專利名稱：一種正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域的一種低溫壓力容器鋼，特別是一種正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
壓力容器廣泛應(yīng)用于化工、石油、機械、動力、冶金、核能、航空、航天、海洋等部門。 它是工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的核心設(shè)備，是一個國家裝備制造水平的重要標志。壓力容器鋼板為中厚板中一大類專用高技術(shù)含量，高附加值產(chǎn)品。用于儲存、運輸氧氣、液化石油氣、液化天然氣等低溫液體的壓力容器用鋼，不僅要求鋼板具有優(yōu)良的強塑性能，特別要求鋼板具有良好的低溫沖擊韌性。目前國內(nèi)壓力容器用鋼及其制造方法如下中國專利CN102041448A公開了“一種微釩鈦復(fù)合處理鍋爐和壓力容器用鋼及其制造方法”，化學(xué)成分為c 0. 12 O. 20%, Si :0. 20 O. 50%, Mn :1. 20 I. 60%, P ^ O. 020 %, S^O. 010 %, Als :0. 020 O. 050 %，V :0. 010 O. 025 %, Ti :0. 010 O. 025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造工藝為鐵水預(yù)處理脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉或CAS爐精煉、連鑄、板坯加熱、熱連軋、開平矯直。優(yōu)點在于，依據(jù)該發(fā)明提供的化學(xué)成分及其制造方法生產(chǎn)出的Q345R開平鋼板與中厚板軋機軋制的同樣規(guī)格Q345R鋼板相比， 化學(xué)成分穩(wěn)定，各種性能均勻，冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量優(yōu)良，板形及尺寸控制精度高，產(chǎn)品合格率和成材率高。中國專利CN102002630A公開了一種“抗HIC壓力容器用鋼Q345R-Z35特厚板及其生產(chǎn)方法”化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C ■.( O. 20,Si O. 55,Mn :1. 20 I. 60,P :彡O. 025、 S ■.( O. 005、微合金化元素■.( O. 10,Ms O. 015，其它為Fe和殘留元素。其采取的生產(chǎn)方法包括以下步驟鐵水KR脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精練、VD真空脫氣、模鑄澆注、鋼錠加熱、軋制、ACC冷卻、矯直、鋼板堆冷、正火熱處理等工藝；該發(fā)明通過合理的成分設(shè)計、工藝路線設(shè)計，開發(fā)出了特厚壓力容器用鋼板，檢測結(jié)果表明，一級探傷合格率、性能初驗合格率均達到100%，此外抗層狀撕裂性能達到Z35級別，抗氫致裂紋檢測結(jié)果優(yōu)異。中國專利CN101787490A公開了“一種微合金化的Q345R鋼”，170和210斷面的 Q345R鋼按重量添加Ti :0.018 O. 035 ；240斷面的Q345R鋼按重量添加Ti :0.018 O. 035，V 0. 020 O. 030，經(jīng)上述微合金化處理后生產(chǎn)的Q345R鋼板，依照GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》的要求，最終綜合性能合格率為97. 06%，扣除斷口異常的合格率為98. 40%，與新國標執(zhí)行前16MnR鋼99%的性能合格率接近，其中，熱軋性能合格率為 95. 91%，扣除斷口異常合格率為98. 06% ;正火性能合格率為98. 58%，均比采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的Q345R鋼板合格率有顯著提升。中國專利CN101082104A公開了“一種無Ni微合金低溫壓力容器鋼及其制造方法”，成分質(zhì)量百分比為C O. 04 O. 08、Si < O. 6、Mn I. O I. 6、Nb O. 010 O. 030、Ti O. 005 O. 030,V < O. 070%, Al O. 004 O. 060,N < O. 008,P < O. 015,S < O. 010、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。采用TMCP軋制的方法使得鋼板的屈服強度達到360MPa以上，抗拉強度超過490MPa，低溫沖擊韌性滿足_60°C的要求(即滿足_60°C的沖擊功不小于41J)，并具有良好的塑性和焊接性。因不添加貴金屬Ni、Mo，且采用TMCP軋制代替調(diào)質(zhì)處理，可降低生產(chǎn)成本并縮短制造周期。中國專利CN101871077A公開了 “一種正火型高強度壓力容器鋼及其制造方法”， 化學(xué)成分重量百分比為C 0. 12 O. 18 %、Si :0. 15 O. 40 %、Mn : I. 20 I. 70 %、 P 彡 O. 020%, S 彡 O. 015%, Ni :0. 10 O. 40%, Nb :0. 01 O. 05%, Ti :0. 01 O. 03%, Als :0. 015 O. 050%，同時包括有V彡O. 20%, Cu彡O. 70%中的一種或兩種，其余為Fe 及不可避免的雜質(zhì)。利用單軋工藝控制鋼板的規(guī)格，經(jīng)過控制軋制后，采用正火溫度840 920°C，保溫時間30 40min+t X lmin/mm的正火工藝，得到了均勻的鐵素體和珠光體組織。 鋼板具有良好的強度、塑性、韌性和焊接性能。中國專利CN101713044A公開了“一種Q370R壓力容器用鋼及其制備方法”，化學(xué)成分重量百分比為C 0. 14 O. 18%,Si 0. 25 O. 50%,Mn 1. 45 I. 60%,P ^ O. 020%, S彡O. 015%,Nd :0. 28 O. 45%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。同時還公開了一種Q370R 壓力容器用鋼的制備方法。本發(fā)明的Q370R壓力容器用鋼，優(yōu)化了組分配比和熱處理工藝， 在拉伸強度和屈服強度符合標準GB713-2008的基礎(chǔ)上，提高了低溫沖擊韌性，在_27°C沖擊功大于200J，最高可達304J，高于國家標準下限7. 5倍，而且在進行了模擬焊接后的拉伸強度、屈服強度、延伸率和沖擊韌性的性能參數(shù)變化不大，因此提高了 Q370R的焊接性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種符合GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼板》中規(guī)定的具有良好的強塑性匹配，優(yōu)良的低溫沖擊韌性，且生產(chǎn)成本較低，規(guī)格可控的正火型 16MnDR低溫壓力容器鋼板及其制造方法，該鋼板主要用于低溫壓力容器設(shè)備的制造。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C :0. 15 O. 17%,Si :0. 25 O. 40%、 Mn :1. 40 I. 55%,P :彡 O. 015%,S :彡 O. 005%,V :0. 05 O. 07%,Als :0. 020 O. 030%, O :彡O. 0040%, N ^ O. 0060%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明選擇的主要合金元素及其含量在本發(fā)明鋼中的作用如下碳(C):碳對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳含量每增加
O.1%,抗拉強度大約提高90MPa，屈服強度大約提高40 50MPa。碳含量過低會使NbC生成量降低，影響控軋效果，也會增大冶煉控制難度，碳含量過高，又會使鋼冷卻過程中貝氏體的生產(chǎn)量減少，在焊接熱影響區(qū)還會出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象。鋼中碳含量在不大于O. 18%的范圍內(nèi)時，既可提高鋼的強度又適合生產(chǎn)操作，提高其在大生產(chǎn)中的適用性和可行性。因此，本發(fā)明設(shè)定的最佳碳含量為O. 15 O. 17%。硅(Si):本發(fā)明中硅含量控制在O. 25 O. 40%，Si能降低鋼中碳的石墨化傾向， 主要以固溶強化形式提高鋼的強度，超過O. 5 %時，會造成鋼的韌性下降。錳(Mn):本發(fā)明中錳含量控制在I. 40 I. 55%，錳的成本低廉，其固溶強化作用會使鋼的抗拉強度大幅度上升，對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。含I %的 Mn約可提高抗拉強度lOOMPa。另外，Mn還能提高Nb、V等在鋼中的溶解度。但Mn有促進晶粒長大的作用，對過熱較敏感。磷和硫(P、S):由于鋼中的P、S含量必須控制在較低的范圍，只有冶煉純凈鋼，才能保證本發(fā)明鋼的性能。本發(fā)明鋼P含量控制在O. 015%以下，S含量控制在O. 005%以下。·釩(V) :V是強烈的碳氮化物形成元素，它通過形成碳化物阻止奧氏體晶粒長大而細化晶粒，提高鋼材的常溫和高溫強度。V能促進珠光體的形成，還能細化鐵素體板條。在正火鋼中，V經(jīng)常與Nb、Ti等一起加入，通過加Nb和Ti達到細化晶粒的效果，而通過V的沉淀析出來增加強度。V可使鋼的強度增加150MPa以上。但V含量過高時，析出物數(shù)量增加，尺寸增大，從而導(dǎo)致鋼的韌性降低。本發(fā)明鋼V含量控制在O. 05 O. 07%。Als:即酸溶鋁，是指能被酸溶解的鋁，包括AlN和固溶鋁，它可作為衡量鋼中鋁含量的指標。煉鋼生產(chǎn)工藝中為了降低鋼中的含氧量，常用鋁、鋇、鈣、硅、錳等脫氧材料(或其復(fù)合合金)與氧發(fā)生反應(yīng)成氧化物爐渣上浮到鋼水上層面降低鋼中的氧含量，其中鋁是優(yōu)良的脫氧劑，鋁易與氧反應(yīng)生成Al2O3以及極少量的A1N，同時有部分單質(zhì)鋁固溶入鋼中形成固溶鋁。鋁作為脫氧和晶粒調(diào)整元素加入鋼中，能與氮結(jié)合，消除氮的危害，改善沖擊功，且可細化晶粒，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的強度。因此，鋼中具有一定的Al對鋼的性能改善是有益的。但是若是Als含量過高(即鋁含量過高)，一方面由于AlN在熱加工過程中會大量析出，產(chǎn)生熱加工裂紋，另一方面由于加鋁過多而形成的Al2O3會滯留在鋼中形成夾雜物，都會降低鋼的性能，因此本發(fā)明鋼Als含量控制在O. 020 O. 030% .氧和氮(0、N):如同P、S —樣，一般情況下，鋼中的0、N也應(yīng)控制在較低水平，確保鋼的純凈度，因此本發(fā)明鋼的O、N含量分別控制在40ppm和60ppm以下。本發(fā)明的制造方法、主要步驟及工藝參數(shù)如下I、冶煉采用經(jīng)過脫硫預(yù)處理的鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原料，以高效頂?shù)讖?fù)吹、爐氣自動分析等先進生產(chǎn)技術(shù)為保障進行轉(zhuǎn)爐潔凈鋼的冶煉生產(chǎn)。通過優(yōu)化鈣處理操作和軟吹工藝， 進一步上浮排除鋼中的非金屬夾雜物。采用單渣工藝冶煉，高碳錳鐵和硅鋁合金脫氧合金化，出鋼擋渣，保證一次拉碳，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度控制在1630 1650°C。RH工序采用循環(huán)深脫氣工藝，在保證鋼水溫度穩(wěn)定的前提下大幅降低氫、氧、氮等氣體含量，減小有害氣體對鋼質(zhì)的不利影響，最終得到化學(xué)成分重量百分比為C :0. 15 O. 17%,Si :0. 25 O. 40%,Mn
I.40 I. 55%、P :彡 O. 015%、S :彡 O. 005%、V 0. 05 O. 07%, Als 0. 020 O. 030%, O ·.( O. 0040%, N ^ O. 0060%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2、連鑄連鑄機為直弧形連鑄機，上裝鏈式引錠桿、多點彎曲連續(xù)矯直技術(shù)、凝固末端動態(tài)輕壓下以及優(yōu)化的動態(tài)二冷技術(shù)，通過恒溫、恒拉速工藝，減輕連鑄坯中心偏析和中心疏松等缺陷；通過結(jié)晶器保護渣的跟蹤、改進和優(yōu)化以及結(jié)晶器熱成像儀的高效應(yīng)用，減少鑄坯表面裂紋以及振痕等表面質(zhì)量缺陷。從而實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)鑄坯。詳細工藝及參數(shù)控制如下使用中碳低合金鋼保護渣，渣子要保持干燥，液渣層厚度控制在10 15mm ;使用無碳中包覆蓋劑，未裝長水口或長水口未浸入鋼液面時嚴禁向中包沖擊區(qū)加入覆蓋劑；不同澆鑄斷面拉速與過熱度的匹配制度；正常工藝情況下，同一爐次拉速波動不允許超過±0. lm/min ;結(jié)晶器進水溫度控制在38± I°C，二冷水溫度控制在22 25°C ;鑄坯矯直溫度控制在950 1000°C，且鑄坯沿寬度方向的溫差不得超過50°C ;做好保護澆注，謹防鋼水二次氧化和吸氣增氮；鑄坯低倍檢驗結(jié)果應(yīng)滿足B類中心偏析< I. 5級，中間裂紋< I. 5級，中心疏松< I. O 級。3、加熱充分保證鋼坯加熱溫度和均熱時間。加熱溫度控制在1210°C 1250°C，總在爐時間> 200min，其中均熱時間>30min。保證合金元素的充分固溶，板坯溫度均勻。爐氣氣氛采用弱氧化或還原氣氛燒鋼，微正壓操作，避免鑄坯表面生成過量氧化鐵皮和難去除氧化鐵皮。4、軋制和冷卻軋制采用粗軋和精軋兩階段控制軋制，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制(通常稱粗軋階段)和奧氏體非再結(jié)晶區(qū)控制軋制(通常稱精軋階段)。粗軋時加大道次變形量，開軋溫度為1200 1240°C，單道次相對壓下率至少有兩道次控制在18%以上。精軋時嚴格控制各道次變形量，精軋開軋溫度920 950°C，至少有兩道次壓下率> 15 %，末道次壓下率> 5%，終軋溫度840 900°C。軋后鋼板采用控制冷卻，終冷溫度680 720°C，得到晶粒細小且均勻的鐵素體+珠光體組織。5、正火熱處理根據(jù)經(jīng)驗公式并結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，確定正火溫度為840°C 910°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。本發(fā)明的有益效果為I、通過合理設(shè)計化學(xué)成分，不含Ni、Nb等貴重金屬，且其它合金元素含量少，降低了合金成本。2、通過合理的化學(xué)成分設(shè)計，采取上述工藝可以得到一種符合GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼板》中規(guī)定的具有良好的強塑性匹配，優(yōu)良的低溫沖擊韌性，且生產(chǎn)成本較低，規(guī)格可控的正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板。


圖I為本發(fā)明實施例5鋼板的金相組織圖。
具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例I原料鐵水經(jīng)過鐵水深脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑?，鋼包吹氬，LF爐外精煉，RH真空處理及連鑄工藝得到表I所示化學(xué)成分重量百分比的250mm厚板坯。板坯加熱溫度1240°C，總在爐時間314min，第一階段開軋溫度1220°C，單道次相對壓下率至少有兩道次以上控制在 18%以上，當中間坯厚度為106mm時，在輥道上待溫至913°C，隨后進行第二階段軋制，終軋溫度為887°C，成品鋼板厚度為60mm。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度710°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。
實施例2實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1220°C，總在爐時間320min，第一階段軋制的開軋溫度為1210°C，第二階段軋制的開軋溫度為921°C，中間坯待溫厚度為97mm，終軋溫度為856°C，成品鋼板厚度為44_。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度 705°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。實施例3實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1238°C，總在爐時間342min，第一階段軋制的開軋溫度為1228°C，第二階段軋制的開軋溫度為918°C，中間坯待溫厚度為73_，終軋溫度為832°C，成品鋼板厚度為26mm。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度 708°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。實施例4實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1245°C，總在爐時間322min，第一階段軋制的開軋溫度為1223°C，第二階段軋制的開軋溫度為921°C，中間坯待溫厚度為91mm，終軋溫度為845°C，成品鋼板厚度為32mm。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度 716°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。實施例5實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1235°C，總在爐時間319min，第一階段軋制的開軋溫度為1223°C，第二階段軋制的開軋溫度為916°C，中間坯待溫厚度為66mm，終軋溫度為822°C，成品鋼板厚度為22_。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度 710°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。實施例6實施方式同實施例1，其中加熱溫度為1238°C，總在爐時間336min，第一階段軋制的開軋溫度為1230°C，第二階段軋制的開軋溫度為922°C，中間坯待溫厚度為100mm，終軋溫度為890°C，成品鋼板厚度為50mm。軋制結(jié)束后，鋼板進入加速冷卻(ACC)裝置，終冷溫度698°C，熱矯后冷床冷卻。鋼板拋丸后送入正火爐進行處理，正火溫度880°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm, t為鋼板厚度。最后即可得到所述鋼板。表I本發(fā)明實施例1-6的化學(xué)成分(wt % )
實施例CSiMnPSVAlsO(ppm)N(ppm)IO. 150.271.46O. 010O. 001O. 056O. 02318352O. 16O. 281.44O. 009O. 002O. 053O. 02522383O. 17O. 291.44O. 011O. 002O. 058O. 0252540
權(quán)利要求
1.一種正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板，其特征是鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為 C 0. 15 O. 17%、Si :0· 25 O. 40%、Mn :I. 40 I. 55%、P :彡 O. 015%、S :彡 O. 005%, V 0. 05 O. 07%, Als 0. 020 O. 030%, O ·.( O. 0040%, N ( O. 0060%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板的制造方法，其特征是采用經(jīng)過脫硫預(yù)處理的鐵水和廢鋼作為原料，經(jīng)冶煉得到化學(xué)成分重量百分比為C O. 15 O. 17%、Si 0. 25 O. 40%、Mn :1· 40 I. 55%、P :彡 O. 015%、S :彡 O. 005%、V : O. 05 O. 07%, Als 0. 020 O. 030%, O :彡 O. 0040%, N 彡 O. 0060%、余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)的鋼材，在連鑄機上鑄成鋼板坯；在加熱爐中對鋼板坯加熱，加熱溫度控制在 1180°C 1250°C，總在爐時間控制在240 270min ;然后進行軋制，軋制采用粗軋和精軋兩階段控制軋制，粗軋開軋溫度為1200 1240°C，單道次相對壓下率至少有兩道次控制在 18%以上；精軋開軋溫度920 950°C，至少有兩道次壓下率> 15%，末道次壓下率> 5%， 終軋溫度840 900°C，軋后鋼板采用控制冷卻，終冷溫度680 720 V，得到晶粒為鐵素體 +珠光體組織的鋼板；最后對鋼板進行正火熱處理，正火溫度為840°C 910°C，保溫時間為 10min+tX I. 5min/mm,其中t為鋼板厚度，單位為mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板及其制造方法，鋼板的化學(xué)成分按重量百分比為C0.15～0.17％、Si0.25～0.40％、Mn1.40～1.55％、P≤0.015％、S≤0.005％、V0.05～0.07％、Als0.020～0.030％，O≤0.0040％、N≤0.0060％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法是采用經(jīng)過脫硫預(yù)處理的鐵水和廢鋼作為原料，經(jīng)過冶煉、連鑄、加熱、軋制和冷卻、正火熱處理等工序得到正火型16MnDR低溫壓力容器鋼板。其優(yōu)點是具有良好的強塑性匹配，優(yōu)良的低溫沖擊韌性，且生產(chǎn)成本較低，規(guī)格可控，該鋼板主要用于低溫壓力容器設(shè)備的制造領(lǐng)域。
文檔編號C22C33/04GK102605241SQ20111046208
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者吳鵬飛, 孫麗鋼, 張軍, 李 浩, 楊雄, 溫利軍, 王俊剛, 董瑞峰, 霍培珍 申請人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司