CN115652201A - 一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板及其制备方法 - Google Patents
一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板及其制备方法。包括如下步骤：（1）钢水冶炼；（2）连铸；（3）连铸坯加热；（4）轧制：采用两阶段轧制，中间坯厚度为钢板厚度的2~3倍，粗轧开轧温度为1000~1120℃，粗轧阶段单道次压下率为10%~30%，保证2道次≥20%；精轧开轧温度为800℃~960℃，精轧阶段单道次压下率为5%~15%；（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度620~700℃；（6）钢板热处理：离线淬火温度为880~930℃，回火温度为610~650℃。本发明钢板综合性能好，可替代厚规格钢板使用。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板及其制备方法。
背景技术
近几年来，石化和能源行业为降低生产成本、提高企业效益，过程装置开始向大型化、服役环境恶劣和周期长等方向发展，压力容器呈现轻量化和高参数的发展趋势，因此必须保证压力容器在极端环境下依然具有较为稳定的力学性能。低合金调质高强度钢板因其碳含量和合金元素含量低的特点，具备优异的焊接性能，加上宽泛的生产控制工艺和较高的强韧性匹配，在低温储罐建设中广泛应用。
低合金调质高强度钢板的强度主要由淬火时贝氏体组织中高位错密度和微合金碳氮化物的沉淀析出决定，低温韧性则主要依靠较低的碳含量、高温回火后软化的基体组织以及轧制过程中的大压缩比和原生细小的晶粒尺寸实现。目前有些企业进行了压力容器用07MnMoVR钢板的研究，力学性能只是满足了相关标准要求，但是钢板综合力学性能偏低不稳定、热处理工艺不满足标准要求、钢板尺寸单一，对于偏向于轻量化设计的12~60mm厚度薄规格兼具高强度、高韧性的低合金调质07MnMoVR钢板及其制备方法并无研究。
中国发明专利申请CN 108754320 A公开一种调质态07MnMoVR宽厚钢板及其生产方法，采用超低碳C 0.04%~0.07%，无Cr＋微量B的成分设计和在线淬火+回火调质热处理方法，生产出27~48mm厚度钢板，由于其使用的在线淬火工艺对水冷参数和钢板板形控制难度很大，无法满足高强度、高韧性薄规格钢板的生产，且该方法生产出的钢板屈服强度为493~586MPa，抗拉强度为627~740MPa，-20℃冲击功均值为150~297J，整体偏低且性能范围跨度大、不稳定，存在质量风险。所有厚度规格的钢板回火温度在580~610℃之间，不符合GB19189-2011中对所有钢板回火温度不低于600℃的要求。
中国发明专利申请CN 108118241 A公开一种低温压力容器用调质钢板07MnMoVR及其生产方法，该方法只提供了一种80mm厚度规格07MnMoVR钢板的冶炼轧制方法，并没有提及调质热处理工艺，且钢板-20℃冲击值≥200J，偏低。
中国发明专利申请CN 111074042 A公开一种大厚度超宽07MnMoVR钢板的调质热处理方法，该方法适用厚度为100~140mm，且需要使用车底式加热炉，每张钢板淬火前需要更换水槽中的冷却水，淬火冷却时间在90~120min，回火温度560~610℃之间，步骤亢长繁琐，受限于设备，且成品钢板的冲击性能≥180J，偏低。
发明内容
针对目前缺少对偏向于轻量化设计的12~60mm厚度薄规格兼具高强度、高韧性的低合金调质07MnMoVR钢板的研究的技术问题，本发明提供一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板及其制备方法，通过宽泛的成分设计和合理的工艺，生产出厚度为12~60mm的07MnMoVR钢板，钢板综合性能好，可替代厚规格钢板使用。
第一方面，本发明提供一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板的制备方法，包括如下步骤：
（1）钢水冶炼：熔炼成分为C：0.07%~0.09%，Si：0.15%~0.40%，Mn：1.20%~1.60%，P≤0.012%，S≤0.003%，Nb：0.015%~0.030%，Ti：0.005%~0.015%，Cr：0.15%~0.30%，Mo：0.10%~0.30%，V：0.015%~0.05%，Als：0.020%~0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）连铸；
（3）连铸坯加热：加热时间按照9~13min/cm进行，出炉温度为1170~1220℃；
（4）轧制：采用两阶段轧制，中间坯厚度为钢板厚度的2~3倍，粗轧开轧温度为1000~1120℃，粗轧阶段单道次压下率为10%~30%，保证任意两道次≥20%；精轧开轧温度为800℃~960℃，精轧阶段单道次压下率为5%~15%；
（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度620~700℃；
（6）钢板热处理：离线淬火温度为880~930℃，回火温度为610~650℃，出炉后空冷。
进一步的，步骤（1）具体为高炉铁水先经KR脱硫，送入210吨转炉冶炼，全程吹氩，脱P至0.010%以下，按照成分标准添加合金，滑板挡渣，转炉钢水出站，转入LF精炼炉精炼；LF精炼阶段全程吹氩弱搅拌，采用精炼石灰造白渣，成分微调，S控制在0.003%以下，除O、H、N外其他元素符合钢水要求后出站转至RH真空炉；在RH炉进行真空脱气处理，保证钢水真空度在200pa以下保持10min以上，脱气时间不少于5min，软吹氩时间不少于10min，待钢水镇静时间不少于20min，成分均匀稳定后进行浇铸。
进一步的，步骤（2）具体为采用300mm断面连铸机，全程氩气保护浇铸，中包过热度为15~30℃，连铸坯堆垛缓冷48h。
第二方面，本发明提供一种采用上述制备方法生产的07MnMoVR钢板。
进一步的，钢板的微观组织为回火粒状贝氏体+等轴铁素体。
进一步的，钢板厚度为12~60mm。
进一步的，厚度为[12，30)mm的钢板，厚度1/4位置-20℃横向冲击功KV2≥310J，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥670MPa。
进一步的，厚度为[30，60]mm的钢板，厚度1/4和1/2位置-20℃横向冲击功KV2≥290J，屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥650MPa。
本发明的有益效果在于：
本发明钢板的化学成分体系单一，在此范围内可获得不同厚度规格的钢板，不用单独设计成分，采用标准偏上的C成分提高强度，进而不用添加B等元素，减少微合金元素Nb、V、Ti和Mo，在保证高强度的同时也可减少合金成本，提高产品的经济优势；同时微量的Nb、V、Ti和Mo还能够细化晶粒，提高淬透性，保证钢板的强韧性匹配。钢板采用控轧、控冷工艺同时经过离线淬火+回火处理的生产方法，回火在GB19189-2011要求的温度范围内（≥600℃），钢板组织为回火粒状贝氏体+等轴铁素体组织。
试验结果表明：本发明钢板强度高、低温韧性优异，性能稳定，可满足轻量化设计要求替代厚规格钢板进行工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中12mm厚度07MnMoVR钢板金相组织照片。
图2为实施例2中30mm厚度07MnMoVR钢板厚度1/4位置金相组织照片。
图3为实施例2中30mm厚度07MnMoVR钢板厚度1/2位置金相组织照片。
图4为实施例3中60mm厚度07MnMoVR钢板厚度1/4位置金相组织照片。
图5为实施例3中60mm厚度07MnMoVR钢板厚度1/2位置金相组织照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种07MnMoVR钢板，厚度12mm，钢板的熔炼成分为C：0.08%，Si：0.19%，Mn：1.45%，P：0.008%，S：0.002%，Nb：0.020%，Ti：0.01%，Cr：0.20%，Mo：0.15%，V：0.025%，Al：0.032%，余量为Fe和不可避免的杂质。
该钢板按照如下步骤制得：
（1）钢水冶炼：高炉铁水先经KR脱硫，S≤0.005%，送入210吨转炉冶炼，全程吹氩，脱P至0.010%，按照成分标准添加合金，滑板挡渣，转炉钢水出站，转入LF精炼炉精炼；LF精炼阶段全程吹氩弱搅拌，采用精炼石灰造白渣，成分微调，S控制在0.002%，除O、H、N外其他元素符合钢水要求后出站转至RH真空炉；在RH炉进行真空脱气处理，钢水真空度133pa，保持12min，其中脱气时间7min，软吹氩时间13min，破空后，钢水镇静时间25min，成分均匀稳定后进行吊包浇铸；
（2）连铸：连铸时采用300mm断面连铸机生产，全程采用氩气保护浇铸，中包过热度在20℃左右，拉速在0.95m/min左右，切割后的连铸坯堆垛缓冷48h以上；
（3）连铸坯加热：铸坯加热时间系数为10.16min/cm，出炉温度为1192℃；
（4）轧制：粗轧开轧温度1102℃，展宽后，前两道次压下率分别为23%和25%，此阶段其他单道次压下率控制在10%~30%；中间坯厚度为36mm，精轧开轧温度920℃，此阶段单道次压下率控制在10%左右，轧制成12mm钢板；
（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度650℃，入冷床；
（6）钢板热处理：离线淬火温度890℃，在炉时间31min；回火温度645℃，炉内保温50min，出炉后空冷。
对所得钢板的力学性能进行检测，钢板屈服强度为605MPa，抗拉强度为676MPa，延伸率为22.5%；-20℃横向冲击功KV2三个值分别为325J、317J、321J，平均值为321J。
对钢板的金相组织进行观察，为回火粒状贝氏体+等轴状铁素体，组织均匀，晶粒细小，晶粒尺寸在13μm左右。金相照片见图1。
实施例2
一种07MnMoVR钢板，厚度30mm，钢板的熔炼成分为C：0.08%，Si：0.22%，Mn：1.44%，P：0.008%，S：0.001%，Nb：0.023%，Ti：0.009%，Cr：0.22%，Mo：0.16%，V：0.027%，Al：0.033%，余量为Fe和不可避免的杂质。
该钢板按照如下步骤制得：
（1）钢水冶炼：高炉铁水先经KR脱硫，S≤0.005%，送入210吨转炉冶炼，全程吹氩，脱P至0.010%，按照成分标准添加合金，滑板挡渣，转炉钢水出站，转入LF精炼炉精炼；LF精炼阶段全程吹氩弱搅拌，采用精炼石灰造白渣，成分微调，S控制在0.001%，除O、H、N外其他元素符合钢水要求后出站转至RH真空炉；在RH炉进行真空脱气处理，钢水真空度133pa，保持13min，其中脱气时间8min，软吹氩时间15min，破空后，钢水镇静时间24min，成分均匀稳定后进行吊包浇铸；
（2）连铸：连铸时采用300mm断面连铸机生产，全程采用氩气保护浇铸，中包过热度在23℃左右，拉速在0.95m/min左右，切割后的连铸坯堆垛缓冷48h以上；
（3）连铸坯加热：铸坯加热时间系数为9.8min/cm，出炉温度为1187℃；
（4）轧制：粗轧开轧温度1102℃，展宽后，前两道次压下率分别为22%和23%，此阶段其他单道次压下率控制在10%~30%；中间坯厚度为90mm，精轧开轧温度901℃，此阶段单道次压下率控制在10%左右，轧制成30mm钢板；
（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度655℃，钢板下线堆垛缓冷；
（6）钢板热处理：离线淬火温度904℃，在炉时间60min；回火温度630℃，炉内保温75min，出炉后空冷。
对所得钢板的力学性能进行检测：
钢板屈服强度为593MPa，抗拉强度为655MPa，延伸率为20%；
钢板厚度1/4位置-20℃横向冲击功KV2三个值分别为300J、314J、332J，平均值为315J；
钢板厚度1/2位置-20℃横向冲击功KV2三个值分别为290J、299J、308J，平均值为299J。
对钢板厚度1/4位置和1/2位的金相组织进行观察，为回火粒状贝氏体+等轴状铁素体，表明钢板淬透性较好，晶粒尺寸在15μm左右。金相照片见图2、图3。
实施例3
一种07MnMoVR钢板，厚度60mm，钢板的熔炼成分为C：0.07%，Si：0.19%，Mn：1.52%，P：0.007%，S：0.003%，Nb：0.029%，Ti：0.009%，Cr：0.24%，Mo：0.23%，V：0.040%，Al：0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质。
该钢板按照如下步骤制得：
（1）钢水冶炼：高炉铁水先经KR脱硫，S≤0.005%，送入210吨转炉冶炼，全程吹氩，脱P至0.008%，按照成分标准添加合金，滑板挡渣，转炉钢水出站，转入LF精炼炉精炼；LF精炼阶段全程吹氩弱搅拌，采用精炼石灰造白渣，成分微调，S控制在0.002%，除O、H、N外其他元素符合钢水要求后出站转至RH真空炉；在RH炉进行真空脱气处理，钢水真空度133pa，保持12min，其中脱气时间7min，软吹氩时间15min，破空后，钢水镇静时间26min，成分均匀稳定后进行吊包浇铸；
（2）连铸：连铸时采用300mm断面连铸机生产，全程采用氩气保护浇铸，中包过热度在27℃左右，拉速在0.95m/min左右，切割后的连铸坯堆垛缓冷48h以上；
（3）连铸坯加热：铸坯加热时间系数为10.33min/cm，出炉温度为1182℃；
（4）轧制：粗轧开轧温度1120℃，展宽后，前两道次压下率分别为25%和23%，此阶段其他单道次压下率控制在10%~30%；中间坯厚度为140mm，精轧开轧温度880℃，此阶段单道次压下率控制在10%左右，轧制成60mm钢板；
（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度665℃，钢板下线堆垛缓冷；
（6）钢板热处理：离线淬火温度920℃，在炉时间120min；回火温度615℃，炉内保温108min，出炉后空冷。
对所得钢板的力学性能进行检测：
钢板屈服强度为568MPa，抗拉强度为653MPa，延伸率为21.5%；
钢板厚度1/4位置-20℃横向冲击功KV2三个值分别为342J、356J、359J，平均值为352J；钢板厚度1/2位置-20℃横向冲击功KV2三个值分别为351J、331J、348J，平均值为343J；钢板冲击性能优异。
对钢板厚度1/4位置和1/2位的金相组织进行观察，为少量回火粒状贝氏体+大部分等轴状铁素体，由于软相组织较多，表现出强度降低，冲击值升高现象，晶粒尺寸在13μm左右。金相照片见图4、图5。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种轻量化设计高强度高韧性07MnMoVR钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）钢水冶炼：熔炼成分为C：0.07%~0.09%，Si：0.15%~0.40%，Mn：1.20%~1.60%，P≤0.012%，S≤0.003%，Nb：0.015%~0.030%，Ti：0.005%~0.015%，Cr：0.15%~0.30%，Mo：0.10%~0.30%，V：0.015%~0.05%，Als：0.020%~0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）连铸；
（3）连铸坯加热：加热时间按照9~13min/cm进行，出炉温度为1170~1220℃；
（4）轧制：采用两阶段轧制，中间坯厚度为钢板厚度的2~3倍，粗轧开轧温度为1000~1120℃，粗轧阶段单道次压下率为10%~30%，保证任意两道次≥20%；精轧开轧温度为800℃~960℃，精轧阶段单道次压下率为5%~15%；
（5）轧后冷却：钢板轧后迅速水冷，终冷温度620~700℃；
（6）钢板热处理：离线淬火温度为880~930℃，回火温度为610~650℃，出炉后空冷。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）具体为高炉铁水先经KR脱硫，送入210吨转炉冶炼，全程吹氩，脱P至0.010%以下，按照成分标准添加合金，滑板挡渣，转炉钢水出站，转入LF精炼炉精炼；LF精炼阶段全程吹氩弱搅拌，采用精炼石灰造白渣，成分微调，S控制在0.003%以下，除O、H、N外其他元素符合钢水要求后出站转至RH真空炉；在RH炉进行真空脱气处理，保证钢水真空度在200pa以下保持10min以上，脱气时间不少于5min，软吹氩时间不少于10min，待钢水镇静时间不少于20min，成分均匀稳定后进行浇铸。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体为采用300mm断面连铸机，全程氩气保护浇铸，中包过热度为15~30℃，连铸坯堆垛缓冷48h。
4.一种采用如权利要求1-3任一所述的制备方法生产的07MnMoVR钢板。
5.如权利要求4所述的07MnMoVR钢板，其特征在于，钢板的微观组织为回火粒状贝氏体+等轴铁素体。
6.如权利要求4所述的07MnMoVR钢板，其特征在于，钢板厚度为12~60mm。
7.如权利要求6所述的07MnMoVR钢板，其特征在于，厚度为[12，30)mm的钢板，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥670MPa，厚度1/4位置-20℃横向冲击功KV2≥310J。
8.如权利要求6所述的07MnMoVR钢板，其特征在于，厚度为[30，60]mm的钢板，屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥650MPa，厚度1/4和1/2位置-20℃横向冲击功KV2≥290J。
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