CN103305752A - 一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法,属于钢铁冶炼工艺技术领域。技术方案是包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序,各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si0.15~0.40%,Mn1.20~1.45%,P≤0.015%,S≤0.010%,Ni0.40~0.55%,Mo0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点:强韧性匹配良好,屈服强度Re≥345Mpa;板厚1/4位置-10℃横向夏比冲击功不小于41J;钢质更纯净,抗层状撕裂性能良好,全厚度方向Z≥35%;焊接性能好;钢板厚度达到135mm。采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点,具有良好的强韧性匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法,特别是135mm大厚度高性能SA302GrC钢板,属于钢铁冶炼工艺技术领域。
背景技术
近几年石化工业的发展主要是围绕煤化工产业二次深加工、装置大型化,以高温高压技术的应用为标帜。钢板使用条件苛刻,材料长期处于高温、高压及临氢工况下,材料除满足基本的常温力学性能外,还需满足高温下强度、抗回火脆化及氢腐蚀的要求。正因为对材料本身的要求非常严格,生产十分困难。特别是SA302GrC钢板,在煤化工领域应用广泛,厚度达135mm,生产难度更加困难。
发明内容
本发明目的是提供一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法,具有良好的强韧性匹配,性能高,解决背景技术中存在的上述问题。
发明的技术方案是:一种大厚度高性能SA302GrC钢板,由以下重量百分含量的化学成分组成:C≤0.25%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.15~1.50%,P ≤0.020%,S ≤0.020%,Ni 0.40~0.70%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质。
更具体的各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.20~1.45%,P ≤0.015%,S ≤0.010%,Ni 0.40~0.55%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质。
所述大厚度高性能SA302GrC钢板,厚度为135mm。
一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法,包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序,各工序具体工艺步骤如下:
①冶炼工序:钢水各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.20~1.45%,P ≤0.015%,S ≤0.010%,Ni 0.40~0.55%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质,钢水先经电炉冶炼,在P≤0.012%,大包温度≥1570℃时出钢,LF炉精炼,白渣保持时间≥25分钟,总精炼时间45分钟以上。[S]≤0.005%扒渣,VD炉真空处理,真空度不大于66Pa,真空保持时间≥20分钟时破坏真空;解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象,保证了钢质的纯净度;
②浇铸工序:采用模铸生产,过热度不超过40℃,采用钢锭模进行浇铸,,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料; 钢锭脱帽后带模入坑缓冷,缓冷24小时后温送到轧钢进行温清,温清温度≥150℃;
③加热工序:为了避免钢锭表面出现炸裂,钢锭实现温送、温清、温装,装钢前晾炉30分钟以上,焖钢1小时,为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小,采用低速烧钢,1000℃以下升温速度≤120℃/h,最高加热温度1280℃;
④轧制工序:钢板开坯成材,开坯厚度为600mm;轧制采用II型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,在950~1150℃之间,使奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段,开轧温度≤920℃,终轧温度≤880℃,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段压下率应尽量大;
⑤轧后冷却工序:经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时;
⑥、正火后加速冷却工序:对钢板进行正火后加速冷却处理,正火温度为930±10℃,保温时间为2.5min/mm,钢板出炉加速冷却至≤300℃;
⑦回火工序:对正火后的钢板进行回火,回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/mm。
所述的轧制工序,第一阶段压下量为8~25%,第二阶段累计压下率≥50%。
本发明的钢板的化学成分设计采用高碳当量,回火贝氏体钢,是通过高碳当量成分的设计及控轧+正火(加速冷却)+回火生产工艺,生产出符合大厚度高性能要求的135mm厚SA302GrC钢板,将其应用于高温、高压及临氢工况下,具有高强度、良好的焊接性能等特点,满足压力容器关键受力处的要求,其生产制造工序简单、可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。C含量为0.10~0.18%,C主要与其他元素形成碳化物,起组织强化和析出强化的作用,使钢板强度增加;Mn的含量在1.20~1.45%,Mn主要起固溶强化和降低相变温度,提高钢板强度的作用; Ni的含量在 0.40~0.55%,主要作用是增大奥氏体的过冷度,从而细化组织,取得强化效果;另外还能增加钢的耐大气腐蚀能力,提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度; Mo 0.45~0.60%,可以显著提高钢的淬透性,同时能够提高回火稳定性;杂质元素P、S等含量下限不做限制,在工艺设备能力下尽可能降低,以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。本发明的交货状态为正火(加速冷却)+回火,采用本工艺生产的135mm厚SA302GrC钢板经过充分晶粒细化,在较大的冷却速度下得到了B组织,经过合适的回火工艺后,其性能指标明显好于正火+回火钢。
由于采用开坯+II型控轧工艺,解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象,且增大了可生产钢板的厚度规格,适合其它钢厂低轧制压力轧机生产此类钢种。
本发明具有以下优点:(1)强韧性匹配良好,屈服强度Re≥345Mpa;板厚1/4位置-10℃横向夏比冲击功不小于41J;(2)本发明的钢质更纯净,P≤0.15%,S≤0.003%;(3)抗层状撕裂性能良好,全厚度方向Z≥35%;(4)焊接性能好;(5)钢板厚度达到135mm。试验结果表明:采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点,钢的冶金水平较高,力学性能完全满足美国ASME的标准要求。成份碳当量设计,具有良好的强韧性匹配。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明的SA302GrC钢的实际成分(按重量百分比)为:C 0.16%、Si 0.24%、Mn 1.33%、 P 0.012%、 S 0.002 %、Al 0.028%、V 0.006 %、Ni 0.46%、Cr 0.04%、Mo 0.52%、Cu 0.07%、Ti 0.002%, Ceq为 0.53%,轧成135mm钢板。其力学性能:屈服强度:452MPa,抗拉强度:595MPa,屈强比:0.76,A%:28%,-10℃冲击功AKV(横向):131、143、151J,Z向:45%。
实施例2
本发明的SA302GrC钢的实际成分(按重量百分比)为:C 0.11%、Si 0.20%、Mn 1.30%、 P 0.010%、 S 0.002 %、Al 0.025%、V 0.004 %、Ni 0.42%、Cr 0.05%、Mo 0.50%、Cu 0.07%、Ti 0.002%, Ceq为 0.47%,轧成135mm钢板。其力学性能:屈服强度:435MPa,抗拉强度:575MPa,屈强比:0.76,A%:28%,-10℃冲击功AKV(横向):135、142、155J,Z向:50%。
实施例3
本发明的SA302GrC钢的实际成分(按重量百分比)为:C 0.17%、Si 0.35%、Mn 1.40%、 P 0.011%、 S 0.002 %、Al 0.028%、V 0.006 %、Ni 0.50%、Cr 0.04%、Mo 0.57%、Cu 0.07%、Ti 0.002%, Ceq为 0.56%,轧成135mm钢板。其力学性能:屈服强度:445MPa,抗拉强度:582MPa,屈强比:0.76,A%:29%,-10℃冲击功AKV(横向):125、128、118J,Z向:45%。
各实施例的工艺步骤如下:
①冶炼工序:钢水各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.20~1.45%,P ≤0.015%,S ≤0.010%,Ni 0.40~0.55%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质,钢水先经电炉冶炼,在P≤0.012%,大包温度≥1570℃时出钢,LF炉精炼,白渣保持时间≥25分钟,总精炼时间45分钟以上。[S]≤0.005%扒渣,VD炉真空处理,真空度不大于66Pa,真空保持时间≥20分钟时破坏真空;解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象,保证了钢质的纯净度;
②浇铸工序:采用模铸生产,过热度不超过40℃,采用钢锭模进行浇铸,,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料; 钢锭脱帽后带模入坑缓冷,缓冷24小时后温送到轧钢进行温清,温清温度≥150℃;
③加热工序:为了避免钢锭表面出现炸裂,钢锭实现温送、温清、温装,装钢前晾炉30分钟以上,焖钢1小时,为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小,采用低速烧钢,1000℃以下升温速度≤120℃/h,最高加热温度1280℃;
④轧制工序:钢板开坯成材,开坯厚度为600mm;轧制采用II型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,在950~1150℃之间,使奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段,开轧温度≤920℃,终轧温度≤880℃,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段压下率应尽量大;第一阶段压下量为8~25%,第二阶段累计压下率≥50%。
⑤轧后冷却工序:经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时;
⑥正火后加速冷却工序:对钢板进行正火后加速冷却处理,正火温度为930±10℃,保温时间为2.5min/mm,钢板出炉加速冷却至≤300℃;
⑦回火工序:对正火后的钢板进行回火,回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/mm。
实验证明:本发明的钢板具有较高的低温韧性值、良好的焊接性能和抗层状撕裂性能,本发明采用正火(加速冷却)+回火工艺生产,与控轧工艺相比,整张钢板力学性能均匀,质量稳定,适合大批量生产。
Claims (5)
1.一种大厚度高性能SA302GrC钢板,其特征在于由以下重量百分含量的化学成分组成:C≤0.25%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.15~1.50%,P ≤0.020%,S ≤0.020%,Ni 0.40~0.70%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板,其特征在于:各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.20~1.45%,P ≤0.015%,S ≤0.010%,Ni 0.40~0.55%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板,其特征在于:所述大厚度高性能SA302GrC钢板,厚度为135mm。
4.一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法,其特征在于包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序,各工序具体工艺步骤如下:
①冶炼工序:钢水各化学成分质量百分比如下:C 0.10~0.18%,Si 0.15~0.40%,Mn 1.20~1.45%,P ≤0.015%,S ≤0.010%,Ni 0.40~0.55%, Mo 0.45~0.60%,其余为Fe和不可避免的杂质,钢水先经电炉冶炼,在P≤0.012%,大包温度≥1570℃时出钢,LF炉精炼,白渣保持时间≥25分钟,总精炼时间45分钟以上;[S]≤0.005%扒渣,VD炉真空处理,真空度不大于66Pa,真空保持时间≥20分钟时破坏真空;解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象,保证了钢质的纯净度;
②浇铸工序:采用模铸生产,过热度不超过40℃,采用钢锭模进行浇铸,,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料; 钢锭脱帽后带模入坑缓冷,缓冷24小时后温送到轧钢进行温清,温清温度≥150℃;
③加热工序:为了避免钢锭表面出现炸裂,钢锭实现温送、温清、温装,装钢前晾炉30分钟以上,焖钢1小时,为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小,采用低速烧钢,1000℃以下升温速度≤120℃/h,最高加热温度1280℃;
④轧制工序:钢板开坯成材,开坯厚度为600mm;轧制采用II型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,在950~1150℃之间,使奥氏体发生完全再结晶,以细化奥氏体晶粒;第二阶段为奥氏体非再结晶阶段,开轧温度≤920℃,终轧温度≤880℃,在这一阶段内,奥氏体晶粒被拉长,在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带,同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出,因而增加了铁素体的形核位置,细化了铁素体晶粒,此阶段压下率应尽量大;
⑤轧后冷却工序:经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时;
⑥、正火后加速冷却工序:对钢板进行正火后加速冷却处理,正火温度为930±10℃,保温时间为2.5min/mm,钢板出炉加速冷却至≤300℃;
⑦回火工序:对正火后的钢板进行回火,回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/mm。
5.根据权利要求4所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法,其特征在于:所述的轧制工序,第一阶段压下量为8~25%,第二阶段累计压下率≥50%。
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