CN103147016B - 一种-110℃低温容器钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种-110℃低温容器钢,所述钢是由下述重量百分比的成分组成:C0.06~0.10%,Si0.20~0.30%,Mn0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti0.010~0.020%,Ni2.1~2.5%,Cr0.10~0.30%,Al0.020~0.040%,Nb0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质。本发明采用两阶段控制轧制、控制冷却和合理的热处理工艺,制得的钢板显微组织为铁素体+回火索氏体,屈服强度>500MPa,抗拉强度>600MPa,低温韧性满足-110℃的要求。本发明钢具有较高的强度,优异的低温韧性,可应用于石化、液化气储存、合成氨等领域各类低温容器设备的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧性压力容器用钢,特别涉及一种-110℃低温容器钢及其制造方法。
背景技术
随着我国石油化学工业的迅速发展,气体的液化、分离和液化气体的生产、储运及应用已相当普遍,国民经济的高速发展促进了低温压力容器用钢的市场需求。
目前广泛使用的-110℃级低温钢主要是3.5Ni钢,生产成本较高。在本发明前,专利CN101235466A“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”,采用较高的Ni含量(3.20~3.80%),并添加稀土元素,生产工序复杂,生产成本较高。
专利CN101497961B“一种低温韧性1.5Ni钢及其制造方法”,采用较低的Ni含量(1.20~1.60%),较高的Mn含量(1.00~1.50%),并利用控轧控冷+调质工艺生产的钢板可以达到-100℃的低温韧性要求,但该专利钢板的强度水平较低,抗拉强度仅为500MPa级别,且其生产工艺较为复杂(采用三阶段轧制工艺,终冷温度低于300℃),不易于控制,生产工艺成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种-110℃低温容器钢,通过合理的成分设计,采用控轧控冷工艺和合理的热处理制度,使其钢板得到铁素体+回火索氏体的显微组织,屈服强度>500MPa,抗拉强度>600MPa,-110℃冲击功>100J。为实现此目的,本发明采用如下技术方案:
所述钢以重量百分比计的化学成分如下:C0.06~0.10%,Si0.20~0.30%,Mn0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti0.010~0.020%,Ni2.1~2.5%,Cr0.10~0.30%,Al0.020~0.040%,Nb0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质。
以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明:
C:C是保证强度的主要元素,但含量过高会对韧性、焊接性能产生不利影响。为保证钢的强度及优异的低温韧性,本发明设定的最佳C含量为0.06~0.10%。
Si:Si主要起脱氧作用,并以固溶强化形式提高钢的强度,含量过高会造成韧性下降,因此本发明Si含量控制在0.20~0.30%。
Mn:Mn起固溶强化作用,可显著提高钢的强度和淬透性,并改善热加工性能。Mn也是防止热裂纹的有效元素,可以改善硫化物的分布形态,减小低熔点硫化物的数量。但过多的Mn易偏析,恶化钢的性能。本发明Mn含量控制在0.60~0.90%。
Nb:Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度,同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相,产生细化晶粒和析出强化的效果,改善强韧性。但含量过高时,会影响钢的焊接性能,且强化效果不明显,本发明将Nb含量控制在0.020~0.050%。
Ti:Ti可以固定钢中的N元素,形成TiN以阻止在加热、轧制、焊接等过程中的晶粒长大,改善钢板母材和焊接热影响区的韧性,但过量的Ti会恶化钢的韧性,因此Ti的含量控制在0.010~0.020%。
Ni:Ni可以显著改善钢的低温韧性,对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响,但含量过高会增加成本。本发明中将Ni的含量控制在2.1~2.5%。
Cr:Cr为缩小奥氏体相区元素,可提高钢板的淬透性和强度。在C含量较低的情况下,添加适量的Cr,可以保证钢板达到所需的强度,但添加过多会导致韧性下降,因此Cr的含量控制在0.10~0.30%。
Al:Al是脱氧元素,与N化合形成的AlN还可以有效地细化晶粒,Al含量控制在0.020%~0.040%较为合适。
钢中的杂质元素含量越少越好,P、S是对韧性有害的元素,为了得到良好的低温韧性,本发明钢控制P含量不超过0.010%,S含量不超过0.005%。
本发明的另一目的在于提供了一种-110℃低温容器钢的制造方法,包括如下步骤:
1)按照如下质量百分比冶炼并浇铸成铸坯:C0.06~0.10%,Si0.20~0.30%,Mn0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti0.010~0.020%,Ni2.1~2.5%,Cr0.10~0.30%,Al0.020~0.040%,Nb0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质;
2)在控制轧制工序中,板坯加热温度为1150~1250℃,保温时间为1.5~2.5h;奥氏体再结晶区轧制开始温度为980~1150℃,未再结晶区轧制开始温度为850~950℃,终轧温度为800~900℃;
3)在控制冷却工序中,采用水冷却***,冷却速率为10~15℃/s,终冷温度为450~600℃,之后空冷至室温;
4)在热处理工序中,淬火温度为840~900℃,保温时间0.5~1.5h;回火温度为600~660℃,保温时间为1~2h。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少在于:
1)与传统3.5Ni钢相比,本发明Ni含量较低,大大降低了生产成本;
2)在满足-110℃低温韧性的同时,具有较高的强度,屈服强度达到500MPa以上,抗拉强度达到600MPa以上;
3)采用控轧控冷和调质工艺,生产工艺简单,钢板组织均匀稳定,性能优异。
附图说明
图1实施例1中钢板纵截面的显微组织照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1和2的化学成分见表1,采用的热轧和热处理工艺参数为:加热温度1150~1250℃,保温2小时,开轧温度980~1150℃,终轧温度800~900℃,冷速10~15℃/s,终冷温度450~600℃,轧制后成品钢板厚度为30mm,淬火温度840~900℃,保温时间0.5~1.5h,回火温度为600~660℃,保温时间为1~2h。
实施例1和2的钢板的力学性能见表2。
表1本发明实施例1和2涉及的-110℃低温容器钢的化学成分(wt%)
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Nb | Ti | Als | |
实施例1 | 0.08 | 0.25 | 0.79 | 0.0083 | 0.0043 | 2.19 | 0.12 | 0.035 | 0.016 | 0.022 |
实施例2 | 0.09 | 0.24 | 0.76 | 0.0075 | 0.0049 | 2.31 | 0.10 | 0.032 | 0.015 | 0.025 |
表2本发明实施例1和2涉及的-110℃低温容器钢的力学性能
尽管本发明的实施方案已公开如上,但对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (2)
1.一种-110℃低温容器钢的制造方法,以重量百分比钢的化学成分:C0.06~0.10%,Si 0.20~0.30%,Mn 0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti0.010~0.020%,Ni 2.1~2.5%,Cr 0.10~0.30%,Al 0.020~0.040%,Nb 0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质;所述钢的屈服强度>500MPa,抗拉强度>600MPa,-110℃冲击功>100J;其特征在于包括如下步骤:
1)按照如下质量百分比冶炼并浇铸成铸坯:C 0.06~0.10%,Si 0.20~0.30%,Mn 0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti 0.010~0.020%,Ni 2.1~2.5%,Cr0.10~0.30%,Al 0.020~0.040%,Nb 0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质;
2)在控制轧制工序中,板坯加热温度为1150~1250℃,保温时间为1.5~2.5h;奥氏体再结晶区轧制开始温度为980~1150℃,未再结晶区轧制开始温度为850~950℃,终轧温度为800~900℃;
3)在控制冷却工序中,采用水冷却***,冷却速率为10~15℃/s,终冷温度为450~600℃,之后空冷至室温;
4)在热处理工序中,淬火温度为840~900℃,保温时间0.5~1.5h;回火温度为600~660℃,保温时间为1~2h。
2.一种-110℃低温容器钢的制造方法,以重量百分比钢的化学成分:C0.06~0.10%,Si 0.20~0.30%,Mn 0.60~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Ti0.010~0.020%,Ni 2.1~2.5%,Cr 0.10~0.30%,Al 0.020~0.040%,Nb 0.020~0.050%,其余为Fe及不可避免的杂质;所述钢的屈服强度>500MPa,抗拉强度>600MPa,-110℃冲击功>100J;其特征在于所述钢的显微组织为铁素体+回火索氏体。
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