CN104131235A

CN104131235A - Lpg船储罐用钢板及其生产方法

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Publication number: CN104131235A
Application number: CN201410349868.2A
Authority: CN
Inventors: 王宪军; 丁庆丰; 李书瑞; 刘文斌; 洪霞; 杨秀利; 战国锋; 程吉浩; 邹德辉; 罗毅
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN104131235B

Abstract

本发明公开了一种LPG船储罐用钢板及其生产方法：该钢板的成分及重量百分比为C：0.05～0.12％，Si≤0.30％，Mn：0.50～1.30％，P≤0.015％，S≤0.008％，Al：0.020～0.060％，Cu：0.15～1.20％，Ni：0.20～1.50％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.020％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种，其余为Fe及不可避免夹杂。该方法包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理，铸坯加热温度为1170～1250℃，加热速率≥8min/cm；开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～940℃，最后三道次累计压下率≥16％；热处理采用在线淬火+回火处理，或采用离线淬火+回火处理。本发明钢力学性能极为优良，冷热加工性能好，焊接性能优异，钢板的焊接裂纹敏感性低。

Description

LPG船储罐用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术，具体地指一种LPG船储罐用钢板及其生产方法。

背景技术

液化石油气(简称LPG)，是我国主要的能源品种之一，因其具有清洁卫生，储运安全方便，热效率高等特点而被广泛应用于工业生产和居民生活。LPG是一种复杂的混合物，主要成分是含有三个碳原子和四个碳原子的碳氢化合物，行业习惯称其为碳三和碳四，主要是丙烷和丁烷，也含有少量的丙烯、丁烯和其他成分。LPG在常温常压下呈气体状态，可以通过加压、降温或两者兼用的方法使其变为液态。由于LPG具有较高的临界温度，因而在常温下便可压缩成液体，LPG的液化温度及沸点温度在零下40℃以下。在常温常压下液态的LPG极易挥发，体积能迅速扩大250倍，也就是说1升液态LPG挥发后能变为250升以上的气体。LPG具有较高的膨胀系数，如果在密闭容器及管道内，温度升高导致压力升高，容易引发超压物理性***。

LPG水上运输，因其既经济又安全而成为LPG主要的运输途径，LPG船储罐作为LPG运输船上的核心设备，是承载动载荷的大型压力容器，其在运输过程中存在纵摇、横摇及垂荡等运动，罐柜受到惯性力的作用处于动态运动状态。从前述LPG特性及LPG船储罐的工况可以看出，LPG船储罐用钢板要求具有较高的抗压和抗低温脆性能力，那就要求钢板既具有相当高的强度，也要有很好的低温韧性和抗冲击载荷能力，以保证LPG船用储罐的安全性和材料服役的稳定性，而且LPG船储罐属于大型卧式压力容器，体积较大，对钢板的焊接性能要求也较高。现有钢板很难很好地兼顾LPG船储罐用钢板的各种性能要求。

申请号为CN201210121739.9的中国发明专利申请，公开了一种LPG船储罐用钢板及其生产方法，该钢板由以下重量百分含量的化学成分组成:C：0.14～0.16％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.05～1.10％，P≤0.012％，S≤0.005％，Cr：0.30～0.35％，Ni：0.40～0.45％，Mo：0.25～0.30％，Nb：0.02～0.03％，V：0.035～0.040％，Ti：0.01～0.02％，B：0.0015～0.0020％，N≤0.010％，Cu≤0.20％，总Al：0.02～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢板的生产方法包括以下步骤：冶炼-LF/VD精炼-浇铸-加热-轧制-冷却-调质-成品；该LPG船储罐用钢板的厚度为8～50mm，该钢板具有致密性高，强度高，低温冲击韧性好及抗层状撕裂性能好的优点，但该钢板的焊接裂纹敏感性系数Pcm值偏高(Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B))，焊接性能得不到保证；且母材的低温韧性仅在-20℃以上具有一定的优势，温度在-20℃以下时，钢板的低温韧性不能保证。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种LPG船储罐用钢板及其生产方法，该钢板具有极为优良的力学性能，冷热加工性能及焊接性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种LPG船储罐用钢板，该钢板的化学成分及其重量百分比为C：0.05～0.12％，Si≤0.30％，Mn：0.50～1.30％，P≤0.015％，S≤0.008％，Al：0.020～0.060％，Cu：0.15～1.20％，Ni：0.20～1.50％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.020％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。

进一步地，该钢板各化学成分的重量百分比为C：0.07～0.12％，Si:0.1～0.15，Mn：0.85～1.0％，P：0.001～0.011％，S:0.0001～0.006％，Als：0.035～0.06％，Cu：0.2～0.8％，Ni：0.20～0.9％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.010％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。

进一步地，该钢板的化学成分重量百分比满足：

G＝Cr+Cu+3.3Mo+8.1V＜2.6％，

P_SR＝Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti＜2.5％，

D_i＝0.34C^0.5(1+0.65Si)(1+4.2Mn)(1+2.83P)(1-0.52S)(1+0.27Cu)(1+0.25Ni)(1+2.33Cr)(1+3.14Mo)≥3.5％

CEV＝C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40≤0.58％，

Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.28％，

其中，G和P_SR为关于钢板焊接后的消除应力热处理再热裂纹敏感性指数，D_i为钢板淬透性系数，CEV为碳当量，Pcm为焊接裂纹敏感性系数。

更进一步地，所述钢板成品厚度为10～100mm。

一种上述LPG船储罐用钢板的生产方法，包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理的步骤，其特征在于：所述铸坯加热，加热温度为1170～1250℃，加热速率≥8min/cm；所述轧制，控制开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～940℃，并控制最后三道次累计压下率≥16％；所述热处理，采用在线淬火+回火处理，控制在线淬火温度为870～950℃，回火温度为610～670℃，或采用离线淬火+回火处理，控制离线淬火温度为890～940℃，回火温度为600～680℃。

进一步地，采用在线淬火+回火处理时，在线淬火后冷却至室温，控制冷速为2～30℃/s，并控制回火保温时间为2～4min/mm。

进一步地，采用离线淬火+回火处理时，控制离线淬火保温时间为1.5～3.5min/mm，并控制回火保温时间为2～4min/mm。

进一步地，所述铸坯加热温度为1180～1230℃，加热速率为8～14min/cm，所述轧制开轧温度为1100～1120℃，终轧温度为855～890℃。

更进一步地，所述轧制过程中，控制最后三道次累计压下率≥30％。

以下就本发明中C、Si、Mn、P、S、Ni、Mo、Cu、Cr、V、Ti、B限定量的理由进行分析说明。

C：C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，随着碳含量的增加，钢中Fe₃C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高，而延伸率和冲击韧性则会下降；在焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂纹的倾向；此外，C还是影响P_cm的主要因素，要控制钢Pcm值不大于0.28，使其具有低的焊接裂纹敏感性，因此，钢中C含量控制在0.05～0.12％。

Si：Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但当其含量过高时，会降低钢的焊接断裂韧性，因此，本发明钢中控制Si≤0.30％。

Mn：当C含量在较低范围时，钢中的固溶强化就显得尤为重要，Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的元素，它并不恶化钢的变形能力，含1.0％的Mn可为抗拉强度贡献约100MPa，一般说来，Mn含量在2.0％以下对提高焊缝金属的韧性是有利的，但Mn含量偏高时，钢的铸坯组织中常会出现Mn偏析现象，且在组织中形成脆性孪晶马氏体，影响钢板的韧性和塑性，因此，将钢中Mn含量控制在0.5～1.30％。

P，S：在一般情况下，P是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此通常要求钢中含磷量小于0.045％；硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，硫对焊接性能也不利，所以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％，本发明控制P≤0.015％、S≤0.008％，将钢中P、S夹杂的含量控制在更低范围内，使得钢质更为纯净，优化了钢的性能。

Ni：Ni具有一定的强化作用，加入1.00％的Ni可提高钢材强度约20MPa，Ni还能显著地改善钢材的韧性，特别是低温韧性，钢中加入Ni后，无论是基材还是焊接热影响区的低温韧性都明显提高，但Ni含量过高时，造成钢板氧化铁皮难以脱落，因此，本发明钢将Ni控制在0.20～1.50％。

Mo：Mo元素提高钢材强度特别是高温强度的能力较Mn和Cr更高，同时它也是增强钢材抗氢蚀能力的主要元素之一，加入0.50％的Mo能使钢的高温蠕变强度提高75，少量的Mo(0.20％左右)还能提高焊缝金属的韧性，但是加入Mo也会提高钢的淬硬性，从而提高钢材焊接冷裂纹敏感性，而且，足够的Mo含量可保证钢板回火工艺后的稳定性，保证回火后钢板仍具有足够的强度和韧性，因此，本发明将Mo含量控制在0.20～0.60％。

V：V是强烈的碳氮化物形成元素，它通过形成碳氮化物阻止奥氏体晶粒长大而细化晶粒，但V含量超过0.06％时，对钢的冲击韧性及断裂韧性起有害作用，所以V的含量控制在0.030～0.060％。

Cu：Cu在钢中主要起沉淀强化作用，此外还有利于获得良好的低温韧性，增加钢的抗疲劳裂纹扩展能力，当其含量过高时，会降低钢板焊接热影响区韧性，且在钢板轧制过程中产生网裂，因此，本发明控制Cu含量为0.15～1.20％。

Cr：Cr是缩小奥氏体区的元素，是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物也可固溶于铁素体，同时Cr还是提高钢淬透性的有效元素，在Cu-Cr-Ni复合添加的情况下，加入Cr会提高钢材焊接冷裂纹敏感性，但同时Cr含量过高会降低钢的塑性和韧性，因此，本发明中Cr含量控制在0.35～1.00％。

Ti：Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，它能明显地提高钢的室温强度和高温强度，由于Ti能起细化晶粒的作用，故也能提高钢的韧性，而且适量的Ti还能提高焊缝金属的韧性，但Ti含量过高(Ti＞0.020％)又会在钢中形成夹杂，在低合金高强钢中从提高焊缝金属的韧性考虑，加入0.008～0.020％的Ti较为合适，利用Ti形成的第二相质点TiN、Ti(CN)等阻止焊接热影响区粗晶区的晶粒长大，保证焊接接头具有良好的低温韧性。

Nb:Nb的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，提高强度和韧性，在Nb存在条件下，Nb可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效地细化显微组织，并通过析出强化来提高淬透性；而且，Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性；焊接过程中，Nb、B的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能，本发明的Nb含量控制在0.0020～0.10％。

B：加入B可以弥补钢中碳含量不足引起的淬透性不足和强度问题，但是，随着钢中B含量的增加，会对钢的强度和韧性有降低的趋势，因此，本发明将B含量控制在0.0005～0.0020％。

与现有技术相比本发明具有如下优点：

其一，本发明钢通过优化成分设计，并控制钢板热处理再热裂纹敏感性指数，淬透性系数，碳当量，焊接裂纹敏感性系数，同时利用Mo，V，Cu等微合金元素的复合沉淀析出保证钢材获取足够的韧性和强度，使得钢的屈服强度R_eL或R_p0.2≥685MPa，抗拉强度R_m≥790MPa，延伸率≥16％，屈强比≤0.92，钢板横向-80℃KV₂≥150J，本发明钢强度远远高于现行调质压力容器用钢标准GB19189中钢种的强度。

其二，经轧制及调质热处理或直接淬火+回火后得到常温金相组织为索氏体+贝氏体的钢，本发明钢综合力学性能极为优良，冷热加工性能好，焊接性能优异，钢板的焊接裂纹敏感性低，本发明钢可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊及钨极惰性气体保护焊等方法焊接，钢板焊接热影响区的横向-80℃KV₂≥100J，本发明钢板能有效降低焊接施工强度，简化焊接工艺，提高焊接效率，降低了成本，适应大生产要求，可用于制造5000m³以上大型LPG船(设计温度为-80～350℃)用储罐。

其三，本发明钢板生产方法简单，生产成本低，可实现高效生产。

附图说明

图1为实施例1中LPG船储罐用钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

实施例1～7

表1列出了本发明实施例1～7中LPG船储罐用钢板的化学成分及其重量百分数，余量为Fe及不可避免的杂质，另外表1中还列出了各实施例钢板的再热裂纹敏感性指数G和P_SR，钢板淬透性系数D_i，碳当量CEV及焊接裂纹敏感性系数Pcm。

表1

实施例	1	2	3	4	5	6	7
								厚度(mm)	15	25	32	48	65	80	98
C	0.05	0.06	0.07	0.08	0.12	0.09	0.11
								Si	0.25	0.3	0.1	0.15	0.1	0.1	0.2
Mn	0.9	1	1	0.85	0.9	1.2	1.3
								P	0.01	0.011	0.008	0.008	0.009	0.01	0.007
S	0.005	0.004	0.004	0.004	0.005	0.006	0.005
								Als	0.035	0.04	0.063	0.05	0.06	0.045	0.055
Cu	0.8	0.4	0.3	0.25	0.2	0.25	0.3
								Ni	0.2	0.35	0.6	0.4	0.6	0.7	0.9
Cr	0.3	0.35	0.35	0.45	0.47	0.55	0.48
								Mo	0.2	0.2	0.25	0.4	0.5	0.4	0.44
V	0.045	0.04	0.03	0	0.035	0.035	0.04
								Ti	0.01	0.008	0.008	0.009	0.008	0.009	0.01
Nb	0	0	0.015	0.05	0	0.015	0
								B	0	0	0.0011	0.0015	0	0.0008	0.001
CEV	0.33	0.37	0.39	0.43	0.52	0.52	0.56
								Pcm	0.18	0.18	0.19	0.2	0.25	0.24	0.27
Di	1.5	1.86	2.01	2.62	3.92	4.25	5.47
								G	1.32	1.33	1.42	1.77	2.4	2.15	2.26
PSR	1.55	1.19	1.51	1.9	2.06	2.1	2.11

实施例1～7中，LPG船储罐用钢板的生产方法，步骤如下：

1)经过铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理后连铸成坯、然后对铸坯进行加热，控制加热温度在1170～1250℃，优选1180～1230℃，并控制加热速率≥8min/cm，优选为8～14min/cm；

2)进行热轧，控制开轧温度不低于1050℃，优选1050～1150℃，更优选1100～1120℃，控制最后三道次累计压下率≥16％，优选最后三道次累计压下率≥30％，更优选为30～35％；控制终轧温度为850℃～940℃，优选855～890℃；

3)采用DQ(在线淬火)+回火工艺进行热处理，控制DQ工艺的淬火温度为870～950℃，淬火的冷速控制在2～30℃/s，淬火后冷至室温，控制回火温度在610～670℃，保温时间：2～4分钟/mm。

或采用离线淬火+回火工艺对上述钢进行热处理，控制淬火温度为890～940℃，淬火保温时间控制在1.5～3.5min/mm，控制回火温度在600～680℃，保温时间：2～4分钟/mm。

实施例1～7中相关工艺参数的具体取值见下表2：

表2

对比例1～2

对比例1生产的钢板厚度为42mm，其化学成分为C：0.15％，Si：0.24％，Mn：1.06％，P：0.009％，S：0.003％，Als：0.047％，Cu：0.07％，Ni：0.41％，Cr：0.32％，Mo：0.26％，Ti：0.016％，Nb：0.023％，V：0.039％，B：0.0019％，其余为Fe及不可避免夹杂；该钢的CEV为0.48，Pcm为0.27，D_i为2.96，G为1.494，P_SR为1.54。该钢的C，Cu，Cr的含量均不在本发明范围内。

对比例2生产的钢板厚度为50mm，其化学成分为C：0.16％，Si：0.26％，Mn：1.06％，P：0.01％，S：0.002％，Als：0.04％，Cu：0.08％，Ni：0.41％，Cr：0.32％，Mo：0.27％，Ti：0.016％，Nb：0.023％，V：0.038％，B：0，其余为Fe及不可避免夹杂；该钢的CEV为0.49，Pcm为0.27，D_i为3.17，G为1.519，P_SR为1.561。该钢的C，Cu，Cr的含量均不在本发明范围内。

应用实施例1～7的生产方法生产上述钢板，其相关工艺参数的具体取值见下表3(其余工艺参数取值范围同实施例1～7)：

表3

经检测，实施例1～7及对比例1～2所得钢板的性能参数见下表4：

表4

经检测，实施例1～7所得钢板的焊接性能参数见下表5：

表5

本发明钢在成分设计上采用Mn-Ni-Mo-V系成分，Cu-Cr-Ti中的二种或二种以上复合加入，并控制Pcm≤0.28％，利用调质热处理或直接淬火+回火工艺得到的实施例1的金相组织如图1所示，所得的组织为回火索氏体+回火贝氏体组织，晶粒细而均匀；同时，利用Mo，V，Cu等微合金元素的复合沉淀析出保证钢材获取足够的韧性和强度，从表4和表5可以看出本发明钢不但具有极优综合力学性能和冷热加工性能，而且还具有优良的焊接性能，其屈服强度≥763MPa，抗拉强度≥830MPa，延伸率≥17％，屈强比≤0.92，钢板横向-80℃KV₂≥199J，本发明钢强度远远高于现行调质压力容器用钢标准GB19189中钢种的强度，钢板焊接热影响区的横向-80℃KV₂≥138J，在气体保护焊或埋弧自动焊后，钢板仍具有良好的强度和焊接低温韧性，本发明钢可广泛应用于石油、石化、化工及船舶等行业，具有广阔的应用前景。对比例1和对比例2的成分与本发明钢不同，从表4可以看出，其屈强比较大，达0.94、抗拉强度和低温冲击韧性明显不如本发明钢。

Claims

1.一种LPG船储罐用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分及其重量百分比为C：0.05～0.12％，Si≤0.30％，Mn：0.50～1.30％，P≤0.015％，S≤0.008％，Al：0.020～0.060％，Cu：0.15～1.20％，Ni：0.20～1.50％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.020％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。

2.根据权利要求1所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于：该钢板各化学成分的重量百分比为C：0.07～0.12％，Si:0.1～0.15，Mn：0.85～1.0％，P：0.001～0.011％，S:0.0001～0.006％，Als：0.035～0.06％，Cu：0.2～0.8％，Ni：0.20～0.90％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.010％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。

3.根据权利要求1或2所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分重量百分比满足：

G＝Cr+Cu+3.3Mo+8.1V＜2.6％，

P_SR＝Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti＜2.5％，

D_i＝0.34C^0.5(1+0.65Si)(1+4.2Mn)(1+2.83P)(1-0.52S)(1+0.27Cu)(1+0.25Ni)(1+2.33Cr)(1+3.14Mo)≥3.5％，

CEV＝C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40≤0.58％，

Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.28％，

4.根据权利要求1或2所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于：所述钢板成品厚度为10～100mm。

5.一种权利要求1所述LPG船储罐用钢板的生产方法，包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理的步骤，其特征在于：所述铸坯加热，加热温度为1170～1250℃，加热速率≥8min/cm；所述轧制，控制开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～940℃，并控制最后三道次累计压下率≥16％；所述热处理，采用在线淬火+回火处理，控制在线淬火温度为870～950℃，回火温度为610～670℃，或采用离线淬火+回火处理，控制离线淬火温度为890～940℃，回火温度为600～680℃。

6.根据权利要求5所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于：采用在线淬火+回火处理时，在线淬火后冷却至室温，控制冷速为2～30℃/s，并控制回火保温时间为2～4min/mm。

7.根据权利要求5所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于：采用离线淬火+回火处理时，控制离线淬火保温时间为1.5～3.5min/mm，并控制回火保温时间为2～4min/mm。

8.根据权利要求5或6所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于：所述铸坯加热温度为1180～1230℃，加热速率为8～14min/cm，所述轧制开轧温度为1100～1120℃，终轧温度为855～890℃。

9.根据权利要求7所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于：所述铸坯加热温度为1180～1230℃，加热速率为8～14min/cm，所述轧制开轧温度为1100～1120℃，终轧温度为855～890℃。

10.根据权利要求5或6所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制过程中，控制最后三道次累计压下率≥30％。