專利名稱：一種大厚度低溫壓力容器用鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種大厚度低溫壓力容器用鋼板，同時還涉及一種該鋼板的生產方法。
背景技術：
近年來，隨著石油化工、煤化工等行業的深度開發，用于制造煤化工、石油化工等設備中的各種冷凝塔裝置需要的低溫壓力容器用鋼得到迅猛發展，市場對于厚規格低溫壓力容器用鋼的需求越來越大。由于其特殊的環境，低溫壓力容器用鋼的耐低溫沖擊韌性和抗層狀撕裂性能有著嚴格的要求。
由于大厚度、大單重鋼力學性能如板厚1/2處負溫沖擊功、尤其是Z向性能不佳，而且生產的成本較高，致使大厚度、大單重低溫壓力容器用鋼板不能滿足市場需求。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種大厚度低溫壓力容器用鋼板，以提高鋼板的低溫沖擊韌性和抗層狀撕裂性能。同時，本發明的目的還在于提供一種大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，以得到屈強比適中，板厚1/2處_70°C沖擊韌性及Z向性能好的大厚度低溫壓力容器用鋼板。為了實現上述目的，本發明的技術方案在于采用了一種大厚度低溫壓力容器用鋼板，由以下重量百分含量的化學成分組成C 0. 07 0. 12%，Si :0. 20 0. 40%, Mn I. 4(Tl. 60%, Ni 0. 6(T0. 80%, P ^ 0. 010%，S 彡 0. 003%, Al :0. 02(T0. 045%, Nb :0. 02^0. 05%,余量為Fe和不可避免的雜質。所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的厚度最厚達100mm。同時，本發明的技術方案還在于采用了一種大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，包括如下步驟
(1)冶煉將含有以下重量百分比C:0. 07 0. 12%, Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 40 1. 60%,Ni :0. 60 0. 80%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 003%, Al :0. 020 0. 045%, Nb :0. 02 0. 05% 組分的鋼水
先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1560土 10°C時轉入VD爐真空脫氣處理；
(2)澆鑄將冶煉后的鋼水連鑄或模鑄，得到連鑄坯或鋼錠，滿足壓縮比大于4的情況下，根據不同鋼板厚度選用連鑄坯或鋼錠投料；
(3)加熱將鑄坯或鋼錠進行加熱處理，在1000°C以下升溫速度10(Tl20°C/h，鋼錠最高加熱溫度1240°C，均熱溫度12(KTl22(TC ;鋼坯最高加熱溫度1220°C，均熱溫度118(Tl200°C，總加熱時間 12±2min/cm ；
(4)軋制第一階段軋制溫度為93(T110(TC，此階段單道次壓下率為10 25%，累計壓下率為60 80% ;第二階段軋制溫度為83(T910°C，累計壓下率為40 60%，得到鋼板粗品；
(5)熱處理對鋼板粗品進行正火處理，正火溫度為910±10°C，保溫系數為1.8^2. Omin/mm,正火后根據不同鋼板厚度進行空冷或水冷(加速冷卻)，得到成品鋼板。步驟(I)所述精煉時喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊，真空脫氣處理的真空度≤66. 6Pa，真空保持時間15 20min。步驟⑵所述澆鑄的溫度為153(Tl545°C ;當板厚彡82mm且壓縮比滿足大于4采用連鑄成材，板厚大于82mm采用鋼錠成材，其中連鑄時進行電磁攪拌或輕壓，加強凝固末端強冷。
toon] 步驟⑷所述的第一階段軋制的開軋溫度為io5(nioo°c，終軋溫度為930^9600C ;第二階段軋制的開軋溫度為88(T900°C，終軋溫度為80(T860°C ;第一階段軋制和第二階段軋制的單道次壓下率均為10 27%。步驟(5)所述的正火后冷卻，當板厚大于70mm時采用水冷加速冷卻工藝,控制水冷后的返紅溫度55(T600°C。本發明鋼板采用的化學成分設計，碳、錳固溶強化；加入少量的Nb細化晶粒，其碳氮化物起到彌散強化作用；加入少量的Ni能夠提高低溫韌性；通過后續合理的熱處理工藝，鋼板具有良好的力學性能。鋼板各組分及含量在本發明中的作用是
C :0. 07、. 12%，碳對鋼的屈服強度、抗拉強度、焊接性能產生顯著影響；碳通過間隙固溶能顯著提高鋼板強度，但碳含量過高，又會影響鋼的焊接性能及韌性。Si :0. 20、. 40%，在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時Si也能起到固溶強化作用，但硅含量過高時，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn :1. 4(Tl. 60%，錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，會減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。Ni :0. 6(T0. 80%，鎳能減小低溫時的位錯在基體金屬中運動的總阻力，Ni還可以提高層錯能，抑制在低溫時大量位錯的形成，促進低溫時螺位錯交滑移，使裂紋擴展消耗功增加，故韌性提高，從而降低鋼材的韌脆轉變溫度。但鎳是貴重金屬，過高的鎳含量將會增加成本。P≤0. 010%, S ( 0. 003% :在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性。磷使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞；硫降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋；因此應盡量減少磷和硫在鋼中的含量。Al :0. 020% 0. 040%，鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能。但鋁含量過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb :0. 02、. 05%，鈮的加入是為了促進鋼軋制顯微組織的晶粒細化，可同時提高強度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶有效的細化顯微組織，并通過析出來強化基體。鈮可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。焊接過程中，鈮原子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。本發明的鋼板的化學成分設計采用價格低廉的碳、錳固溶強化，通過調整優化鋼板中其它元素的配比，能在低碳當量條件下確保鋼板力學性能良好，使鋼板具有良好的組織、綜合性能和焊接性能，還能減低成本，增強市場競爭力；本發明鋼板的生產方法采用兩階段軋制工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、有優良的綜合性能；另外鋼板延伸率有相當大的富裕量，可廣泛用于石化、煤化等工程，應用前景廣闊；本發明鋼板的生產方法采用正火的熱處理工藝，得到珠光體和鐵素體組織。本發明具有以下優點①本發明的鋼質更純凈，P彡0. 010%, S彡0. 003% ;②負溫沖擊功高，板厚1/2處_70°C橫向V型沖擊功在60J以上；③厚度(Z向)拉伸斷面收縮率高，斷面收縮率在50%飛0%之間；@鋼板最大厚度可達到100mm。
具體實施例方式實施例I
本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板，厚度64_，該鋼板是由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 08%, Si 0. 33%, Mn :1. 46%, Ni :0. 67%, P :0. 009%, S :0. 002%, Al :0. 035%,Nb 0. 03%，余量為鐵和不可避免的雜質。
本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板生產方法的步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 08%, Si :0. 33%, Mn :1. 46%, Ni :0. 67%, P 0. 009%, S :0. 002%, Al :0. 035%, Nb :0. 03%組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，并喂入Al線除去鋼水中的氧，當鋼水溫度達到或超過1560°C時轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66. 6Pa，真空保持時間15min，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；
(2)澆鑄真空解除后在1535°C進行澆鑄，連鑄時進行電磁攪拌或輕壓下，加強凝固末端強冷，得到連鑄坯；
(3)加熱將連鑄坯進行加熱處理，在1000°C以下升溫速度100°C/h，加熱至最高溫度1200°C后保溫，均熱溫度1180°C，總加熱時間12min/cm ；
(4)軋制第一階段軋開軋溫度為1100°C，終軋溫度為960°C，累計下壓率為70%，使奧氏體發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度為900°C，終軋溫度為840°C，累計壓下率為30%，兩階段的單道次壓下率均為l(Tl4%，得到鋼板粗品；
(5)熱處理對鋼板粗品進行正火處理，正火溫度為920°C，保溫系數為2min/mm，出爐后空冷，得到成品鋼板。本實施例的鋼板的力學性能屈服強度338MPa，抗拉強度517MPa，板厚1/2處_70°C沖擊功平均289J，Z向性能為56%。實施例2
本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板，厚度80mm，該鋼板是由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 09%, Si 0. 31%, Mn :1. 47%, Ni :0. 66%, P :0. 008%, S :0. 002%, Al :0. 036%,Nb 0. 031%，余量為鐵和不可避免的雜質。本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板生產方法的步驟如下
(I)冶煉將含有以下重量百分比 C :0. 09%, Si :0. 31%, Mn :1. 47%, Ni :0. 66%, P 0. 008%, S :0. 002%, Al :0. 036%, Nb :0. 031%組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，并喂入Al線除去鋼水中的氧，當鋼水溫度達到或超過1560°C時轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66. 6Pa，真空保持時間18min，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；(2)澆鑄真空解除后在1536°C進行澆鑄，連鑄時進行電磁攪拌或輕壓下，加強凝固末端強冷，得到連鑄坯；
(3)加熱將連鑄坯進行加熱處理，在1000°C以下升溫速度100°C/h，加熱至最高溫度1200°C后保溫，均熱溫度1190°C，總加熱時間12min/cm ；
(4)軋制第一階段軋開軋溫度為1100°C，終軋溫度為960°C，累計下壓率為70%，使奧氏體發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度為895°C，終軋溫度為835°C，累計壓下率為30%，兩階段的單道次壓下率均為l(Tl4%，得到鋼板粗品；
(5)熱處理對鋼板粗品進行正火處理，正火溫度為910°C，保溫系數為2min/mm，出爐后入水加速冷卻，返紅溫度為580°C得到成品鋼板。 本實施例的鋼板的力學性能屈服強度346MPa，抗拉強度513MPa，板厚1/2處_70°C沖擊功平均276J，Z向性能為53%。實施例3
本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板，厚度100mm，其是由以下重量百分比的組分熔煉而成C 0. 09%, Si 0. 35%, Mn :1. 51%, Ni :0. 70%, P :0. 007%, S :0. 001%, Al :0. 032%, Nb
0.036%，余量為鐵和不可避免的雜質。本實施例的大厚度低溫壓力容器用鋼板生產方法的步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 09%, Si :0. 35%, Mn :1. 51%, Ni :0. 70%, P
0.007%, S :0. 001%, Al :0. 032%, Nb :0. 036%組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，并喂入Al線除去鋼水中的氧，當鋼水溫度達到或超過1560°C時轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66. 6Pa，真空保持時間20min，真空前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；
(2)澆鑄真空解除后在1545°C進行模鑄，得到鋼錠；
(3)加熱將鋼錠進行加熱處理，在1000°C以下升溫速度100°C/h，加熱至最高溫度1220°C后保溫，均熱溫度1200°C，總加熱時間llmin/cm ；
(4)軋制第一階段軋開軋溫度為1050°C，終軋溫度為950°C，累計下壓率為60%，使奧氏體發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度為890°C，終軋溫度為830°C，累計壓下率為40%，兩階段的單道次壓下率均為10 12%，得到鋼板粗品；
(5)熱處理對鋼板粗品進行正火處理，正火溫度為910°C，保溫系數為1.8min/mm，出爐后水冷，返紅溫度580°C得到成品鋼板。 本實施例的鋼板的力學性能屈服強度316MPa，抗拉強度505MPa，板厚1/2處_70°C沖擊功平均236J，Z向性能為52%。
權利要求
1.一種大厚度低溫壓力容器用鋼板，其特征在于，所述的鋼板由以下重量百分含量的化學成分組成c 0. 07 0. 12%, Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 40 1. 60%, Ni :0. 60 0. 80%,P ≤ 0. 010%, S ≤ 0. 003%, Al :0. 020 0. 045%, Nb :0. 02 0. 05%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板，其特征在于，所述的鋼板的厚度最厚達100mm。
3.—種如權利要求I所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，其特征在于，所述的生產方法的具體步驟如下(1)冶煉將含有以下重量百分比C:0. 07 0. 12%, Si :0. 20 0. 40%, Mn :1. 40 1. 60%,Ni :0. 60 0. 80%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 003%, Al :0. 020 0. 045%, Nb :0. 02 0. 05% 組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1560土 10°C時轉入VD爐真空脫氣處理； (2)澆鑄將冶煉后的鋼水連鑄或模鑄，得到連鑄坯或鋼錠； (3)加熱將鑄坯或鋼錠進行加熱處理，在1000°C以下升溫速度10(Tl20°C/h，鋼錠最高加熱溫度1240°C，均熱溫度12(KTl22(TC ;鋼坯最高加熱溫度1220°C，均熱溫度118(Tl200°C，總加熱時間 12±2min/cm ； (4)軋制第一階段軋制溫度為93(T110(TC，此階段單道次壓下率為10 25%，累計壓下率為60 80% ;第二階段軋制溫度為83(T910°C，累計壓下率為40 60%，得到鋼板粗品； (5)熱處理對鋼板粗品進行正火處理，正火溫度為910±10°C，保溫系數為I. 8^2. Omin/mm，正火后根據不同鋼板厚度進行空冷或水冷，得到成品鋼板。
4.根據權利要求3所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(I)所述的精煉時喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊，真空脫氣處理的真空度≤66. 6Pa，真空保持時間15 20min。
5.根據權利要求3所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(2)所述的澆鑄溫度為1530 1545°C。
6.根據權利要求3所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(4)所述的第一階段軋制的開軋溫度為105(ni0(TC，終軋溫度為93(T960°C;第二階段軋制的開軋溫度為88(T900°C，終軋溫度為80(T86(TC ;第一階段軋制和第二階段軋制的單道次壓下率均為10 27%。
7.根據權利要求3所述的大厚度低溫壓力容器用鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(5)所述的正火后冷卻，當板厚大于70_時采用水冷加速冷卻工藝,控制水冷后的返紅溫度 55(T600°C。
全文摘要
本發明公開了一種大厚度低溫壓力容器用鋼板，同時，還涉及了一種該鋼板的生產方法。本發明的大厚度低溫壓力容器用鋼板，是由以下重量百分含量的化學成分組成C0.07~0.12%，Si0.20~0.40%，Mn1.40~1.60%，Ni0.60~0.80%，P≤0.010%，S≤0.003%，Al0.020~0.045%，Nb0.02~0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質。該鋼板的生產方法包括冶煉→澆鑄→加熱→軋制→熱處理→成品。本發明的方法所生產的鋼板具有純凈度高、-70℃沖擊功及Z向斷面收縮率較高、焊接性能好的特點，可廣泛應用于石化、煤化等工程，應用前景廣闊。
文檔編號C22C38/12GK102676920SQ201210123638
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者劉寶良, 劉生, 吳天育, 吳濤, 宋向前, 龐輝勇, 王全勝, 莫德敏, 袁忠業, 趙文忠, 車金鋒 申請人:河北鋼鐵集團有限公司, 舞陽鋼鐵有限責任公司