CN104388838B - 超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法 - Google Patents

超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法，其包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，所述钢板化学成分的重量百分含量为：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.70%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 4.90%～5.25%，Alt 0.020%～0.050%，As≤0.012%，Sn≤0.015%，Sb≤0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。本方法采用低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的8～50mm厚连铸型5%Ni钢板；产品具有纯净度较高、成分均匀、力学性能优良；低温冲击韧性好、焊接性能优良、生产成本较低、‑125℃横向冲击功优良等特点；且工艺简单、生产成本低、可实现批量生产。

Description

超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种压力容器用钢，尤其是一种超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法。
背景技术
随着石油工业的发展，石油产品的深度加工日益受到重视，原料油经过加热、裂化、焦化、裂解、加氢等反应，把裂化、裂解气中的烯烃分离出来，用于合成各种化工产品，而裂解产物的分离法中“深冷分离”用得广泛，因此，在设备中，比如储罐，输送管道、LPG船等将会大量使用低温钢，例如聚乙烯装置中所用低温钢温度区间-45℃～-120℃，大部分正是5Ni钢（5%Ni钢）使用温度范围。
近几年，我国正加快80万吨～100万吨规模的大型乙烯项目的建设步伐，2012年，我国液化乙烯的需求量将达到2500万吨左右，需新增80～100万吨级乙烯成套装置约8套，液态乙烯的温度为-104℃，这个温度的设备使用3.5Ni钢已经超出其使用范围，而使用9Ni钢则价格较高，而最低使用温度为-120℃的5Ni钢则比较合适，因此对于生产、加工、储运和运输乙烯所需的低温材料5Ni钢的需求逐年增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低生产成本、具有良好强韧性匹配的超低温压力容器用5Ni钢板；本发明还提供了一种超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明化学成分的重量百分含量为：C 0.07%～0.10%，Si0.15%～0.30%，Mn 0.70%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 4.90%～5.25%，Alt 0.020%～0.050%，As≤0.012%，Sn≤0.015%，Sb≤0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
本发明所述钢板的最大厚度为50mm。
本发明采用超低碳设计，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能。Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但不可含量过高，以免降低钢的韧性。Mn主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用，Mn能显著提高钢的淬透性，随Mn含量的增加，钢板的塑性和低温冲击韧性略有下降，强度显著提高，因此为保韧性Mn含量也不易过高。在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。在铁-碳相图上，Ni使共析点向左下方移动，降低钢的临界点AC3点；Ni是非碳化物形成元素，它与碳作用不形成碳化物，但Ni与Fe能形成α或γ固溶体，随着Ni含量的提高，奥氏体的稳定性增大，能显著提高铁素体的韧性，从而提高低温钢的低温韧性；Ni能减小低温时的位错在基体金属中运动的阻力，故能提高韧性；Ni还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时位错的交滑移，使裂纹扩展消耗功增加，也使韧性增加；因此，Ni是保证-125℃横向冲击功的最主要元素。铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。As、Sn、Sb是原料中所带的杂质元素，其在钢中易向晶界偏聚而产生回火脆性，因此其含量应尽可能低。
本发明方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，所述钢板采用上述重量百分含量的化学成分。
本发明方法所述轧制工序：采用II型控轧工艺；第一阶段的轧制温度为950℃～1100℃，道次压下率为8%～25%，累计压下率≥50％；第二阶段的开轧温度≤850℃，终轧温度≤810℃，累计压下率≥50%，轧制后得到半成品钢板；
所述冷却工序：所述半成品钢板水冷后堆垛缓冷；水冷时的返红温度≤650℃；堆垛温度≥250℃，堆垛缓冷时间≥24小时；
所述热处理工序：冷却后钢板进行两次淬火+回火处理；两次淬火温度分别为840℃±10℃和750℃±10℃，两次淬火的总加热时间分别为2.5min/mm（钢板厚度），水冷；回火温度为600±10℃，总加热时间为4min/mm（钢板厚度），空冷。
本发明方法所述加热工序：钢坯最高加热温度1180℃～1200℃，均热温度1160℃～1180℃，总加热时间≥12min/cm（钢坯厚度）。
本发明方法所述连铸工序：采用300mm断面连铸坯生产，连铸避风堆垛缓冷，缓冷时间≥24小时。
本发明方法所述连铸工序：浇铸温度为1560℃～1580℃，过热度为15℃～30℃，拉坯速率为0.70m/min～1.05m/min。
本发明方法中，钢板的化学成分设计在采用Ni作为主要的提高钢板-125℃低温冲击韧性的元素；采用连铸工艺生产，成本较低，市场竞争力强；轧制时采用晾钢控制轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均问题，具有优良的综合性能。本发明方法所得钢板的低温韧性有相当大的富裕量，板厚1/4处及1/2处的-125℃横向冲击功均大于100J；Z向性能优良，能满足最高级别Z35的要求且有较大富裕量；所得钢板的组织均匀、细小、非金属夹杂极微，板厚1/4处晶粒度在8.5级以上，板厚1/2处晶粒度在8.0级以上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明具有良好的低温冲击韧性；C含量极低，因此具有良好的焊接性；Z向性能优良，能达到最高的Z35级别；可广泛用于低温设备的制造，应用前景广阔。
本发明方法采用低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的8～50mm厚连铸型5%Ni钢板；产品具有纯净度较高、成分均匀、力学性能优良；低温冲击韧性好、焊接性能优良、生产成本较低、-125℃横向冲击功优良等特点；且工艺简单、生产成本低、可实现批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本超低温压力容器用5Ni钢板采用下述工艺方法生产而成。
（1）冶炼工序：原料先经电炉或转炉冶炼，送入LF钢包炉精炼，并喂Al线600米～750米，大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块100kg～150kg，真空度≤66Pa，真空保持时间≥15分钟后破坏真空，防止出现钢水仅靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象。所得钢水成分的质量百分含量为：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.70%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 4.90%～5.25%，Alt 0.020%～0.050%，As≤0.012%，Sn≤0.015%，Sb≤0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
（2）连铸工序：采用300mm断面连铸坯，上述钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为15℃～30℃，拉坯速率为0.70m/min～1.05m/min，得到连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间≥24小时。
（3）加热工序：连铸坯放入连续炉内加热；为了保证钢板的表面质量，铸坯实现温清、温装、慢速低温加热，钢坯最高加热温度1180℃～1200℃，均热温度1160℃～1180℃，总加热时间≥12min/cm（即按钢坯每厘米厚度加热1分钟计算）。
（4）轧制工序：采用II型控轧工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950℃～1100℃之间，此阶段道次压下率为8%～25%，累计压下率≥50％，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≤850℃，终轧温度≤810℃，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，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，累计压下率≥50％，轧制后得到半成品钢板。
（5）冷却工序：采用水冷及热堆垛工艺；经轧制后的钢板在快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为≤650℃；钢板下线后堆垛温度≥250℃，堆垛缓冷时间≥24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹。
（6）热处理工序：对钢板进行两次淬火+回火处理；一次淬火温度为840℃±10℃，总加热时间为2.5min/mm（即按钢板每毫米厚度加热2.5分钟计算），水冷；二次淬火温度为750℃±10℃，总加热时间为2.5min/mm（即按钢板每毫米厚度加热2.5分钟计算），水冷；回火温度为600±10℃，总加热时间为4min/mm（即按钢板每毫米厚度加热4分钟计算），空冷；即可得到所述的5Ni钢板。
实施例1：本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
钢板成分（wt）：C 0.09%，Si 0.21%，Mn 0.74%，P 0.005%，S 0.003%，Ni 5.03%，Alt 0.036%，As 0.008%，Sn 0.003%，Sb 0.002%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
生产工艺：（1）冶炼：精炼时喂Al线650米，大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块120kg，真空度65Pa，保持18分钟。
（2）连铸：钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为24℃，拉坯速率为0.75m/min；缓冷时间26小时。
（3）加热：最高加热温度1200℃，均热温度1170℃，总加热时间6小时（12min/cm）。
（4）轧制：第一阶段轧制温度为980℃，道次压下率为12%～18%，累计压下率为55%；第二阶段轧制温度为845℃，终轧温度800℃，累计压下率为60%。
（5）冷却：返红温度为630℃；堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间26小时。
（6）热处理：一次淬火温度为843℃，总加热时间为75min（2.5min/mm）；二次淬火温度为752℃，总加热时间为75min（2.5min/mm）；回火温度为600℃，总加热时间为120min（4min/mm）。
本实施例5Ni钢板的厚度为30mm，力学性能为：屈服强度498MPa，抗拉强度600MPa，延伸率30%；-125℃横向冲击功：264J、280J、260J；厚度方向断面收缩率：65%、70%、68%。
实施例2：本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
钢板成分（wt）：C 0.10%，Si 0.20%，Mn 0.75%，P 0.006%，S 0.002%，Ni 5.01%，Alt0.037%，As 0.009%，Sn 0.003%，Sb 0.002%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
生产工艺：（1）冶炼：精炼时喂Al线700米，大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块100kg，真空度64Pa，保持20分钟。
（2）连铸：钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为25℃，拉坯速率为0.75m/min；缓冷时间24小时。
（3）加热：最高加热温度1190℃，均热温度1175℃，总加热时间6.2小时（12.4min/cm）。
（4）轧制：第一阶段轧制温度为990℃，道次压下率为16%～20%，累计压下率为55%；第二阶段轧制温度为845℃，终轧温度810℃，累计压下率为60%。
（5）冷却：返红温度为620℃；堆垛温度320℃，堆垛缓冷时间25小时。
（6）热处理：一次淬火温度为839℃，总加热时间为125min（2.5min/mm）；二次淬火温度为755℃，总加热时间为125min（2.5min/mm）；回火温度为600℃，总加热时间为200min（4min/mm）。
本实施例5Ni钢板的厚度为50mm，力学性能为：屈服强度457MPa，抗拉强度591MPa，延伸率28.5%；-125℃横向冲击功：263J、182J、212J；厚度方向断面收缩率：71%、69%、67%。
实施例3：本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
钢板成分（wt）：C 0.08%，Si 0.30%，Mn 0.72%，P 0.008%，S 0.001%，Ni 4.92%，Alt0.042%，As 0.010%，Sn 0.009%，Sb 0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
生产工艺：（1）冶炼：精炼时喂Al线610米，大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块150kg，真空度58Pa，保持15分钟。
（2）连铸：钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为15℃，拉坯速率为0.85m/min；缓冷时间30小时。
（3）加热：最高加热温度1185℃，均热温度1160℃，总加热时间15min/cm。
（4）轧制：第一阶段轧制温度为950℃，道次压下率为8%～12%，累计压下率为50%；第二阶段轧制温度为830℃，终轧温度780℃，累计压下率为55%。
（5）冷却：返红温度为650℃；堆垛温度350℃，堆垛缓冷时间30小时。
（6）热处理：一次淬火温度为830℃，总加热时间为2.5min/mm；二次淬火温度为760℃，总加热时间为2.5min/mm；回火温度为610℃，总加热时间为4min/mm。
本实施例5Ni钢板的厚度为8mm，力学性能为：屈服强度500MPa，抗拉强度650MPa，延伸率25%；-125℃横向冲击功：178J、180J、203J。
实施例4：本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
钢板成分（wt）：C 0.07%，Si 0.26%，Mn 0.80%，P 0.004%，S 0.002%，Ni 5.12%，Alt0.050%，As 0.003%，Sn 0.015%，Sb 0.001%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
生产工艺：（1）冶炼：精炼时喂Al线750米，大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块130kg，真空度60Pa，保持25分钟。
（2）连铸：钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为30℃，拉坯速率为0.70m/min；缓冷时间28小时。
（3）加热：最高加热温度1180℃，均热温度1165℃，总加热时间12min/cm。
（4）轧制：第一阶段轧制温度为1100℃，道次压下率为18%～22%，累计压下率为70%；第二阶段轧制温度为850℃，终轧温度790℃，累计压下率为50%。
（5）冷却：返红温度为600℃；堆垛温度250℃，堆垛缓冷时间28小时。
（6）热处理：一次淬火温度为850℃，总加热时间为2.5min/mm；二次淬火温度为745℃，总加热时间为2.5min/mm；回火温度为590℃，总加热时间为4min/mm。
本实施例5Ni钢板的厚度为200mm，力学性能为：屈服强度490MPa，抗拉强度615MPa，延伸率27%；-125℃横向冲击功：250J、213J、222J；厚度方向断面收缩率：66%、59%、68%。
实施例5：本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
钢板成分（wt）：C 0.09%，Si 0.15%，Mn 0.70%，P 0.005%，S 0.002%，Ni 5.25%，Alt0.020%，As 0.010%，Sn 0.006%，Sb 0.002%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
生产工艺：（1）冶炼：同实施例1。
（2）连铸：钢水在1560℃～1580℃进行浇铸，过热度为20℃，拉坯速率为1.05m/min；缓冷时间32小时。
（3）加热：最高加热温度1195℃，均热温度1180℃，总加热时间18min/cm。
（4）轧制：第一阶段轧制温度为960℃，道次压下率为20%～25%，累计压下率为65%；第二阶段轧制温度为800℃，终轧温度780℃，累计压下率为66%。
（5）冷却：返红温度为610℃；堆垛温度280℃，堆垛缓冷时间24小时。
（6）热处理：一次淬火温度为835℃，总加热时间为2.5min/mm；二次淬火温度为740℃，总加热时间为2.5min/mm；回火温度为605℃，总加热时间为4min/mm。
本实施例5Ni钢板的厚度为40mm，力学性能为：屈服强度470MPa，抗拉强度600MPa，延伸率28%；-125℃横向冲击功：280J、199J、245J；厚度方向断面收缩率：70%、65%、63%。

Claims (3)

1.一种超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，其特征在于，所述钢板化学成分的重量百分含量为：C 0.07%～0.10%，Si0.15%～0.30%，Mn 0.70%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 4.90%～5.25%，Alt 0.020%～0.050%，As≤0.012%，Sn≤0.015%，Sb≤0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；所述钢板的最大厚度为50mm；
所述连铸工序：浇铸温度为1560℃～1580℃，过热度为15℃～30℃，拉坯速率为0.70m/min～1.05m/min；
所述热处理工序：冷却后钢板进行两次淬火+回火处理；两次淬火温度分别为840℃±10℃和750℃±10℃，两次淬火的总加热时间分别为2.5min/mm，水冷；回火温度为600±10℃，总加热时间为4min/mm，空冷；
所述轧制工序：采用II型控轧工艺；第一阶段的轧制温度为950℃～1100℃，道次压下率为8%～25%，累计压下率≥50%；第二阶段的开轧温度≤850℃，终轧温度≤810℃，累计压下率≥50%，轧制后得到半成品钢板；
所述冷却工序：所述半成品钢板水冷后堆垛缓冷；水冷时的返红温度≤650℃；堆垛温度≥250℃，堆垛缓冷时间≥24小时。
2.根据权利要求1所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：钢坯最高加热温度1180℃～1200℃，均热温度1160℃～1180℃，总加热时间≥12min/cm。
3.根据权利要求1或2 所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序：采用300mm断面连铸坯生产，连铸避风堆垛缓冷，缓冷时间≥24小时。
CN201410600875.5A 2014-10-31 2014-10-31 超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法 Active CN104388838B (zh)

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