CN114395724A - 一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压力容器钢板生产技术领域，具体公开了一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，所述钢板的化学成分及其质量百分比为：C：0.16～0.18％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.45～1.55％、P≤0.020％、S≤0.010％、Alt≤0.050％、Nb：0.030～0.040％、V：0.060～0.070％、N：0.0080～0.0120％、Ni：0.25～0.35％，其余为Fe及不可避免元素；本发明采用微合金化技术，通过控制轧制和正火热处理，制造出6～30mm屈服420MPa级中低温压力容器用钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥570MPa，断后伸长率≥25％，钢板横向‑20℃冲击≥100J，钢板横向‑40℃冲击≥100J。

Description

一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法
技术领域
本发明属于压力容器钢板生产技术领域，具体涉及一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法。
背景技术
随着社会的发展，对钢板生产的强度和塑性具有更高的综合指标，从而适应中低温压力容器的生产，以保证中低温压力容器的安全使用。但是现有的420MPa级钢板的生产方法容易导致钢板在焊接热影响区出现淬硬的现象，加剧钢板焊接时产生冷裂的倾向，从而影响钢板的焊接性，造成钢板的屈服强度和抗拉强度差。基于此，本发明提供一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板，所述钢板的化学成分及其质量百分比为：C：0.16～0.18％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.45～1.55％、P≤0.020％、S≤0.010％、Alt≤0.050％、Nb：0.030～0.040％、V：0.060～0.070％、N：0.0080～0.0120％、Ni：0.25～0.35％，其余为Fe及不可避免元素。
一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，该生产方法的具体步骤如下：
步骤一、转炉冶炼，控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％；
步骤二、LF精炼，白渣保持时间15min以上，控制钢中所含S≤0.010％，精炼后期改用吹氮工艺控制钢中氮含量达到0.0080～0.0120％；
步骤三、板坯连铸，采用步骤二精炼后得到的钢料铸造板坯；
步骤四、板坯堆冷，板坯堆冷时间不小于24小时；
步骤五、板坯加热，温度控制在1150～1280℃；
步骤六、控制轧制，采用两阶段控制轧制；
步骤七、正火热处理，正火温度860～900℃。
步骤三中，全程保护浇铸，并将浇注温度按液相线温度+10～+25℃控制。
步骤三中，铸造板坯的厚度为150mm。
步骤五中，采用步进梁式加热炉对板坯进行加热。
步骤六中，所述两阶段控制轧制分为第一阶段控制轧制和第二阶段控制轧制，其中：
第一阶段控制轧制为：再结晶区轧制，温度区间为980～1120℃；
第二阶段控制轧制为：未再结晶区轧制，温度区间为开轧温度为840～960℃，终轧温度760～880℃。
所述再结晶区轧制的道次压下率≥15％。
所述未再结晶区轧制的总压下率≥50％。
步骤七中，所述正火热处理的保温时间1.4～1.6min/mm，并将板坯空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用微合金化技术，通过控制轧制和正火热处理，制造出6～30mm屈服420MPa级中低温压力容器用钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥570MPa，断后伸长率≥25％，钢板横向-20℃冲击≥100J，钢板横向-40℃冲击≥100J。
(2)本发明设计采用含量较低的碳，能够避免钢板在焊接热影响区出现淬硬的现象，可减小钢板焊接时产生冷裂的倾向，从而有效的保证了钢板良好的焊接性，大大的提高了钢材的延伸率和冲击韧性。
附图说明
图1为本发明的工序流程图；
图2为本发明实施例1所提供的采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图；
图3为本发明实施例2所提供的采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图；
图4为本发明实施例3所提供的采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的设计原理及化学元素用量控制机理如下：
C：其是提高钢材强度的主要元素之一，随着碳含量的增加，钢的屈服强度和抗拉强度均会提高，但是，随着碳含量增加，钢材的延伸率和冲击韧性下降。而且，焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向。因此采用0.15～0.18％的碳含量。
Si：其对提高钢的强度有帮助，主要作用是起镇静作用。
Mn：其是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。
P：其使钢具有冷脆倾向，含量应尽量低。
S：其使钢具有热裂倾向，含量应尽量低。
Nb：其在钢中与氮、碳有极强的亲合力，可与之形成极稳定的Nb(C,N)化合物。沿奥氏体晶界弥散分布的Nb(C,N)粒子，可以大大提高原始奥氏体晶粒粗化温度，从而细化了铁素体晶粒，提高钢的强度，尤其是屈服强度。
V：其是强烈的碳氮化物形成元素，它通过形成碳氮化物阻止奥氏体晶粒长大而细化晶粒，同时作为一种沉淀强化元素，提高钢材的强度。
N：在钒微合金钢中，添加N可提高钢的屈服强度，钢中的N主要与V形成钒的碳氮化物。N在钢中的作用主要是奥氏体向铁素体转变时，从钢中析出VN或V(CN)的沉淀相，抑制奥氏体晶粒的长大，起到细化铁素体晶粒的作用。氮在铁素体中的溶解度比碳高，在V(C,N)析出前，钢中所有的氮通常都溶解在铁素体中。在正火钢中，通过加N形成V(CN)的析出达到轧制和正火处理时细化晶粒的效果。
实施例1：
一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表1，且钢板的生产方法具体步骤如下：
步骤一、转炉冶炼：控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％；避免出钢过程下渣；
步骤二、LF精炼：白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％，精炼后期改用吹氮工艺控制钢中氮含量达到0.0080～0.0120％；
步骤三、板坯连铸：铸坯厚度为150mm，全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+10～+25℃控制；
步骤四、板坯堆冷：板坯堆冷不小于24小时；
步骤五、板坯加热：采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
步骤六、控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为840～960℃，未再结晶区轧制总压下率≥50％，终轧温度760～880℃；
步骤七、正火热处理：正火温度860～900℃，保温时间1.4～1.6min/mm，空冷至室温。
本实施例中，钢板的金相组织为铁素体和珠光体。
本实施例中，采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图如图2所示，性能指标见表2。
表1实施例1钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Nb V N Ni CEV
0.17 0.31 1.48 0.01 0.004 0.031 0.063 0.0102 0.25 0.45
表1
注：CEV为碳当量，计算公式为：CEV：C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15表2实施例1热处理工艺及性能指标
Figure BDA0003380931300000051
表2
实施例2：
一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表3，且钢板的生产方法具体步骤如下：
步骤一、转炉冶炼：控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％；避免出钢过程下渣；
步骤二、LF精炼：白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％，精炼后期改用吹氮工艺控制钢中氮含量达到0.0080～0.0120％；
步骤三、板坯连铸：铸坯厚度为150mm，全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+10～+25℃控制；
步骤四、板坯堆冷：板坯堆冷不小于24小时；
步骤五、板坯加热：采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
步骤六、控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为840～960℃，未再结晶区轧制总压下率≥50％，终轧温度760～880℃；
步骤七、正火热处理：正火温度860～900℃，保温时间1.4～1.6min/mm，空冷至室温。
本实施例中，钢板的金相组织为铁素体和珠光体。
本实施例中，采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图如图3所示，性能指标见表4。
表3实施例2钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Al Nb V N Ni CEV
0.17 0.31 1.47 0.01 0.004 0.011 0.030 0.065 0.0102 0.25 0.45
表3
注：CEV为碳当量，计算公式为：CEV：C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15表4实施例2热处理工艺及性能指标
Figure BDA0003380931300000061
表4
实施例3：
一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，钢板的化学成分及其质量百分比见表5，且钢板的生产方法具体步骤如下：
步骤一、转炉冶炼：控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％；避免出钢过程下渣；
步骤二、LF精炼：白渣保持时间15min以上，控制S≤0.010％，精炼后期改用吹氮工艺控制钢中氮含量达到0.0080～0.0120％；
步骤三、板坯连铸：铸坯厚度为150mm，全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度+10～+25℃控制；
步骤四、板坯堆冷：板坯堆冷不小于24小时；
步骤五、板坯加热：采用步进梁式加热炉，温度控制在1150～1280℃；
步骤六、控制轧制：采用两阶段控制轧制，第一阶段：再结晶区轧制温度区间：980～1120℃，再结晶区轧制道次压下率≥15％；第二阶段：未再结晶区轧制温度区间：开轧温度为840～960℃，未再结晶区轧制总压下率≥50％，终轧温度760～880℃；
步骤七、正火热处理：正火温度860～900℃，保温时间1.4～1.6min/mm，空冷至室温。
本实施例中，钢板的金相组织为铁素体和珠光体。
本实施例中，采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的显微组织图如图4所示，性能指标见表6。
表5实施例3钢板成分(wt％)
C Si Mn P S Al Nb V N Ni CEV
0.18 0.31 1.48 0.01 0.004 0.011 0.031 0.063 0.0102 0.25 0.46
表5
注：CEV为碳当量，计算公式为：CEV：C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
表6实施例3热处理工艺及性能指标
Figure BDA0003380931300000081
表6
由上述实施例可知，实施例2生产制成的钢板成品的性能指标最好，具有优良的屈服强度、抗拉伸强度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分及其质量百分比为：C：0.16～0.18％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.45～1.55％、P≤0.020％、S≤0.010％、Alt≤0.050％、Nb：0.030～0.040％、V：0.060～0.070％、N：0.0080～0.0120％、Ni：0.25～0.35％，其余为Fe及不可避免元素。
2.根据权利要求1所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：该生产方法的具体步骤如下：
步骤一、转炉冶炼，控制出钢C≥0.06％，P≤0.015％；
步骤二、LF精炼，白渣保持时间15min以上，控制钢中所含S≤0.010％，精炼后期改用吹氮工艺控制钢中氮含量达到0.0080～0.0120％；
步骤三、板坯连铸，采用步骤二精炼后得到的钢料铸造板坯；
步骤四、板坯堆冷，板坯堆冷时间不小于24小时；
步骤五、板坯加热，温度控制在1150～1280℃；
步骤六、控制轧制，采用两阶段控制轧制；
步骤七、正火热处理，正火温度860～900℃，最终制成钢板成品。
3.根据权利要求2所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：步骤三中，全程保护浇铸，并将浇注温度按液相线温度+10～+25℃控制。
4.根据权利要求2所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：步骤三中，铸造板坯的厚度为150mm。
5.根据权利要求2所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：步骤五中，采用步进梁式加热炉对板坯进行加热。
6.根据权利要求2所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：步骤六中，所述两阶段控制轧制分为第一阶段控制轧制和第二阶段控制轧制，其中：
第一阶段控制轧制为：再结晶区轧制，温度区间为980～1120℃；
第二阶段控制轧制为：未再结晶区轧制，温度区间为开轧温度为840～960℃，终轧温度760～880℃。
7.根据权利要求6所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：所述再结晶区轧制的道次压下率≥15％。
8.根据权利要求6所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：所述未再结晶区轧制的总压下率≥50％。
9.根据权利要求2所述的一种采用钒氮合金生产屈服420MPa级钢板的生产方法，其特征在于：步骤七中，所述正火热处理的保温时间1.4～1.6min/mm，并将板坯空冷至室温。
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