630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制造方法技术

630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.07～0.09％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.40～1.50％，P≤0.008％，S≤0.001％，Ni 0.30～0.40％，Mo 0.16～0.20％，Nb 0.015～0.025％，V 0.02～0.06％，Ti 0.007～0.015％，O≤0.0030％，N≤0.0040％，Al 0.020～0.040％，Ca 0.0005～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质，焊接冷裂纹敏感系数Pcm值为0.16％～0.20％，再热裂纹敏感性指数Psr≤0.00％。本发明专利技术保证球罐整体结构的安全性，钢板的屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，延伸率≥18％，板厚1/4处-50℃夏比缺口冲击功平均值≥200J、单值≥150J，板厚1/2处-50℃夏比缺口冲击功平均值≥150J、单值≥100J，钢板无塑性转变温度(NDTT)≤-50℃。

【技术实现步骤摘要】
630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制造方法
本专利技术涉及低温球罐用钢，特别涉及630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制造方法。
技术介绍
石化行业中盛装乙烯、丙烯的低温球罐，一般采用抗拉强度大于等于610MPa的低焊接裂纹敏感性的厚钢板制造。钢板首先经火焰切割下料，然后压制成球瓣，再对球瓣进行拼焊，焊接完成后需要对整个球罐在570～590℃，保温2～6小时进行焊后热处理以消除焊接时产生的应力。由于球罐制造的特殊性及球罐充填介质后要在一定压力下服役的使用特点，除了国家标准《压力容器用调质高强度钢板》GB19189-2011中对低温球罐用钢板的基本要求外，用户对于制作球罐的钢板还提出了更高要求。(1)钢板成分要求：钢质纯净，P、S含量低；钢板为低焊接裂纹敏感性钢，即C元素含量≤0.090％，而且由化学元素成分计算的焊接冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％；钢板的再热裂纹敏感性低，即由化学元素成分计算的再热裂纹敏感性指数Psr≤0.00％。Pcm、Psr的计算公式分别为：Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5BPsr(％)＝Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2(2)钢板热处理工艺要求：采用离线淬火+离线回火的调质热处理生产工艺。(3)钢板性能的要求：钢板经6小时焊后热处理后，具有足够的强度，屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥610MPa，板厚1/4和板厚1/2处-50℃低温韧性优良、无塑性转变温度(NDTT)≤-50℃、具有低的焊接裂纹敏感性且焊接性能良好。焊后热处理工艺制度：焊后热处理温度为580±15℃，保温时间6h。升温速度50～80℃/h，升温至400℃以前不控制其升温速度。降温速度30～50℃/h，降温至400℃以后自然冷却，但不允许急冷降温。(4)钢板内应力及板形的要求：钢板内应力小，火焰切割及球瓣压制时不会产生翘曲；钢板平整，每米不平度≤5mm。对目前国内生产600～610MPa级高强度钢板所采用的技术进行对比分析发现，在化学成分、生产工艺、钢板力学性能及可生产的厚度规格上均存在一些不足，不能满足乙烯、丙烯低温球罐用钢的生产、使用技术要求，具体分析如下：(1)化学成分如中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方法，其P含量≤0.015％，不够低、钢质不够纯净，含Cr且Ni、Mo、Nb的含量均较高，成本不经济，此外化学成分无低裂纹敏感性指数Pcm的限制要求。中国专利CN102936695A公开了一种高强度低温压力容器钢板及其生产方法，其C含量上限高于0.09％达到0.15％且无低焊接裂纹敏感性指数的要求，不属于低焊接裂纹敏感性钢；含Cr且Ni、Mo、Nb的含量均较高，成本不经济。中国专利CN1396294A公开了大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法，其中涉及一种60Kg级的大线能量低焊接裂纹敏感性钢，其P、S含量不够低，钢质不纯净；C元素含量最高可达0.13％，不满足GB19189-2011要求；成分中含B，对钢板的焊接性不利。中国专利CN103160747A公开了一种低焊接裂纹敏感性离线调质型特厚钢板及其制造方法，其C含量的上限高于0.09％，不满足GB19189-2011对低温球罐用钢板的技术要求。(2)轧制工艺轧制压缩比太小，如中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方法，其采用220mm厚连铸坯生产60mm厚钢板，轧制压缩比仅为3.7，板厚1/2处的低温冲击韧性难以保证，而且其淬火温度高达930℃，会造成钢板晶粒粗大对低温韧性不利，同时也不经济。CN102936695A公开了一种高强度低温压力容器钢板及其生产方法，其48mm厚钢板的淬火温度高达930℃，也存在上述问题。(3)热处理工艺采用TMCP+离线回火工艺生产，如中国专利CN102409260A公开了一种具有良好低温韧性的压力容器用厚板及其生产方法；采用不回火的非调质热处理工艺即TMCP工艺生产，如中国专利CN102828124A公开了一种非调质型低温压力容器用厚板、CN102605293A公开了低温韧性优异的非调质低裂纹敏感性钢板、CN102181784A公开了一种610MPa高强度高韧性厚板制备方法。这些热处理工艺均不能满足国家标准GB19189-2011中对低温球罐用钢板的生产工艺要求，GB19189-2011中要求采用离线调质热处理工艺生产低温球罐用钢板。另外，不回火的非调质热处理工艺生产的钢板也不能满足球罐制造工艺的要求，因为按低温球罐的制造工艺，钢板制作成球罐后需要进行焊后消应力热处理，即在570～590℃下保温2～6小时，未经高温回火工艺生产的钢板经焊后消应力热处理后，其抗拉强度不能满足610MPa级的要求。(4)力学性能钢板抗拉强度不符合610MPa级的要求，如中国专利CN101358319A公开了一种低碳610MPa级高强压力容器用钢板及其生产方法，其性能仅能保证屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa；中国专利CN102409260A公开了一种具有良好低温韧性的压力容器用厚板及其生产方法，其抗拉强度大于等于690MPa。钢板不符合-50℃低温韧性的要求，中国专利CN1932064A和CN1932063A公开的都是一种610MPa级低焊接裂纹敏感性厚钢板，其钢板仅能满足-20℃的韧性要求；中国专利CN1396294A公开了大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法，其钢板仅能满足-20℃的韧性要求；中国专利CN101096738A公开了一种低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法，其钢板仅能满足-20℃的韧性要求；中国专利CN102877007A公开了一种厚度大于等于80mm低裂纹敏感性压力容器用钢板及制备方法，仅能满足-20℃的韧性要求；中国专利CN101358319A公开了一种低碳610MPa级高强压力容器用钢板及其生产方法，其仅能保证-40℃的低温冲击韧性；中国专利CN101476080A公开了一种高强度低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及其制造方法，其钢板仅能满足-40℃的韧性要求。中国专利CN103484766A公开了一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法，其钢板仅能满足-40℃的韧性要求。钢板-50℃低温韧性值不高，中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方法，其60mm厚钢板-50℃的冲击功仅95～144J。力学性能不符合用户使用技术的要求，低温球罐用钢板的力学性能均要求力学性能试板经焊后热处理之后测试性能，中国专利CN102936695A所述钢板的性能为调质热处理后的性能。(5)厚度规格中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方法，其目的是生产60mm厚调质型低温压力容器用钢板；中国专利CN102936695A公开了一种高强度低温压力容器钢板及其生产方法，其板厚仅为12～50mm；中国专利CN103160747A公开了一种低焊接裂纹敏感性离线调质型特厚钢板及其制造方法，其钢板厚度80mm～100mm；中国专利CN1014760本文档来自技高网...

【技术保护点】
630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其成分重量百分比为：C：0.07～0.09％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.40～1.50％，P≤0.008％，S≤0.001％，Ni：0.30～0.40％，Mo：0.16～0.20％，Nb：0.015～0.025％，V：0.02～0.06％，Ti：0.007～0.015％，O≤0.0030％，N≤0.0040％，Al：0.020～0.040％，Ca：0.0005～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Mn/8+Ni/60+Cr/6+Mo/5：0.22～0.24％；(2Nb+3V+3Ti)/(2C+10N)：0.95～1.20％。

【技术特征摘要】
1.630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其成分重量百分比为：C：0.07～0.09％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.40～1.50％，P≤0.008％，S≤0.001％，Ni：0.30～0.40％，Mo：0.16～0.20％，Nb：0.015～0.025％，V：0.02～0.06％，Ti：0.007～0.015％，O≤0.0030％，N≤0.0040％，Al：0.020～0.040％，Ca：0.0005～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Mn/8+Ni/60+Cr/6+Mo/5：0.22～0.24％；(2Nb+3V+3Ti)/(2C+10N)：0.95～1.20％；所述钢板的屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥630MPa，延伸率≥18％，板厚1/4处－50℃夏比缺口冲击功平均值≥200J、单值≥150J，板厚1/2处－50℃夏比缺口冲击功平均值≥150J、单值≥100J，钢板无塑性转变温度(NDTT)≤-50℃。2.如权利要求1所述的630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其特征是，所述钢板焊接冷裂纹敏感系数Pcm值为0.16％～0.20％，Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。3.如权利要求1所述的630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其特征是，所述钢板再热裂纹敏感性指数Psr≤0.00％，Psr(％)＝Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2。4.如权利要求1所述的630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其特征是，所述不可避免的杂质包括Cr≤0.03％或B≤0.0004％。5.如权利要求1所述的630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其特征是，所述钢板10～60mm厚钢板的回火态金相组织为：10～25mm厚钢板厚度截面的回火态组织：板厚近表面处、板厚1/4处及板厚1/2处，以面积百分比计的回火态金相组织为80～95％的回火马氏体，其余为针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织；26～35mm厚钢板厚度截面的回火态组织：板厚近表面处以面积百分比计的回火态金相组织为≥90％的回火马氏体，其余为针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织；板厚1/4处以面积百分比计的回火态金相组织为40～80％的回火马氏体，其余为针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织；板厚1/2处以面积百分比计的回火态金相组织为30～70％针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织，其余为回火马氏体；36～45mm厚钢板厚度截面的回火态组织：板厚近表面处以面积百分比计的回火态金相组织为≥90％的回火马氏体，其余为针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织；板厚1/4处以面积百分比计的淬火态金相组织为≥70％针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织，其余为回火马氏体；板厚1/2处以面积百分比计的淬火态金相组织为≥90％针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织，其余为回火马氏体；46～60mm厚钢板厚度截面的回火态组织：板厚近表面处以面积百分比计的回火态金相组织为≥90％的回火马氏体，其余为针状铁素体、回火贝氏体和渗碳体的混合组织；板厚1/4处以面积百分比计的回火态金相组织为50～60％回火贝氏体、40～50％针状铁素体和渗碳体的混合组织；板厚1/2处以面积百分比计的回火态金相组织为≥80％针状或块状铁素体组织，其余为回火贝氏体和渗碳体。6.如权利要求1所述的630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其特征是，所述钢板厚度范围为10～60mm。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯洪，张汉谦，陈超，徐国栋，贺达伦，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31