳锰为主，加入少量的Nb细化晶粒，提高钢材塑韧性，加入Cr提高钢的淬透性，辅以合理热处理工艺，使轧制后组织为(S 回+F)，保证了钢板优良的塑性及韧性。同时，本申请通过适当提高淬火温度和高温回火温度，保证钢板在模拟焊后热处理后仍具有极高的强度、塑性及低温冲击韧性，可减少钢材用量，减薄钢板，减少建设成本，提高经济效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明提供的一种模拟焊后热处理后性能优良的高强容器钢板及其制备方法进行进一步说明。
实施例1
一种10mm的模拟焊后热处理后性能优良的高强容器钢板及其制备方法。
所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.12％，Si 0.24％，Mn 1.09％， P0.014％，S 0.002％，Al 0.024，Nb 0.021％，Ti 0.011％，Cr 0.205％，余量为 Fe及不可避免的杂质元素。
所述钢板的制造工艺如下：
采用220mm厚度断面板坯为原料，主要工序的具体操作如下：
KR铁水脱硫：铁水前、后渣均扒干净，渣层厚度9mm，铁水S：0.005％；
转炉控制终点：P：0.012％，S：0.005％；C—T协调出钢，下渣厚度35mm；精炼工序：LF炉白渣出钢，处理结束后喂钙线2.0m/t；VD真空度要求70Pa，保持时间18min，保证底吹氩23min；
连铸工序：过热度(12-18℃)和全程氩气保护浇注，连铸拉速0.9m/min，连铸过程采用二冷区电磁搅拌和动态轻压下技术减轻铸坯偏析和疏松缺陷，板坯下线后堆垛缓冷48h，保证钢中的氢充分扩散；
分段加热：加热段1278℃，均热段1259℃，加热时间9min/cm控制，均热段时间46min；
两阶段控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度≥1130℃，终轧温度970℃，粗轧保证最后连续三道次平均压下率21％。中间坯厚度控制按板坯展宽后3.5h控制，第二阶段开轧温度940℃，终轧温度840℃，每道次压下率 16-17％，精轧累计压下率不小于60％；
缓冷：钢板缓冷时间48h；
淬火和回火处理：淬火温度采用895℃，在炉时间30min；高温回火热处理温度630℃，回火时间为30min，回火结束后空冷。
在交货状态下和模拟焊后热处理条件下均具有优异的力学性能，样坯模拟焊后热处理的工艺为：常温入炉开始升温，升温速度≤50℃/h，升温到650℃保温2.5h，开始降温，降温速度≤50℃/h，降至常温，加工，对成品钢板的机械性能进行测定，结果见表1。
表1实施例1钢板力学性能检测结果
实施例2
50mm的模拟焊后热处理后性能优良的高强容器钢板及其制备方法。
所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.15％，Si 0.28％，Mn 1.33％， P0.011％，S 0.002％，Al 0.033，Nb 0.028％，Ti 0.017％，Cr 0.285％，余量为 Fe及不可避免的杂质元素。
所述钢板的制造工艺如下：
采用320mm厚度断面板坯为原料，主要工序的具体操作如下：
KR铁水脱硫：铁水前、后渣均扒干净，渣层厚度10mm，铁水S：0.005％；
转炉控制终点：P：0.010％，S：0.005％；C—T协调出钢，下渣厚度30mm；
精炼工序：LF炉白渣出钢，处理结束后喂钙线2.0m/t；VD真空度要求70 Pa，保持时间25min，保证底吹氩30min；
连铸工序：过热度(10-18℃)和全程氩气保护浇注，连铸拉速0.70m/min，连铸过程采用二冷区电磁搅拌和动态轻压下技术减轻铸坯偏析和疏松缺陷，板坯下线后堆垛缓冷48h，保证钢中的氢充分扩散；
分段加热：加热段1272℃，均热段1250℃；加热时间9min/cm控制，均热段时间50min；
两阶段控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度≥1130℃，终轧温度980℃，粗轧保证最后连续三道次平均压下率21％，中间坯厚度控制按板坯展宽后3.5h控制，第二阶段开轧温度840℃，终轧温度810℃，每道次压下率 16-17％，精轧累计压下率不小于60％；
缓冷：钢板缓冷时间48h；
淬火和回火处理：淬火温度采用910℃，在炉时间110min；高温回火热处理温度650℃，回火时间为150min，回火结束后空冷。
在交货状态下和模拟焊后热处理条件下均具有优异的力学性能，样坯模拟焊后热处理的工艺为：常温入炉开始升温，升温速度≤50℃/h，升温到650℃保温2.5小时，开始降温，降温速度≤50℃/h，降至常温，加工，对成品钢板的机械性能进行测定，结果见表2。
表2实施例2钢板力学性能检测结果
对比例1
同实施例2，区别在于所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.15％， Si0.28％，Mn 1.33％，P 0.011％，S 0.002％，Al 0.033，Nb 0.009％，Ti 0.017 ％，Cr0.285％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
对成品钢板的机械性能进行测定，结果见表3。
表3对比例1钢板力学性能检测结果
对比例2
同实施例2，区别在于所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.15％， Si0.28％，Mn 1.33％，P 0.011％，S 0.002％，Al 0.033，Nb 0.028％，Ti 0.017 ％，Cr0.319％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
对成品钢板的机械性能进行测定，结果见表4。
表4对比例2钢板力学性能检测结果
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种高强容器钢板，其特征在于，所述高强容器钢板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.12-0.16％，Si 0.20-0.30％，Mn 1.05-1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al0.020-0.040，Nb 0.020-0.030％，Ti 0.010-0.020％，Cr 0.20-0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质；
所述高强容器钢板的晶粒度为10.0-10.5级，厚度为8-80mm。
2.根据权利要求1所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)KR铁水脱硫：铁水前、后渣均扒干净，保证渣层厚度≤10mm，保证铁水S≤0.005％；
(2)转炉控制终点：P≤0.015％，S≤0.010％，确保C-T协调出钢，杜绝下渣；
(3)精炼工序：LF炉保证白渣出钢，处理结束后喂钙线1.5-2.5m/t；
(4)连铸工序：采用低过热度和全程氩气保护法浇注，连铸过程采用二冷区电磁搅拌和动态轻压下技术相结合；
(5)加热工序：采用分段加热方式进行，加热段温度为1240-1280℃，加热时间为8-12min/cm，均热段温度为1220-1260℃，均热时间≥45min；
(6)两阶段控制轧制：第一阶段为高温低速大压力下轧制，道次压下量在40mm以上，中间坯厚度控制按钢板最终厚度的3倍控制，第二阶段前5道次压下率≥16％，累计压下率≥60％；
(7)缓冷：缓冷温度为350-450℃，缓冷时间≥48h；
(8)淬火和回火处理：淬火温度采用890-910℃，在炉时间1.8-2.2min/mm，高温回火热处理温度620-650℃，回火时间为3.0-3.5min/mm，空冷，得到高强容器钢板。
3.根据权利要求2所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中VD炉的真空度≤70Pa，保持时间≥15min，底吹氩时间≥15min。
4.根据权利要求2所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的低过热度浇筑温度≤20℃。
5.根据权利要求2所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中第一阶段的开轧温度≥1080℃，终轧温度为930-980℃。
6.根据权利要求2所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中第二阶段的开轧温度为820-950℃，终轧温度为790-850℃。
7.根据权利要求2所述高强容器钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中淬火时间≥30min。
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| CN202210004236.7A Pending CN114293109A (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种高强容器钢板及其制备方法 |
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| CN (1) | CN114293109A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115505852A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-12-23 | 河北普阳钢铁有限公司 | 一种耐蚀农机用钢材及其制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100833071B1 (ko) * | 2006-12-13 | 2008-05-27 | 주식회사 포스코 | 내ｈｉｃ특성이 우수한 인장강도 600㎫급 압력용기용 강판및 그 제조 방법 |
| CN103361550A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-10-23 | 武汉钢铁(集团)公司 | 模拟焊后热处理性能优良的q370容器钢及生产方法 |
| CN107619999A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-01-23 | 舞阳钢铁有限责任公司 | 长时间模焊热处理的抗硫化氢腐蚀薄钢板及生产方法 |
| CN113604729A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-11-05 | 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司 | 一种低碳当量易焊接压力容器用钢板及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-05 CN CN202210004236.7A patent/CN114293109A/zh active Pending
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