一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于壓力容器用鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。鋼板厚度規(guī)格為10～60mm。其特征是：鋼的冶煉成分按質(zhì)量百分數(shù)為：C：0.06～0.09％，Si：0.15～0.3％，Mn：1.3～1.55％，P≤0.012％，S≤0.005％，Nb：0.015～0.035％，V：0.03～0.05％，Ti：0.008～0.02％，Cr：0～0.2％，Ni：0.3～0.5％，Mo：0.2～0.3％，N≤70ppm；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。工藝包括冶煉、連鑄、板坯加熱、高壓水除磷、軋制、矯直、探傷、調(diào)質(zhì)。優(yōu)點在于，實現(xiàn)鋼板高強度與優(yōu)異低溫韌性的匹配，其中，屈服強度高于550MPa，抗拉強度不低于630MPa，-60℃下的夏比沖擊吸收功達到250J以上，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-80℃以下，纖維斷面率達到90％以上，側(cè)膨脹值達到2.2mm以上。
【專利說明】一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板及其生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓力容器用鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板 及其生產(chǎn)方法，具有優(yōu)異的低溫韌性。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著設備向高參數(shù)、大型化發(fā)展，天然氣、液化氣球罐從數(shù)百立方米向數(shù)千乃至上 萬立方米，必需選用高強度鋼；從安全性出發(fā)，大部分儲罐需要使用低溫鋼材，例如，丙烯和 乙烯儲罐的設計溫度由20世紀80年代的-20?-35°C，降到現(xiàn)在-30?-50°C，甚至更低 溫度。服役條件等對低溫用鋼提出了越來越高的要求，尤其是低溫韌性。因為對于低溫壓 力容器而言，脆性斷裂帶來的破壞是及其嚴重的。脆性斷裂是鋼材在低溫的狀態(tài)下失效的 主要原因，鋼材一旦處于低于脆性轉(zhuǎn)變溫度時，極易發(fā)生脆性斷裂。夏比沖擊吸收功Akv是 反應鋼材韌脆性的一個重要指標，它是鋼材在低溫下的沖擊值，是鋼材缺口或缺陷在低溫 下塑性變形能力和對裂紋擴展的敏感性，即低溫韌性的一種反映值。低溫壓力容器用鋼的 使用溫度低于鋼材韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，若容器或管道中存在因殘余應力、缺陷、應力集中等因 素引起的較高局部應力，就可能在沒有出現(xiàn)明顯塑性變形的情況下發(fā)生脆性破裂而釀成災 難性事故。由于化工行業(yè)中操作介質(zhì)多為易燃、易爆且具有毒性，尤其是對于操作介質(zhì)在常 溫下為氣態(tài)（如液氨等）的壓力容器，在使用過程中更應注意。因此為確保低溫壓力容器 的使用安全性，需要其具備_60°C溫度下的優(yōu)異低溫韌性。
[0003] 申請?zhí)枮?01010146875. 4的發(fā)明專利提供了一種低溫環(huán)境下使用的高強度鋼板 的制造方法，它的屈服強度達到490MPa，抗拉強度達到60kg級，-60°C低溫沖擊功均值達到 100J。隨著使用要求的不斷提高，低溫環(huán)境下使用的壓力容器用鋼板不僅需要更高的強度， 對低溫韌性也有更高的要求。此發(fā)明專利中的強度偏低，低溫韌性也偏差。
[0004] 申請?zhí)枮?01310292500. 2的發(fā)明專利提供給了一種低溫容器用鋼07MnNiMoDR的 生產(chǎn)方法，它的調(diào)質(zhì)工藝中淬火溫度為900?920°C，回火溫度為620?640°C，且_40°C下 的沖擊值偏低。此專利中-40°C低溫韌性難以滿足使用要求。
[0005] 申請?zhí)枮?01210396700. 8的發(fā)明專利提供了一種調(diào)質(zhì)型低溫壓力容器用鋼板及 其制備方法，它生產(chǎn)出來的鋼板在_50°C下的沖擊功在120J左右，沖擊值偏低，低溫韌性 差。
[0006] 因此，急需一種能夠在_60°C具有低溫韌性的壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板，以滿足 設備向高參數(shù)、大型化、安全化發(fā)展所帶來的對鋼板強韌化更高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板及其生產(chǎn)方法，具有優(yōu)異 的低溫韌性。通過成分設計、控軋控冷、優(yōu)化調(diào)質(zhì)熱處理工藝等手段來實現(xiàn)鋼板高強度與優(yōu) 異低溫韌性的匹配。生產(chǎn)的鋼板厚度規(guī)格為10?60_。
[0008] 本發(fā)明鋼的冶煉成分按質(zhì)量百分數(shù)為：C :0. 06?0. 09%，Si :0. 15?0. 3%，Μη : L 3 ?L 55%，P 彡（λ 012%，S 彡（λ 005%，Nb :0· 015 ?（λ 035%，V :0· 03 ?（λ 05%，Ti : 0· 008 ?0· 02%，Cr :0 ?0· 2%，Ni :0· 3 ?0· 5%，Mo :0· 2 ?0· 3%，N 彡 70ppm ;余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明涉及的鋼種的成分體系采用"低碳、微合金"體系。碳是鋼中不可缺少的提 高強度的元素之一，但是，隨著碳含量的升高，會導致其韌塑性和焊接性能下降。有相關(guān)研 究表明，當碳含量控制在〇. 1 %以下時，鋼種具有較優(yōu)良的焊接性能。對于低溫壓力容器用 鋼而言，要求具備良好的低溫韌性和低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。所以，為提高其低溫沖擊韌性，將 碳含量控制在〇. 06?0. 09 %。
[0010] 鋼中的p、s是不可避免的元素，但是它們都是對低溫韌性有害的元素。MnS、氧化 物夾雜物或碳化物等第二相顆粒的存在都會降低鋼的韌性、塑性和延伸率，較高的硫含量 更會導致抗腐蝕能力下降。為保證鋼液具有一定的純凈度，將磷含量控制在0. 012%以內(nèi)， 硫元素含量控制在0. 005 %以內(nèi)。
[0011] 微合金元素的選擇既要考慮微合金的強化效果，又要避免其對鋼的組織可能產(chǎn)生 的不良影響。其中，Nb能提高奧氏體的再結(jié)晶溫度，擴大未再結(jié)晶區(qū)溫度范圍，推遲了未再 結(jié)晶的進行，能有效地細化晶粒；而細化晶粒不僅能提高鋼材的強度，也能從一定程度上提 高鋼材的低溫韌性和塑性。微合金元素 Nb的C、N化物等彌散的分布在集體上，也能有效的 細化晶粒。因此，將Nb元素的含量控制在0. 015?0. 035%。
[0012] V在鋼中形成的C、N化物也能抑制晶粒長大、粗化。它們主要在奧氏體晶界的鐵 素體中沉淀析出，在軋制過程中能抑制奧氏體的再結(jié)晶并阻止晶粒長大，從而細化鐵素體 晶粒，提高鋼的強度和低溫韌性。因此，將V元素的含量控制在0. 03?0. 05%。
[0013] Ti是強碳化物形成元素，富集在晶界處，能有效的抑制晶粒長大，起到細化晶粒的 作用。Ti和S的親和力很強，在含Ti鋼中優(yōu)先形成TiS，降低了生成硫化鐵的幾率，可以減 少鋼的熱脆性。為提高鋼材的低溫韌性和強度，將Ti元素的含量控制在0. 008?0. 02%。
[0014] Ni元素也具有一定的強化作用，假如1%的Ni可提高鋼材強度約20MPa ;它還能 顯著的改善鋼材的韌性，尤其是低溫韌性，但是當Ni含量超過0. 5%時，會對低溫韌性不 利。2. 5%以下的Ni不會對鋼材的焊接性能產(chǎn)生不利影響；當Ni含量達3. 5%以上時，焊 接接頭過熱區(qū)金屬晶粒長大的傾向顯著增加，導致其韌性急劇降低。所以，將Ni元素的含 量控制在0.3?0.5%。
[0015] 本發(fā)明鋼的生產(chǎn)流程涉及到冶煉、連鑄、板坯加熱、高壓水除磷、乳制、矯直、探傷、 調(diào)質(zhì)等工藝。在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為：
[0016] ⑴冶煉成分按質(zhì)量百分數(shù)為：C :0· 06?0· 09%，Si :0· 15?0· 3%，Μη :1· 3? 1. 55%，Ρ 彡 0· 012%，S 彡 0· 005%，Nb :0· 015 ?0· 035%，V :0· 03 ?0· 05%，Ti :0· 008 ? 0· 02%，Cr :0 ?0· 2%，Ni :0· 3 ?0· 5%，Mo :0· 2 ?0· 3%，N 彡 70ppm ;余量為 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)。
[0017] (2)軋制工藝。粗軋開軋目標溫度為1160?1200°C，粗軋終軋目標溫度為980? 1040°C ;精軋開軋目標溫度為830?850°C，精軋終軋目標溫度為770?810°C。中間待溫 厚度控制在成品厚度的1. 5?2. 5倍。
[0018] 此鋼板的軋制工藝采用兩階段軋制：再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制。再結(jié)晶區(qū) 采用較大的道次變形量，盡可能達到完全再結(jié)晶；未再結(jié)晶區(qū)采用多道次大變形軋制，為奧 氏體向鐵素體相變形核創(chuàng)造有利條件，增加形核部位，以達到細化鐵素體晶粒的目的。
[0019] 粗軋階段單道次最大壓下量35±3mm，單道次最大壓下量達到25%左右，目的在 于使鋼板在粗軋過程中心部充分變形，提高鋼板在厚度方向上力學性能的均勻性，有利于 鋼板心部-60°C低溫韌性的提高。
[0020] (3)鋼板熱處理采用調(diào)質(zhì)工藝。鋼板淬火溫度為870?900°C，回火溫度為600? 620°C，保溫時間在30±5min，保證鋼板回火溫度和保溫時間的匹配，使鋼板具有優(yōu)良的強 韌性。
[0021] 鋼板淬火溫度為870?900°C，目的在于淬火溫度盡可能接近奧氏體區(qū)Ac3線，以 獲得細小的原始奧氏體組織，淬火后尺寸細小的奧氏體形成均勻細小的板條貝氏體組織， 另外，微合金元素 Nb、V、Ti的碳氮化物也抑制了奧氏體晶粒的長大；若高于900°C保溫，在 此成分體系下，則會導致原始奧氏體晶粒極易長大，淬火后不能獲得均勻細小的板條貝氏 體組織；弱低于870°C保溫，則鋼板在Ac3線附近保溫，淬火后極易形成鐵素體+貝氏體的 兩相組織，使鋼板低溫韌性顯著下降，同時回火后強度也會有較大波動。
[0022] 回火溫度為600?620°C，保溫時間在30min以上。在回火過程中，從淬火中形成 的均勻細小板條貝氏體組織回火后易形成細小的回火貝氏體組織（如圖1所示）；此外，微 合金元素的碳氮化物釘扎位錯，使位錯難于發(fā)生回復和再結(jié)晶，從一定程度上也抑制了晶 粒長大。而細小的回火貝氏體組織不僅具有高強度，還具有優(yōu)良的低溫韌性，能實現(xiàn)鋼板高 強度與優(yōu)良的低溫韌性更好的匹配。
[0023] 本發(fā)明具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)的此壓力容器用調(diào)質(zhì)鋼板不僅具有高強度，也具有優(yōu) 異的低溫韌性。其屈服強度高于550MPa，抗拉強度不低于630MPa，-60°C下的夏比沖擊吸 收能達到250J以上，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-80°C以下，纖維斷面率達到90%以上，側(cè)膨脹值達到 2. 2mm以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明中鋼板的回火貝氏體組織。
[0025] 圖2是12mm規(guī)格鋼板韌脆轉(zhuǎn)變曲線Origin擬合曲線。
[0026] 圖3是46mm規(guī)格鋼板韌脆轉(zhuǎn)變曲線Origin擬合曲線。

【具體實施方式】
[0027] 實施例1
[0028] 生產(chǎn)12mm規(guī)格高強度壓力容器用調(diào)質(zhì)鋼板。采用轉(zhuǎn)爐冶煉，表1為冶煉成分，表 2為軋制工藝，表3為調(diào)質(zhì)工藝；表4為力學性能，其中，屈服強度均高于550MPa，抗拉強度 不低于630MPa，-60°C下的夏比沖擊吸收功達到260J以上，纖維斷面率達到90%以上，側(cè)膨 脹值達到2. 2mm以上；圖2為12mm規(guī)格鋼板韌脆轉(zhuǎn)變曲線Origin擬合曲線，可明顯看出， 韌脆轉(zhuǎn)變溫度在_80°C以下，具有良好的低溫韌性。
[0029] 表1冶煉成分
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板，鋼板厚度規(guī)格為10?60mm，其特征在于：鋼 的冶煉成分按質(zhì)量百分數(shù)為：C :0· 06?0· 09%，Si :0· 15?0· 3%，Μη :1· 3?1. 55%， Ρ 彡 0· 012%，S 彡 0· 005%，Nb :0· 015 ?0· 035%，V :0· 03 ?0· 05%，Ti :0· 008 ?0· 02%， Cr :0?0· 2%，Ni :0· 3?0· 5%，Mo :0· 2?0· 3%，N彡70ppm ;余量為Fe和不可避免的雜 質(zhì)； 鋼板性能：屈服強度高于550MPa，抗拉強度不低于630MPa，-60°C下的夏比沖擊吸收 功達到250J以上，韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-80°C以下，纖維斷面率達到90 %以上，側(cè)膨脹值達到 2. 2mm以上。
2. -種權(quán)利要求1所述的壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于： ⑴冶煉成分按質(zhì)量百分數(shù)為：C :0.06?0.09 %，Si :0· 15?0· 3 %，Μη :1· 3? 1. 55%，Ρ 彡 0· 012%，S 彡 0· 005%，Nb :0· 015 ?0· 035%，V :0· 03 ?0· 05%，Ti :0· 008 ? 0· 02%，Cr :0 ?0· 2%，Ni :0· 3 ?0· 5%，Mo :0· 2 ?0· 3%，N 彡 70ppm ;余量為 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)； (2) 軋制工藝。粗軋開軋目標溫度為1160?1200°C，粗軋終軋目標溫度為980? 1040°C ;粗軋階段單道次最大壓下量達到32?38mm，單道次最大壓下率達到25% ;精軋開 軋目標溫度為830?850°C，精軋終軋目標溫度為770?810°C ;中間待溫厚度控制在成品 厚度的1. 5?2. 5倍； (3) 鋼板熱處理采用調(diào)質(zhì)工藝。鋼板淬火溫度為870?900°C，回火溫度為600? 620°C，保溫時間為25?35min。
【文檔編號】C22C38/58GK104120366SQ201410281822
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月21日
【發(fā)明者】隋鶴龍, 樊艷秋, 鄒揚, 趙楠, 秦麗曄, 劉建明, 張學鋒, 馮路路, 白學軍, 王雪松, 郭偉 申請人:首鋼總公司