大型球罐钢及热处理方法技术

本发明专利技术为一种大型球罐钢成份和热处理工艺，其成份为：Ｃ０．０８～０．１８，Ｓｉ０．０１～０．５，Ｍｎ０．０８～１．６５，Ｐ≤０．０２５，Ｓ≤０．０１５，Ａｌ↓［Ｔ］≤０．０６０，Ｃｕ０．５０～１．０，Ｎｉ０．３０～１．０，Ｎｂ０．０１～０．０５，Ｖ０．０８～０．１６，Ｎ０．０１～０．０２，Ｃｒ≤０．３０，Ｍｏ≤０．３０，其余为Ｆｅ和不可避免的杂质，其热处理工艺为：正火９１０±１５℃保温后空冷或强制冷却，回火：５４０～６００℃保温后空冷，该成份可制造出高屈服强度（σ↓［ｓ］≥４６０ＭＰａ）的球壳钢板和锻件，以减化冶炼工艺、降低成本，保证球罐焊接区质量。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造大型球罐用钢，特别是高屈服强度(σa≥460MPa)球罐钢成份及其热处理方法。在冶金、化工、石油等行业使用的氧气球罐、乙烯球罐、液化气球罐等必需装备中，使用高屈服强度(σa≥460MPa)钢材成为制造大型球罐的发展方向，以利于扩大贮存容量，提高工作能力、减少壁厚、降低自重，而在球罐制造过程中需要由同等强度和韧性级别的板材和锻件通过焊接完成，目前的460MPa级屈服强度的球罐钢板及锻件需由两种钢号或两种成份的钢材制造，这是由于板材宽度大、截面厚度较小(约40mm)，正火之后单张板材冷却速度较快，晶粒细，而大型锻件截面宽度约为250mm，直径1m，体积较大，正火后冷却速度较慢，晶粒粗大，且在整个横截面内组织、机械性能的均匀一致性差，因此大型锻件为适应上述热处理制度的需要，需对成份进行调整，增加提高淬透性的元素如Ni、Cr、Mo、B等，造成冶炼工艺复杂，成本提高。而在制造大型球罐钢的焊接过程中，板材与锻件的成份差异造成了焊接预热温度不同，因而会影响焊接区的质量。因此在现有技术中大型球罐的钢板和锻件是由两种成份的钢材制造的，例如德国统一的DINEN 10028-3-1992《压力容器扁平轧件》标准中规定P460 NL 1钢种只适用于轧件(≤150mm厚)，没有规定可同样适用配套锻件，也需要由其它钢号或成份配套，其成份为C≤0.20，Si≤0.6，Mn1.00～1.70，P≤0.025，S≤0.015，AlT≥0.020，Cn≤0.70，Ni≤0.80，Cr≤0.30，Mo≤0.1，V≤0.20，Ti≤0.03，W≤0.025，并指出其热处理为正火，当正火品性能不好时可根据需要回火，但具体工艺并来提及。而日本专利平2-11721公开了一种《耐应力腐蚀性优异的液氨用低温压力容器钢材的制造方法》，是将成份为C0.03～0.16，Si0.01～0.55，Mn0.8～1.6，P＜0.03，S＜0.025，以及Cu＜0.5，Ni＜0.5，Cr＜0.5，Mo＜0.5中的至少一种，其余为Fe和不可避免的杂质的钢经过锻造后进行热处理，但具体热处理工艺未见提及。另外由于锻材要求淬透性高，将该成份应用于板材会造成强度超出上限，而韧性下降，力学性能的匹配不好。因此在现有技术中还没有找到一种460MPa屈服强度的钢种可同时用于制造球壳钢板和锻件。本专利技术的目的之一是得到一种大型球罐钢成份，可同时应用于制造球壳钢板和锻件。本专利技术的另一个目的是得到一种上述钢种的热处理工艺以保证获得所需的组织和力学性能。为实现上述目的，本专利技术是这样实现的一种大型球罐钢，其成份(wt％)为C0.08～0.18，Si0.01～0.5，Mn0.08～1.65，P≤0.025，S≤0.015，AlT≤0.060，Cu0.50～1.0，Ni0.30～1.00，Nb0.01～0.05，V0.08～0.16，N0.01～0.02，其余为Fe和不可避免的杂质。该球罐钢成份的最佳值为C0.08～0.15，Si0.01～0.5，Mn1.00～1.65，P≤0.020，S≤0.015，AlT0.010～0.030，Cu0.50～0.70，Ni0.30～0.80，V0.08～0.15，Nb0.01～0.05，N0.01～0.02，其余为Fe和不可避免的杂质。该合金还含有Cr≤0.30，Mo≤0.30。一种大型球罐钢的热处理工艺，当制品为板材时，首先进行正火处理即加热到910±15℃，保温一段时间后空冷，然后经回火处理于540～600℃保温一段时间后空冷，上述保温时间为每毫米板厚1.5～2.0分钟。当制品为锻件时，其正火处理为出炉后强制冷却。下面对本专利技术进行详述。本专利技术通过对球罐钢合金成份的设计、改进，可实现用同一成份制造460MPa级屈服强度的宽厚板和锻件，同时配合热处理工艺使锻件可以正火＋回火状态交货，而不必采用现有技术中复杂的调质处理。本专利技术对合金成份的改进主要通过Cu、Ni、Cr、Mo、V、N等元素的调整完成，使该成份不仅适用于钢板，也适用于厚截面的锻件，下面分别介绍各个合金元素的作用C0.08～0.18，可提高合金强度，＜0.08强度较低，＞0.18影响可焊性。Si0.01～0.5，固溶强化元素，冶炼时进行脱氧，＜0.01使强度降低，＞0.5影响韧性。Mn0.08～1.65，固溶强化元素，可提高钢的强度，＜0.08强度不好，＞1.65影响韧性。P≤0.025，造成偏析，因此只规定上限。S≤0.015，过高形成夹杂物。Al≤0.060，脱氧剂，＞0.06则形成过多夹杂物，影响性能。Cu0.50～1.0，当Cu在钢中含量＜0.30时起固溶强化作用，超过0.30时，会析出ε-Cu球形粒子，起弥散强化作用，可提高屈服强度，为提高耐大气腐蚀性的必要元素。Ni0.30～1.0提高淬透性，细化晶粒，提高强度、韧性，＜0.30作用不明显，＞1.00则成本增加过高。Cr≤0.30，Mo≤0.30，可提高淬透性，当＞0.30时，造成钢脆化，焊接时冷裂。Nb0.01～0.05，V0.08～0.16，Nb、V为微合金化元素，可形成Nb(C、N)、V(C、N)弥散粒子，提高屈服强度，过高则效果的改进不明显，但成本增加过高，同时影响钢焊接的热影响区韧性。N0.01～0.02，做为合金元素参与形成弥散粒子，过高则影响钢的应变时效性能。从以上成份可以看出，本专利技术的钢种为含铜钢，为铜-时效硬化钢，加入铜的目的，是可在后来的时效处理中使钢中弥散析出ε-Cu圆形粒子沉淀相(≤100nm)，以提高钢的屈服强度，这样可降低钢中碳含量，改善钢的可焊性。过去人们一直认为钢中铜含量过高(＞0.5％)，会造成铜裂，事实上这是由于钢中存在着As等有害元素与铜化合造成的，本专利技术由于钢水本身纯净，可在铜含量达到0.5～1.0时不发生铜裂现象。同时，再经微合金化元素Nb、V处理，钢中析出的Nb(C、N)、V(C、N)粒子既细化铁素体晶粒，可使屈服强度大幅度提高，从而保证获得460MP以上的屈服强度(上屈服点)。另外，加入适当的Ni、Cr、Mo提高了钢的固溶强化作用，增大了钢的淬透性。将上述化学成份的合金经配料、冶炼、浇注、轧制或锻造后，得到所需的板材或锻件后空冷，其热处理工艺分别为板材热处理由于轧后的板材表面晶粒细，中间晶粒粗，厚度横截面性能不均匀，需进行如下热处理正火处理加热到910±15℃进行奥氏体化，保温时间为每毫米板厚1.5～2.0分钟，然后空冷，在此温度范围和保温时间内由于AlN、Nb(C、N)粒子仍存在，奥氏体晶粒仍保持细小，空冷后可得到细小的铁素体＋贝氏体晶粒。回火处理加热到540～600℃，保温时间为每毫米板厚1.5～2.0分钟，进行时效处理，可使ε-Cu粒子析出，但保温时间过长，造成过时效会使ε-Cu粒子生长过大。锻件热处理基本与板材相同，只是由于锻件本身厚度大，需在正火处理出炉后采用风冷式喷水雾进行强制冷却，以提高锻件的冷却速度。下面结合效果介绍本专利技术的实施例。1、炼钢炼钢方法由生产者自己决定，但为镇静钢，钢中应含有足够的固氮元素，本实施例采用转炉炼钢，化学成份如表1示。2、浇铸模铸，Ar气保护，可浇铸板材铸锭及锻件铸锭。3、初轧钢锭加热温度1250～1280℃，初轧开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型球罐钢，其特征是：化学成份（ｗｔ％）为：Ｃ ０．０８～０．１８，Ｓｉ ０．０１～０．５，Ｍｎ ０．０８～１．６５，Ｐ≤０．０２５，Ｓ≤０．０１５，Ａｌ↓［Ｔ］≤０．０６０，Ｃｕ ０．５０～１．０，Ｎｉ ０．３０～１．００，Ｎｂ ０．０１～０．０５，Ｖ ０．０８～０．１６，Ｎ ０．０１～０．０２，其余为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永嘉，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]