Lpg船儲罐用鋼板及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種LPG船儲罐用鋼板及其生產方法：該鋼板的成分及重量百分比為C：0.05～0.12％，Si≤0.30％，Mn：0.50～1.30％，P≤0.015％，S≤0.008％，Al：0.020～0.060％，Cu：0.15～1.20％，Ni：0.20～1.50％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.020％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一種或多種，其余為Fe及不可避免夾雜。該方法包括鐵水深脫硫、轉爐頂底吹煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、軋制及熱處理，鑄坯加熱溫度為1170～1250℃，加熱速率≥8min/cm；開軋溫度為1050～1150℃，終軋溫度為850～940℃，最后三道次累計壓下率≥16％；熱處理采用在線淬火+回火處理，或采用離線淬火+回火處理。本發明鋼力學性能極為優良，冷熱加工性能好，焊接性能優異，鋼板的焊接裂紋敏感性低。
【專利說明】LPG船儲罐用鋼板及其生產方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金技術，具體地指一種LPG船儲罐用鋼板及其生產方法。

【背景技術】
[0002]液化石油氣(簡稱LPG)，是我國主要的能源品種之一，因其具有清潔衛生，儲運安全方便，熱效率高等特點而被廣泛應用于工業生產和居民生活。LPG是一種復雜的混合物，主要成分是含有三個碳原子和四個碳原子的碳氫化合物，行業習慣稱其為碳三和碳四，主要是丙烷和丁烷，也含有少量的丙烯、丁烯和其他成分。LPG在常溫常壓下呈氣體狀態，可以通過加壓、降溫或兩者兼用的方法使其變為液態。由于LPG具有較高的臨界溫度，因而在常溫下便可壓縮成液體，LPG的液化溫度及沸點溫度在零下40°C以下。在常溫常壓下液態的LPG極易揮發，體積能迅速擴大250倍，也就是說I升液態LPG揮發后能變為250升以上的氣體。LPG具有較高的膨脹系數，如果在密閉容器及管道內，溫度升高導致壓力升高，容易引發超壓物理性爆炸。
[0003]LPG水上運輸，因其既經濟又安全而成為LPG主要的運輸途徑，LPG船儲罐作為LPG運輸船上的核心設備，是承載動載荷的大型壓力容器，其在運輸過程中存在縱搖、橫搖及垂蕩等運動，罐柜受到慣性力的作用處于動態運動狀態。從前述LPG特性及LPG船儲罐的工況可以看出，LPG船儲罐用鋼板要求具有較高的抗壓和抗低溫脆性能力，那就要求鋼板既具有相當高的強度，也要有很好的低溫韌性和抗沖擊載荷能力，以保證LPG船用儲罐的安全性和材料服役的穩定性，而且LPG船儲罐屬于大型臥式壓力容器，體積較大，對鋼板的焊接性能要求也較高?，F有鋼板很難很好地兼顧LPG船儲罐用鋼板的各種性能要求。
[0004]申請號為CN201210121739.9的中國發明專利申請，公開了一種LPG船儲罐用鋼板及其生產方法，該鋼板由以下重量百分含量的化學成分組成:c:0.14~0.16%, Si:
0.20 ~0.40%, Mn:1.05 ~1.10%, P ≤ 0.012%, S ≤ 0.005%, Cr:0.30 ~0.35%, Ni:
0.40 ~0.45%, Mo:0.25 ~0.30%, Nb:0.02 ~0.03%, V:0.035 ~0.040%, T1:0.01 ~
0.02%, B:0.0015 ~0.0020 %，N ≤ 0.010%，Cu ≤ 0.20%，總 Al:0.02 ~0.05 %，余量為Fe和不可避免的雜質；該鋼板的生產方法包括以下步驟:冶煉-LF/VD精煉-澆鑄-加熱-軋制-冷卻-調質-成品；該LPG船儲罐用鋼板的厚度為8~50mm，該鋼板具有致密性高，強度高，低溫沖擊韌性好及抗層狀撕裂性能好的優點，但該鋼板的焊接裂紋敏感性系數Pcm值偏高(Pcm(% ) = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B))，焊接性能得不到保證；且母材的低溫韌性僅在-20°C以上具有一定的優勢，溫度在-20°C以下時，鋼板的低溫韌性不能保證。


【發明內容】

[0005]本發明的目的就是要提供一種LPG船儲罐用鋼板及其生產方法，該鋼板具有極為優良的力學性能，冷熱加工性能及焊接性能。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種LPG船儲罐用鋼板，該鋼板的化學成分及其重量百分比為c:0.05~0.12%, Si ( 0.30%, Mn:0.50~1.30%,P^0.015%,S ^ 0.008%,Al:0.020 ~0.060%,Cu:0.15 ~L 20%,Ni:0.20 ~L 50%,Cr:0.35 ~1.00%, Mo:0.20 ~0.60%, Ti:0.008 ~0.020%, Nb:0.0020 ~0.10%或 V:
0.030~0.060%或B:0.0005~0.0020%中一種或多種的混合，其余為Fe及不可避免的夾雜。
[0007]進一步地，該鋼板各化學成分的重量百分比為C:0.07~0.12%，S1:0.1~0.15，Mn:0.85 ~1.0%，P:0.001 ~0.011%, S:0.0001 ~0.006%, Als:0.035 ~0.06%, Cu:
0.2 ~0.8 %，N1:0.20 ~0.9 %，Cr:0.35 ~1.00 %，Mo:0.20 ~0.60 %，T1:0.008 ~
0.010%,Nb:0.0020 ~0.10%或 V:0.030 ~0.060%或 B:0.0005 ~0.0020%中一種或多種的混合，其余為Fe及不可避免的夾雜。
[0008]進一步地，該鋼板的化學成分重量百分比滿足:
[0009]G = Cr+Cu+3.3Mo+8.1V < 2.6%,
[0010]Pse = Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti < 2.5%,
[0011]Di = 0.34C°-5(l+0.65Si) (1+4.2Mn) (1+2.83P) (1-0.52S) (1+0.27Cu) (1+0.25Ni)(1+2.33Cr) (1+3.14M o) ^ 3.5%
[0012]CEV = C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40 ^ 0.58%,
[0013]Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B ^ 0.28%,
[0014]其中，G和Psk為關于鋼板焊接后的消除應力熱處理再熱裂紋敏感性指數，Di為鋼板淬透性系數，CEV為碳當量，Pcm為焊接裂紋敏感性系數。
[0015]更進一步地，所述鋼板成品厚度為10~100mm。
[0016]一種上述LPG船儲罐用鋼板的生產方法，包括鐵水深脫硫、轉爐頂底吹煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、軋制及熱處理的步驟，其特征在于:所述鑄坯加熱，加熱溫度為1170~1250°C，加熱速率≥8min/cm ;所述軋制，控制開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度為850~940°C，并控制最后三道次累計壓下率> 16% ;所述熱處理，采用在線淬火+回火處理，控制在線淬火溫度為870~950°C，回火溫度為610~670°C，或采用離線淬火+回火處理，控制離線淬火溫度為890~940°C，回火溫度為600~680°C。
[0017]進一步地，采用在線淬火+回火處理時，在線淬火后冷卻至室溫，控制冷速為2~300C /s，并控制回火保溫時間為2~4min/mm。
[0018]進一步地,采用離線淬火+回火處理時,控制離線淬火保溫時間為1.5~3.5min/mm,并控制回火保溫時間為2~4min/mm。
[0019]進一步地，所述鑄坯加熱溫度為1180~1230°C，加熱速率為8~14min/cm，所述軋制開軋溫度為1100~1120°C，終軋溫度為855~890°C。
[0020]更進一步地，所述軋制過程中，控制最后三道次累計壓下率> 30%。
[0021]以下就本發明中C、S1、Mn、P、S、N1、Mo、Cu、Cr、V、T1、B限定量的理由進行分析說明。
[0022]C:C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，隨著碳含量的增加，鋼中Fe3C增加，淬硬性也增加，鋼的抗拉強度和屈服強度提高，而延伸率和沖擊韌性則會下降；在焊接C含量較高的鋼材時，在焊接熱影響區還會出現淬硬現象，這將加劇焊接時產生冷裂紋的傾向；此外，C還是影響Ρ?的主要因素，要控制鋼Pcm值不大于0.28，使其具有低的焊接裂紋敏感性，因此，鋼中C含量控制在0.05~0.12%。
[0023]Si =Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，但當其含量過高時，會降低鋼的焊接斷裂韌性，因此，本發明鋼中控制Si ( 0.30%。
[0024]Mn:當C含量在較低范圍時，鋼中的固溶強化就顯得尤為重要，Mn是提高鋼的屈服強度和抗拉強度的元素，它并不惡化鋼的變形能力，含1.0 %的Mn可為抗拉強度貢獻約10MPa, 一般說來，Mn含量在2.0 %以下對提高焊縫金屬的韌性是有利的，但Mn含量偏高時，鋼的鑄坯組織中常會出現Mn偏析現象，且在組織中形成脆性孿晶馬氏體，影響鋼板的韌性和塑性，因此，將鋼中Mn含量控制在0.5~1.30%。
[0025]P，S:在一般情況下，P是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞，因此通常要求鋼中含磷量小于0.045% ;硫在通常情況下也是有害元素，使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋，硫對焊接性能也不利，所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%，本發明控制P^0.015%,S^0.008%，將鋼中P、S夾雜的含量控制在更低范圍內，使得鋼質更為純凈，優化了鋼的性能。
[0026]Ni =Ni具有一定的強化作用，加入1.00%的Ni可提高鋼材強度約20MPa，Ni還能顯著地改善鋼材的韌性，特別是低溫韌性，鋼中加入Ni后，無論是基材還是焊接熱影響區的低溫韌性都明顯提高，但Ni含量過高時，造成鋼板氧化鐵皮難以脫落，因此，本發明鋼將Ni控制在0.20~1.50%。
[0027]Mo =Mo元素提高鋼材強度特別是高溫強度的能力較Mn和Cr更高，同時它也是增強鋼材抗氫蝕能力的主要元素之一，加入0.50%的Mo能使鋼的高溫蠕變強度提高75，少量的Mo (0.20%左右)還能提高焊縫金屬的韌性，但是加入Mo也會提高鋼的淬硬性，從而提高鋼材焊接冷裂紋敏感性，而且，足夠的Mo含量可保證鋼板回火工藝后的穩定性，保證回火后鋼板仍具有足夠的強度和韌性，因此，本發明將Mo含量控制在0.20~0.60%。
[0028]V:V是強烈的碳氮化物形成元素，它通過形成碳氮化物阻止奧氏體晶粒長大而細化晶粒，但V含量超過0.06 %時，對鋼的沖擊韌性及斷裂韌性起有害作用，所以V的含量控制在 0.030 ~0.060% ο
[0029]Cu:Cu在鋼中主要起沉淀強化作用，此外還有利于獲得良好的低溫韌性，增加鋼的抗疲勞裂紋擴展能力，當其含量過高時，會降低鋼板焊接熱影響區韌性，且在鋼板軋制過程中產生網裂，因此，本發明控制Cu含量為0.15~1.20%。
[0030]Cr:Cr是縮小奧氏體區的元素，是中等強度碳化物形成元素，在鋼中可以形成碳化物也可固溶于鐵素體，同時Cr還是提高鋼淬透性的有效元素，在Cu-Cr-Ni復合添加的情況下，加入Cr會提高鋼材焊接冷裂紋敏感性，但同時Cr含量過高會降低鋼的塑性和韌性，因此，本發明中Cr含量控制在0.35~1.00%。
[0031]Ti =Ti是一種強烈的碳化物和氮化物形成元素，它能明顯地提高鋼的室溫強度和高溫強度，由于Ti能起細化晶粒的作用，故也能提高鋼的韌性，而且適量的Ti還能提高焊縫金屬的韌性，但Ti含量過高(Ti > 0.020%)又會在鋼中形成夾雜，在低合金高強鋼中從提高焊縫金屬的韌性考慮，加入0.008~0.020%的Ti較為合適，利用Ti形成的第二相質點TiN、Ti (CN)等阻止焊接熱影響區粗晶區的晶粒長大，保證焊接接頭具有良好的低溫韌性。
[0032]Nb:Nb的加入是為了促進鋼軋制顯微組織的晶粒細化，提高強度和韌性，在Nb存在條件下，Nb可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶，有效地細化顯微組織，并通過析出強化來提高淬透性；而且，Nb可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性；焊接過程中，Nb、B的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細小的熱影響區組織，改善焊接性能，本發明的Nb含量控制在0.0020~0.10%。
[0033]B:加入B可以彌補鋼中碳含量不足引起的淬透性不足和強度問題，但是，隨著鋼中B含量的增加，會對鋼的強度和韌性有降低的趨勢，因此，本發明將B含量控制在
0.0005 ~0.0020%。
[0034]與現有技術相比本發明具有如下優點:
[0035]其一，本發明鋼通過優化成分設計，并控制鋼板熱處理再熱裂紋敏感性指數，淬透性系數，碳當量，焊接裂紋敏感性系數，同時利用Mo，V，Cu等微合金元素的復合沉淀析出保證鋼材獲取足夠的韌性和強度，使得鋼的屈服強度L或Rpa2 ^ 685MPa，抗拉強度Rm≤790MPa，延伸率≤16%，屈強比≤0.92，鋼板橫向-80°C KV2≥150J，本發明鋼強度遠遠高于現行調質壓力容器用鋼標準GB19189中鋼種的強度。
[0036]其二，經軋制及調質熱處理或直接淬火+回火后得到常溫金相組織為索氏體+貝氏體的鋼，本發明鋼綜合力學性能極為優良，冷熱加工性能好，焊接性能優異，鋼板的焊接裂紋敏感性低，本發明鋼可采用手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護焊、電渣焊及鎢極惰性氣體保護焊等方法焊接，鋼板焊接熱影響區的橫向_80°C KV2 ^ 100J，本發明鋼板能有效降低焊接施工強度，簡化焊接工藝，提高焊接效率，降低了成本，適應大生產要求，可用于制造5000m3以上大型LPG船(設計溫度為-80~350°C )用儲罐。
[0037]其三，本發明鋼板生產方法簡單，生產成本低，可實現高效生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為實施例1中LPG船儲罐用鋼板的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0039]下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，便于更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。
[0040]實施例1~7
[0041]表1列出了本發明實施例1~7中LPG船儲罐用鋼板的化學成分及其重量百分數，余量為Fe及不可避免的雜質，另外表1中還列出了各實施例鋼板的再熱裂紋敏感性指數G和PSK，鋼板淬透性系數Di,碳當量CEV及焊接裂紋敏感性系數Pcm。
[0042]表1
[0043]

【權利要求】
1.一種LPG船儲罐用鋼板，其特征在于:該鋼板的化學成分及其重量百分比為C:0.05 ~0.12%,Si ( 0.30%,Mn:0.50 ~1.30%,P ^ 0.015%,S ^ 0.008%,Al:0.020 ~0.060%, Cu:0.15 ~1.20%, N1:0.20 ~1.50%, Cr:0.35 ~1.00%, Mo:0.20 ~0.60%,Ti:0.008 ~0.020%,Nb:0.0020 ~0.10%或V:0.030 ~0.060%或B:0.0005 ~0.0020%中一種或多種的混合，其余為Fe及不可避免的夾雜。
2.根據權利要求1所述的LPG船儲罐用鋼板，其特征在于:該鋼板各化學成分的重量百分比為 C:0.07 ~0.12%, S1:。.I ~0.15，Mn:0.85 ~1.0%, P:0.001 ~0.011%,S:0.0001 ~0.006 %, Als:0.035 ~0.06 %，Cu:0.2 ~0.8 %，Ni:0.20 ~0.90 %，Cr:0.35 ~1.00 %，Mo:0.20 ~0.60 %，Ti:0.008 ~0.010 %, Nb:0.0020 ~0.10 % 或 V:0.030~0.060%或B:0.0005~0.0020%中一種或多種的混合，其余為Fe及不可避免的夾雜。
3.根據權利要求1或2所述的LPG船儲罐用鋼板，其特征在于:該鋼板的化學成分重量百分比滿足:
G = Cr+Cu+3.3Mo+8.1V < 2.6%,
Pse = Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti < 2.5%,
Di = 0.34C°-5(l+0.65Si) (1+4.2Mn) (1+2.83P) (1-0.52S) (1+0.27Cu) (1+0.25Ni)(1+2.33Cr) (1+3.14Mo) ^ 3.5%,
CEV = C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40 ^ 0.58%,
Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B ^ 0.28%, 其中，G和Psk為關于鋼板焊接后的消除應力熱處理再熱裂紋敏感性指數，Di為鋼板淬透性系數，CEV為碳當量，Pcm為焊接裂紋敏感性系數。
4.根據權利要求1或2所述的LPG船儲罐用鋼板，其特征在于:所述鋼板成品厚度為10 ~10mm0
5.一種權利要求1所述LPG船儲罐用鋼板的生產方法，包括鐵水深脫硫、轉爐頂底吹煉、真空處理、連鑄、鑄坯加熱、軋制及熱處理的步驟，其特征在于:所述鑄坯加熱，加熱溫度為1170~1250°C，加熱速率≤8min/cm;所述軋制，控制開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度為850~940°C，并控 制最后三道次累計壓下率≤16% ;所述熱處理，采用在線淬火+回火處理，控制在線淬火溫度為870~950°C，回火溫度為610~670°C，或采用離線淬火+回火處理，控制離線淬火溫度為890~940°C，回火溫度為600~680°C。
6.根據權利要求5所述的LPG船儲罐用鋼板的生產方法，其特征在于:采用在線淬火+回火處理時，在線淬火后冷卻至室溫，控制冷速為2~30°C /s，并控制回火保溫時間為2~4m i n/mnin
7.根據權利要求5所述的LPG船儲罐用鋼板的生產方法，其特征在于:采用離線淬火+回火處理時，控制離線淬火保溫時間為1.5~3.5min/mm,并控制回火保溫時間為2~4m i n/mnin
8.根據權利要求5或6所述的LPG船儲罐用鋼板的生產方法，其特征在于:所述鑄坯加熱溫度為1180~12301:，加熱速率為8~141^11/011，所述軋制開軋溫度為1100~1120°C，終軋溫度為855~890°C。
9.根據權利要求7所述的LPG船儲罐用鋼板的生產方法，其特征在于:所述鑄坯加熱溫度為1180~12301:，加熱速率為8~141^11/011，所述軋制開軋溫度為1100~1120°C，終軋溫度為855~890°C。
10.根據權利要求5或6所述的LPG船儲罐用鋼板的生產方法，其特征在于:所述軋制過程中，控制最后三道次累 計壓下率> 30%。
【文檔編號】C21D8/02GK104131235SQ201410349868
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】王憲軍, 丁慶豐, 李書瑞, 劉文斌, 洪霞, 楊秀利, 戰國鋒, 程吉浩, 鄒德輝, 羅毅 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司