一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，生产厚度为60‑100mm，化学成分：C:0.13～0.20％、Si：≤0.40％、Mn：1.00～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Als：0.01～0.05％、Nb+V+Ti≤0.080％、Ni:0.20‑0.50％、Cu≤0.30％、H≤2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质元素，同时满足：CEV≤0.43％，3≤w(Nb+V+Als)/w(Ti)≤8。钢板的近表面处组织为回火索氏体，钢板板厚1/4处和1/2处组织为贝氏体。板厚1/4处横向冲击功‑50℃KV

An extra thick vessel steel plate with excellent low temperature impact toughness at the center and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板及其制造方法
本专利技术属于铁基合金

技术介绍
近年来，国内外各种石化、天然气项目相继实施，大型反应容器或存储罐需求显著上升，调质钢板因具有良好的强韧性匹配越来越受到青睐，尤其是随着设备不断朝着大型化、高参数化发展，同时保证设备安全、稳定运行，良好的心部低温冲击韧性和焊接性显得尤为关键。综上所述，开发能够批量稳定生产的满足大型能源设备制造的易焊接心部低温韧性优良的容器钢板具有广阔的市场前景。专利(CN107267857A)申请了一种07MnNiMoDR钢板及其在线淬火生产方法，其抗拉强度在630MPa以上，-50℃低温冲击韧性优良，但最大厚度仅为50mm。专利(CN106350644A)申请了一种利用在线淬火工艺生产储罐用钢的方法，其利用UFC+ACC两阶段冷却方式实现在线淬火，生产的钢板性能稳定、具有良好的强韧性匹配，但未提及钢板的心部低温冲击韧性。专利(CN106319376B)申请了一种新型低焊接裂纹敏感性高强度钢板，其利用在线淬火+离线回火工艺生产的15-50mm厚钢板，具有强度高、焊接性优良的特点，但冲击试验温度仅为-20℃，同时Nb、Cr合金添加较多，成本较高。综上所述，现有调质高强韧钢板大都采用传统的离线淬火工艺生产，即使使用在线淬火工艺生产，所生产的钢板厚度也都在60mm以内，且心部低温冲击韧性不稳定，无法满足化工能源设备向大型化、高参数化发展的需求
技术实现思路
本专利技术提供一种在线淬火方法生产60-100mm厚心部低温冲击韧性优良的特厚钢板，该钢板具有组织稳定、强度高、心部低温韧性优良、易焊接等特性。其制造方法具有流程短、成本相对低、可操作性强的优点。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，该钢板的生产厚度达到60-100mm。得该钢板的化学成分按质量百分比计为：C:0.13～0.20％、Si：≤0.40％、Mn：1.00～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Als：0.01～0.05％、Nb+V+Ti≤0.080％、Ni:0.20-0.50％、Cu≤0.30％、H≤2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质元素，同时满足：CEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％，3≤w(Nb+V+Als)/w(Ti)≤8。钢板的近表面处组织为回火索氏体，钢板板厚1/4处和1/2处组织为贝氏体。钢板的屈服强度≥400MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，延伸率A≥22％，板厚1/4处横向冲击功-50℃KV2≥150J；板厚1/2处横向冲击功-50℃KV2≥80J。本专利技术中C、Si、Mn、P、S、Nb、Ni、V、Ti、H等元素的限定理由阐述如下：C是提高钢板强度最经济的元素，但含量过高会导致塑性、冲击韧性的降低，同时焊接裂纹敏感性增大，焊接过程中容易产生裂纹。为了保证母材具有良好的强韧性匹配及可焊性等，因此本专利技术钢C的含量为0.13～0.20％。Si可提高钢板及焊接接头的强度，当Si含量大于0.45％时，钢板和焊接接头韧性会显著降低，同时形成的坚硬硅酸盐夹杂物容易造成钢板表面缺陷，Si的含量为0.10～0.40％。Mn是提高钢板强度的常用元素，适量的Mn可替代C元素来提高钢板及焊接接头的强度和改善韧性。随着Mn含量的增加，可提高钢中奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，强化铁素体，显著提高淬透性，同时可使淬火后回火过程中组织分解转变速度减慢，提高回火组织稳定性，但含量过高将使钢在高温下晶粒粗化，降低钢板及焊接接头的韧性和可焊性，因此本专利技术钢Mn的含量为1.00％～1.60％。P、S作为杂质元素在钢中是不可避免的，但其对钢板的加工性、尤其是低温冲击韧性是有害的，其含量越低越好，因此本专利技术钢P的含量≤0.015％，S的含量≤0.005％。Ni能显著降低钢材的韧脆转变温度，提升低温冲击韧性，也可减轻因Cu的添加而引起的铸坯表面裂纹倾向。但Ni价格昂贵，加入量过多会显著提高钢的生产成本，因此本专利技术钢Ni的含量为0.20～0.50％。Nb、V能在非再结晶区轧制时引入大量高密度位错和畸变区，促进形成更多的相变核心，从而细化奥氏体组织。同时形成碳氮化物，在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而起到细化铁素体晶粒的作用，提高钢的强度和韧性。Ti能形成高温氧化物，在焊接接头中作为针状铁素体的形核质点，促进针状铁素体形成，显著改善焊接热影响区低温冲击韧性。若加入过多，不仅增加成本，而且析出物数量和尺寸增大，会导致钢的韧性尤其是心部韧性降低。因此，本专利技术钢Nb+V+Ti≤0.08％，Nb、V的添加量不为零。Nb、V、Ti均可与C、N结合生产碳氮化物析出，从而起到细化晶粒的效果。由于铸坯凝固过程的中心偏析，TiN析出后多聚集在铸坯心部附近，而TiN夹杂不规则的形态对钢板的心部低温冲击韧性是不利的。另一方面，相同温度下，Ti与N的结合能力比Nb、V强，因此，本申请控制3≤w(Nb+V+Als)/w(Ti)，从而减少TiN的形成。同时，考虑到Nb、V昂贵的价格，w(Nb+V+Als)/w(Ti)≤8。H氢原子容易在铸坯中扩散，在氢气压力的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，从而形成阶梯状特征的心部裂纹。因此，为了保证钢板的心部低温韧性，本专利技术钢H≤2ppm，并对连铸坯进行扩氢处理。本专利技术的另一目的是提供上述一种容器钢板的制造方法，该方法包括如下工序：铁水预处理→转炉冶炼→钢包炉精炼→真空处理→连铸→铸坯罩冷→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→堆缓冷→回火→探伤→性能检验，具体步骤如下：铁水经KR法预处理脱硫、转炉冶炼后，采用钢包炉精炼和真空处理，进行软吹15分钟以上后冶炼成高纯净钢水，采用全过程保护浇注、轻压下技术在连铸机上浇注成连铸板坯，铸坯加罩缓冷。将连铸坯加热至1150～1200℃，总的在炉时间不少于300min，均热时间不少于90min，出炉后经高压水除鳞，除尽铸坯表面氧化铁皮。奥氏体化后的连铸坯进行两阶段轧制(控制轧制，开轧和终轧温度均要进行限定)，初轧采用少道次大压下量，控制开轧温度为1020～1100℃，终轧温度控制在1000～1060℃，保证后2道次压下率≥15％；精轧开轧温度控制在880～920℃；轧后采用DQ+ACC两阶段冷却，以达到在线淬火的目的。控制钢板入水温度在840～880℃，冷却速度控制为5～15℃/s，经ACC后钢板表面温度在100～200℃，钢板下线后堆缓冷，再进行600～680℃回火处理，探伤及性能检验合格后出厂。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、成分设计上控制钢中的Nb、V、Ti和Als含量，减少对心部低温冲击不利的TiN形成，同时，形成的Nb、V和Al的碳氮化物起到钉扎和细化铸坯晶粒的作用；2、采用国内最厚的连铸板坯，大幅增加了轧制过程的变形量，并结合差温轧制工艺，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为：C:0.13～0.20％、Si：≤0.40％、Mn：1.00～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Als：0.01～0.05％、Nb+V+Ti≤0.080％、Ni:0.20-0.50％、Cu≤0.30％、H≤2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质元素，同时满足：/nCEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％，/n3≤w(Nb+V+Als)/w(Ti)≤8。/n

【技术特征摘要】
1.一种心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为：C:0.13～0.20％、Si：≤0.40％、Mn：1.00～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Als：0.01～0.05％、Nb+V+Ti≤0.080％、Ni:0.20-0.50％、Cu≤0.30％、H≤2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质元素，同时满足：
CEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％，
3≤w(Nb+V+Als)/w(Ti)≤8。


2.根据权利要求1所述的心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，其特征在于：钢板的厚度为60-100mm。


3.根据权利要求1所述的心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，其特征在于：钢板的近表面处组织为回火索氏体，钢板板厚1/4处和1/2处组织为贝氏体。


4.根据权利要求1所述的心部低温冲击韧性优良的特厚容器钢板，其特征在于：所述钢板的屈服强度≥400MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，延伸率A≥22％，板厚1/4处横向冲击功-50℃KV2≥150J；板厚1/2处横向冲击功-50℃KV2≥80J。


5.一种制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏伟，许晓红，白云，苗丕峰，叶建军，张建，张军，方寿玉，徐君，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32