CN115739995A - 一种cvc炉卷轧机生产的耐低温冲击钢及其制备方法和应用 - Google Patents

一种cvc炉卷轧机生产的耐低温冲击钢及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供的耐低温冲击钢的制备方法，包括以下步骤：将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，包括CVC工作辊轴向移动，得到厚度为4～6mm，宽度为2200～3050mm的钢板；所述连铸坯包括以下化学组分：碳、锰、铌、钛、铬、硅和铁；所述卷轧的道次为5～7次，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％；将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s；耐低温冲击钢‑40℃冲击韧性≥50J。利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧提高了耐低温冲击钢的制备效率，实现了规模化生产。

Description

一种CVC炉卷轧机生产的耐低温冲击钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于压力容器技术领域，具体涉及一种耐低温冲击钢及其制备方法和应用。
背景技术
随着天然气需求量的增加需要大量天然气储罐。天然气储罐是一种低温压力容器，其顶部结构的蒙皮钢的厚度需要在4～6mm，宽度 2200～3050mm，并且需要满足-40℃低温冲击的要求。为了满足上述技术要求，需要控温轧制和控制冷却，轧制难度极大，同时钢板控制难度前所未有的严苛。
利用传统的中厚板或宽厚板轧线生产宽薄钢板时受限于轧制过程中轧件温降速率快，钢板轧制过程中变得越来越薄，轧件变得越来越长，钢板温降会越来越快。为了制备得到满足要求的天然气储罐顶部结构的蒙皮钢，现有的工艺只能实行两次加热+两次轧制。但是其生产效率低且生产稳定性差，难以规模化生产。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐低温冲击钢及其制备方法和应用，本发明利用CVCplus炉卷轧机能够高效生产耐低温冲击钢，按照本发明提供的制备方法能够使耐低温冲击容器钢规模化生产。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐低温冲击钢的制备方法，包括以下步骤：
将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，得到钢板；所述连铸坯包括以下质量百分含量的化学组分：0.05～0.09％C、 1.35～1.65％Mn、0.10～0.30％Si、0.02～0.04％Nb、0.15～0.025％Ti、 0.15％～0.20％Cr和余量铁；所述卷轧的道次为5～7次，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％；
将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s。
优选的，所述CVCplus炉卷轧机包括卷取炉和四辊可逆轧机；所述卷取炉包括机前卷取炉和机后卷取炉；
所述卷取炉卷鼓和四辊可逆轧机之间带钢的张力为18～25t。
优选的，所述卷取炉的温度为860～930℃。
优选的，所述CVCplus炉卷轧机工作辊轴向移动，最后三道次卷轧CVC 轴向移动量为70mm以内。
优选的，所述卷轧的总压下率为50～85％；
所述卷轧的开轧温度为990～1030℃；所述卷轧的终轧温度为 780～862℃。
优选的，所述平轧的道次为6～8次；
所述平轧的开轧温度≥1020℃。
优选的，所述加热的温度为1230～1260℃，所述加热的系数≥ 10.0min/cm；
所述加热用设备包括均热段，所述均热段温度的均匀性≤10℃，所述均热段保温的时间大于等于25min。
优选的，所述冷却后的返红温度为620～690℃。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的耐低温冲击钢，包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003865622610000021
所述耐低温冲击钢的厚度为4～6mm，宽度为2200～3050mm；
所述耐低温冲击钢-40℃冲击韧性≥50J。
本发明还提供了上述技术方案所述耐低温冲击钢作为天然气储罐顶部结构的蒙皮钢的应用。
本发明提供了一种耐低温冲击钢的制备方法，包括以下步骤：将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，得到钢板；述连铸坯包括以下化学组分：碳、锰、铌、钛、铬、硅和铁；所述卷轧的道次为5～7 次，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％；将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s。本发明提供的耐低温冲击钢能够作为耐低温冲击容器钢。本发明利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，机前机后各设置有卷曲炉进行保温，提高了耐低温冲击钢的制备效率，实现了耐低温冲击容器钢的规模化生产。本发明通过添加铌提高了耐低温冲击容器钢的低温冲击韧性，通过添加钛和铬提高了耐低温冲击容器钢的力学强度。按照本发明提供的制备方法能够高效制备得到厚度为4～6mm，宽度为 2200～3050mm的耐低温冲击容器钢，其-40℃冲击韧性≥50Akv/J。
附图说明
图1为以连铸坯为处理对象制备耐低温冲击钢的系统示意图，其中，1 为加热炉、2为除鳞机、3为机前卷取炉、4为四辊可逆轧机、5为机后卷取炉、6为冷却系统；
图2为实施例1制备得到的耐低温冲击容器钢的金相组织图；
图3为实施例2制备得到的耐低温冲击容器钢的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种耐低温冲击钢的制备方法，包括以下步骤：
将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，得到钢板；所述连铸坯包括以下化学组分：碳、锰、铌、钛、铬、硅和铁；所述卷轧的道次为5～7次，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％；
将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s。
本发明将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，得到钢板。在本发明中，所述连铸坯包括以下化学组分：碳、锰、铌、钛、铬、硅和铁。在本发明中，所述连铸坯的制备方法优选包括以下步骤：
将铁水、碳、锰、铌、钛、铬和硅混合进行炼钢，得到钢水；
将所述钢水进行铸坯，得到连铸坯。
本发明将铁水、碳、锰、铌、钛、铬和硅混合进行炼钢，得到钢水。本发明对铁水的制备方法无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。本发明在炼钢过程中优选进行铁水预处理脱硫、转炉深脱磷、LF深脱硫和超低残余元素控制；所述残余元素包括As、Sb、Sn、Pb、Bi、B和Ca中的一种或多种。本发明对所述铁水预处理脱硫、转炉深脱磷、LF深脱硫和超低残余元素控制无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。在本发明中，所述钢水的温度优选为1500～1600℃，更优选为1548℃。
在本发明中，所述连铸坯中磷的质量质量百分含量优选≤0.008％；所述连铸坯中硫的质量百分含量优选≤0.002％；所述连铸坯中B的质量质量百分含量优选≤0.0005％；所述连铸坯中As的质量质量百分含量优选≤0.03％；所述连铸坯中Sb的质量质量百分含量优选≤0.010％；所述连铸坯中Sn的质量质量百分含量优选≤0.020％；所述连铸坯中Pb的质量质量百分含量优选≤0.010％；所述连铸坯中Bi的质量质量百分含量优选≤0.010％。
将所述钢水进行铸坯，得到连铸坯。在本发明中，所述连铸坯的厚度优选为140～160mm，更优选为150mm；所述连铸坯的宽度优选为 2200～3250mm，更优选为3100～3200mm，更进一步优选为3150mm。在本发明中，所述铸坯用设备优选为连铸机。在本发明中，钢水在连铸中间包的过热度优选为12～16℃。在本发明中，所述铸坯过程中优选采用动态轻压下技术，本发明通过采用动态轻压下技术改善了连铸坯中心偏析和疏松问题。在本发明中，所述连铸坯中心偏析优选为C0.5级或C1.0级。
在本发明中，所述加热的温度优选为1230～1260℃，更优选为 1239～1245℃。在本发明中，所述加热的系数优选≥10.0min/cm，更优选为 10.5～11min/cm。在本发明中，所述加热用设备优选包括均热段，所述均热段温度的均匀性优选≤10℃，更优选为7～9℃；所述均热段保温的时间优选大于等于25min，更优选为32～35min。
本发明经过加热能够提高轧制塑性和合金固溶，从而提高耐低温冲击钢的冲击韧性。
在本发明中，所述平轧前优选还包括：将所述钢板进行除鳞。本发明对所述除鳞无特殊要求，采用本科领域常规方式即可。
在本发明中，所述平轧的道次优选为6～8次，更优选为6～7次。在本发明中，所述平轧的开轧温度优选≥1020℃，更优选为1050～1100℃。在本发明中，所述平轧优选由二级模型自动分配。
在本发明中，所述CVCplus炉卷轧机包括卷取炉和四辊可逆轧机；所述卷取炉包括机前卷取炉和机后卷取炉；所述卷取炉卷鼓和四辊可逆轧机之间带钢的张力优选为18～25t，更优选为22～25t。在本发明中，所述CVCplus 炉卷轧机弯辊力优选为500～1000t，更优选为600～900t。本发明优选根据卷轧末3道次的轧制板型增加或减小弯辊力，具体为当所述轧制板型为边浪板型时增加弯辊力，当所述轧制板型为中浪板型时减少弯辊力。在本发明中，所述卷取炉的温度优选为860～950℃，更优选为920～940℃，更进一步优选为930℃。
在本发明中，所述卷轧的道次为5～7次，优选为6～7次；所述卷轧的总压下率优选为50～85％，更优选为60～75％。在本发明中，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，优选为11.03～12.01％；所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，优选为16.58～18.32％；所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％，优选为19.37～20.21％。在本发明中，开始卷轧时钢板的厚度优选≤25mm。本发明通过二级模型自动设置卷轧总压下率，得到所需厚度的钢板。
在本发明中，所述CVCplus炉卷轧机工作辊轴向移动，最后三道次卷轧时工作辊CVC轴向移动量优选为70mm以内，更优选为20～50mm。
在本发明中，所述卷轧的开轧温度优选为990～1030℃，更优选为 1000～1020℃；所述卷轧的终轧温度优选为780～862℃，更优选为791～858℃。
得到钢板后，本发明将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s，优选为6～8℃/s。本发明优选采用高密缝隙喷嘴进行冷却，采用高密缝隙喷嘴进行冷却能够提高冷却效率同时提高耐低温冲击钢中组织均匀性。
本发明借助机前和机后都有卷取炉的卷轧工艺的优势，合理分配卷轧道次和道次压下率，确保轧制板型稳定。
本发明使用CVC炉卷轧机卷轧技术，通过机前与机后两个卷取炉的保温作用，兼顾板型、厚度精度、性能三项要求，可稳定高质量生产4～6mm 厚、2500～3050mm宽的液化天然气罐顶用低温容器钢，生产效率高且质量稳定，合格率高达99.5％以上。
在本发明中，所述冷却后的返红温度优选为620～690℃，更优选为 653～668℃。
在本发明中，所述冷却后优选还包括：将冷却后板材依次进行剪切、冷矫直和探伤。本发明对所述剪切、冷矫直和探伤无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。
按照本发明的制备方法制备得到的耐低温冲击钢具有良好的厚度均匀性，单张钢板的厚度公差优选为0～0.2mm，更优选为0.08～0.1mm。
图1为以连铸坯为处理对象制备耐低温冲击钢的系统示意图，其中，1 为加热炉、2为除鳞机、3为机前卷取炉、4为四辊可逆轧机、5为机后卷取炉、6为冷却系统。本发明利用四辊可逆轧机进行平轧和卷轧。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的耐低温冲击钢，包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003865622610000061
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括0.05～0.09％C，优选为0.071～0.077％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括 1.35～1.65％Mn，优选为1.57～1.59％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括0.10～0.30％Si，优选为0.22～0.25％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括0.02～0.04％Nb，优选为0.033～0.036％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括 0.15～0.025％Ti，优选为0.017～0.018％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括 0.02～0.055％Al，优选为0.03～0.04％。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括0.15～0.20％Cr，优选为0.17～0.18％。
本发明通过降低C在耐低温冲击钢的质量百分含量增加Nb的质量百分含量提高其低温冲击韧性，通过添加Cr和Ti提高耐低温冲击钢的力学强度。
在本发明中，以质量百分含量计，所述耐低温冲击钢包括余量的Fe和杂质。在本发明中，所述杂质包括残余元素、氮、磷和硫，所述残余元素包括As、Sb、Sn、Pb、Bi、B和Ca中的一种或多种。在本发明中，所述耐低温冲击钢中磷的质量质量百分含量优选≤0.008％，更优选为0.007％；所述耐低温冲击钢中硫的质量百分含量优选≤0.002％，更优选为0.001％；所述耐低温冲击钢中氮的质量百分含量优选为32～33ppm；所述耐低温冲击钢中B的质量质量百分含量优选≤0.0005％，优选为0.0003～0.0004％；所述耐低温冲击钢中As的质量质量百分含量优选≤0.03％，优选为0.003～0.004％；所述耐低温冲击钢中Sb的质量质量百分含量优选≤0.010％，优选为0.001％；所述耐低温冲击钢中Sn的质量质量百分含量优选≤0.020％，优选为0.001％；所述耐低温冲击钢中Pb的质量质量百分含量优选≤0.010％，优选为0.001％；所述耐低温冲击钢中Bi的质量质量百分含量优选≤0.010％；所述耐低温冲击钢中Ca的质量质量百分含量优选为0.0013～0.0014％。
在本发明中，所述耐低温冲击钢的碳当量(CEV)优选≤0.4％，所述耐低温冲击钢的焊接冷裂纹敏感指数优选≤0.22％。本发明提供的耐低温冲击钢具有优异的焊接性能。
在本发明中，所述耐低温冲击钢的厚度为4～6mm，优选为5～6mm；所述耐低温冲击钢的宽度为2200～3050mm，优选为2500～3050mm。在本发明中，所述耐低温冲击钢-40℃冲击韧性≥50J，优选为117～120J。
在本发明中，所述耐低温冲击钢具有良好的力学强度，所述耐低温冲击钢的屈服强度优选为381～390MPa；所述耐低温冲击钢的抗拉强度优选为 567～572MPa；所述耐低温冲击钢的延伸率优选为27～27.5％。
本发明还提供了上述技术方案所述耐低温冲击钢作为天然气储罐顶部结构的蒙皮钢的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将铁水预处理脱硫后与碳、锰、铌、钛、铬、硅混合进行炼钢(转炉深脱磷、LF深脱硫和超低残余元素控制)，得到温度为1548℃的钢水；将钢水转移至连铸中间包控制过热温度为12～16℃，进行铸坯(采用动态轻压下技术)，得到厚度为150mm，宽度为3150mm的连铸坯；连铸坯的中心偏析为C0.5级；
将连铸坯在1239℃下加热，加热的系数为10.5min/cm，加热用设备中的均热段温度的均匀性为8℃；连铸坯在均热段保温的时间为32min；将加热后连铸坯进行除鳞；
将除鳞后连铸坯平轧6道次，平轧的开轧温度为1020℃；
利用CVCplus炉卷轧机对平轧后板材进行7道次卷轧，得到钢板； CVCplus炉卷轧机中卷取炉卷鼓和四辊可逆轧机之间带钢的张力为22t， CVCplus炉卷轧机弯辊力为800t，卷取炉的温度为920℃；卷轧的开轧温度为1000℃，卷轧的终轧温度为780～858℃；开始卷轧时钢板厚度为25mm，卷轧的总压下率为73％，卷轧最后一道次压下率为12.11％，卷轧倒数第二道次压下率为18.32％，卷轧倒数第三道次压下率为20.21％；最后三道次卷轧CVC轴向移动量为45mm；
利用高密缝隙喷嘴对钢板进行冷却，冷却速率为6℃/s，返红温度为 668℃；将冷却后板材依次进行剪切、冷矫直和探伤，得到耐低温冲击容器钢板；耐低温冲击容器钢板的厚度为5.5mm，宽度为3000mm；耐低温冲击容器钢板包括C 0.071％、Mn 1.57％、P 0.007％、S 0.001％、Si 0.22％、Al 0.03％、 Nb 0.033％、、Ti 0.018％、Cr 0.17％、N 33ppm、Pb0.001％、Sb 0.001％、Sn 0.001％、As 0.003％、Ca 0.0014％、B 0.0003％，余量的Fe和杂质；耐低温冲击容器钢板的碳当量为0.37％，焊接冷裂纹敏感指数为0.17％。
实施例2
将铁水预处理脱硫后与碳、锰、铌、钛、铬、硅混合进行炼钢(转炉深脱磷、LF深脱硫和超低残余元素控制)，得到温度为1548℃的钢水；将钢水转移至连铸中间包控制过热温度为12～16℃，进行铸坯(采用动态轻压下技术)，得到厚度为150mm，宽度为3100mmmm的连铸坯；连铸坯的中心偏析为C1.0级；
将连铸坯在1245℃下加热，加热的系数为10.5min/cm，加热用设备中的均热段温度的均匀性为8℃；连铸坯在均热段保温的时间为35min；将加热后连铸坯进行除鳞；
将除鳞后连铸坯平轧6道次，平轧的开轧温度为1020℃；
利用CVCplus炉卷轧机对平轧后板材进行7道次卷轧，得到钢板； CVCplus炉卷轧机中卷取炉卷鼓和四辊可逆轧机之间带钢的张力为25t， CVCplus炉卷轧机弯辊力为700t，卷取炉的温度为940℃；卷轧的开轧温度为1000℃，卷轧的终轧温度为791～862℃；开始卷轧时钢板厚度为25mm，卷轧的总压下率72.7％，卷轧最后一道次压下率为11.03％，卷轧倒数第二道次压下率为16.58％，卷轧倒数第三道次压下率为19.37％；最后三道次卷轧 CVC轴向移动量为30mm；
利用高密缝隙喷嘴对钢板进行冷却，冷却速率为6℃/s，返红温度为 653℃；将冷却后板材依次进行剪切、冷矫直和探伤，得到耐低温冲击容器钢板；耐低温冲击容器钢板的厚度为6mm，宽度为3050mm；耐低温冲击容器钢板包括C 0.077％、Mn 1.59％、P 0.007％、S0.001％、Si 0.25％、Al 0.03％、 Nb 0.036％、、Ti 0.017％、Cr 0.18％、N 32ppm、CEV0.382％、Pcm 0.17％、 Pb 0.001％、Sb 0.001％、Sn 0.001％、As 0.004％、Ca 0.0013％、B0.0004％，余量的Fe和杂质；耐低温冲击容器钢板的碳当量为0.382％，焊接冷裂纹敏感指数为0.17％。
在实施例1、2制备得到的耐低温冲击容器钢厚度1/4处进行切割，对切割表面进行金相组织观察，得到金相组织图，如图2～3。其中图2为实施例 1制备得到的耐低温冲击容器钢的金相组织图，图3为实施例2制备得到的耐低温冲击容器钢的金相组织图。由图2和图3可以看出本发明提供的耐低温冲击容器钢板组织均匀细小，组织晶粒度在10.0级，组织类型为：铁素体 +珠光体，含有少量的贝氏体，带状组织等级为0.5级。
对比例1
按照实施例1方法制备钢板，不同之处在于，卷轧最后一道次压下率为 8.1％，卷轧倒数第二道次压下率为14.3％，卷轧倒数第三道次压下率为 17.1％，同时不投用CVC功能，CVCplus炉卷轧机工作辊轴向不移动。
对比例2
按照实施例1方法制备钢板，不同之处在于，最后三道次卷轧CVC轴向移动量为90mm，冷却速率为3℃/s。
按照GBT 713-2014和GBT 3531-2014检测实施例1、2和对比例1、2 制备得到的耐低温冲击容器钢的力学性能，其结果列于表1中。
表1实施例1、2和对比例1、2制备得到的钢板的力学性能
Figure BDA0003865622610000101
由表1可知本发明提供的耐低温冲击钢具有良好的力学性能和厚度均匀性，能够作为耐低温冲击容器钢。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种耐低温冲击钢的制备方法，包括以下步骤：
将连铸坯依次进行加热和平轧后利用CVCplus炉卷轧机进行卷轧，得到钢板；所述连铸坯包括以下质量百分含量的化学组分：0.05～0.09％C、1.35～1.65％Mn、0.10～0.30％Si、0.02～0.04％Nb、0.15～0.025％Ti、0.15％～0.20％Cr和余量铁；所述卷轧的道次为5～7次，所述卷轧最后一道次压下率为11～13％，所述卷轧倒数第二道次压下率为16～19％，所述卷轧倒数第三道次压下率为19～21％；
将所述钢板进行冷却，得到耐低温冲击钢；所述冷却的速率为5～10℃/s。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述CVCplus炉卷轧机包括卷取炉和四辊可逆轧机；所述卷取炉包括机前卷取炉和机后卷取炉；
所述卷取炉卷鼓和四辊可逆轧机之间带钢的张力为18～25t。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述卷取炉的温度为860～930℃。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述CVCplus炉卷轧机工作辊轴向移动，最后三道次卷轧CVC轴向移动量为70mm以内。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述卷轧的总压下率为50～85％；
所述卷轧的开轧温度为990～1030℃；所述卷轧的终轧温度为780～862℃。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述平轧的道次为6～8次；
所述平轧的开轧温度≥1020℃。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述加热的温度为1230～1260℃，所述加热的系数≥10.0min/cm；
所述加热用设备包括均热段，所述均热段温度的均匀性≤10℃，所述均热段保温的时间大于等于25min。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述冷却后的返红温度为620～690℃。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的耐低温冲击钢，包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure FDA0003865622600000021
所述耐低温冲击钢的厚度为4～6mm，宽度为2200～3050mm；
所述耐低温冲击钢-40℃冲击韧性≥50J。
10.权利要求9所述耐低温冲击钢作为天然气储罐顶部结构的蒙皮钢的应用。
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