CN105177432A - 表面硬度小于220hv容器钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种表面硬度小于220HV容器钢及其生产方法，其特征在于：它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.40、Mn：1.15～1.45、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030％、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.050,其余为Fe及不可避免的杂质。该容器钢不仅力学性能优秀，而且表面硬度小于220HV，韧性也好，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器钢制造领域，具体是指一种表面硬度小于220HV容器钢及其生产方法。
背景技术
锅炉和压力容器是涉及多个行业、多学科的综合性产品，其技术涉及冶金、机械加工、腐蚀与防腐蚀等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接、无损探伤等技术的不断发展和进步压力容器技术领域也得到了相应的发展，新技术、新产品正在不断地涌现。上世纪90年代中期随着国内具有较高装备水平的中厚板厂陆续建成投产和技术的不断完善，我国锅炉和压力容器用板不但产量上具备一定规模，部分企业在实物质量上也逐渐达到发达国家的水平。
我国压力容器用钢不仅钢种少，而且韧性指标规定偏低，实物韧性与发达国家同类钢种相比差距更大，无法满足高参数大型压力容器的使用要求。容器钢生产国家标准对其表面硬度也未作要求，使得国内生产的容器钢为保证其力学性能指标，表面硬度偏高。经过机械加工、表面处理后容易出现表面凹凸不平现象，这些凹凸不平的缺陷将会率先发生腐蚀，使压力容器穿孔泄漏，造成介质流失，污染环境，甚至会使易燃介质发生***或使有毒介质泄漏引起中毒事故，造成停用、浪费人力、物力。
发明内容
本发明的目的是根据上述不足提供一种表面硬度小于220HV容器钢及其生产方法，该容器钢不仅力学性能优秀，而且表面硬度小于220HV，韧性也好。
本发明的技术方案如下：一种表面硬度小于220HV容器钢，其特征在于：它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.40、Mn：1.15～1.45、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.050，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种生产上述表面硬度小于220HV容器钢的方法，其步骤包括：原料铁水依次经过脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH真空处理、保护浇铸、铸坯加热、铸坯轧制以及正火处理后即可得到所述表面硬度小于220HV容器钢，
其中所述铁水成分的质量百分数为：Si：0.30～0.85、Mn：≤0.60、P≤0.150、S≤0.050、As≤0.025、Cr≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。铁水温度≥1300℃。
进一步地，所述转炉冶炼采用分期定量装入，分阶段定氧压，采用恒压变枪操作模式；保证转炉底吹效果，采用N-Ar切换模式供气；出钢前后搅时间≥1min；保证C-T协调，点吹次数≤2次；出钢口冷面采用挡渣帽挡前期渣，采用带导向的挡渣锥挡后期渣，挡渣锥在出钢至3/4～4/5的时间内加入，钢包渣层厚度≤100mm；铌铁、钒铁在出钢前加入，钢芯铝、硅锰铁、锰铁在出钢1/3时开始加入，出钢2/3～3/4前加完；出钢温度控制在1670～1690℃；
控制转炉冶炼出钢的合金成分质量百分数为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.35、Mn：1.25～1.35、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.030，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述保护浇铸是采用Ar封长水口保护浇铸，并采用塞棒吹氩，中包上水口吹氩，中包上水口与浸入式水口氩封，浸入式水口***深度为100～140mm。
进一步地，所述铸坯加热为三段加热，在炉时长为4h，加热速率为8～10min/cm，出炉温度为1190℃～1210℃，均热段在炉时长≥30min。
进一步地，所述铸坯轧制采用横轧展宽，纵轧到底方式，开轧温度≥1070℃，道次压下量为20～35mm，最后3道次的累积压下率≥30％，成品道次压下率≥8％，最大轧制速度为4m/s。
进一步地，所述正火处理过程中正火温度为910～930℃，加热时间为板厚×1.4min/mm。
本发明通过控制容器钢的成分，在保证容器钢力学性能的基础上，降低表面硬度至小于220HV，并提高容器钢的韧性。As元素的控制也可以有效的提高压力容器用钢的冲击韧性，对降低强化元素含量有很好的辅助作用。同时，在生产该容器钢的工艺中通过控制转炉冶炼的出钢成分来控制容器钢的化学成分。另外连铸坯加热的加热温度及时间，防止晶粒粗大化，并且利用高温大压下轧制获得晶粒较细小的微观组织，经过正火热处理获得均匀的细小组织，从而得到均匀的、较好的力学性能及表面硬度≤220HV的容器钢。本发明工艺简单，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
制备一种厚度为10mm的表面硬度小于220HV容器钢1，它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.15、Si：0.30、Mn：1.25、P：0.018、S：0.010、Nb：0.010、V：0.025、Cr：0.030、As：0.022、Ni：0.030、Cu：0.030、Alt：0.020,其余为Fe及不可避免的杂质。
其制备方法依次包括以下步骤：
原料铁水依次经过脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH真空处理、保护浇铸、铸坯加热、铸坯轧制以及正火处理后即可得到所述表面硬度小于220HV容器钢。其中所述铁水成分的质量百分数为：Si：0.30～0.85、Mn：≤0.60、P≤0.150、S≤0.050、As≤0.025、Cr≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。
(1)所述铁水脱硫过程中，是利用铁水良好的脱硫热力学条件，将脱硫剂加入铁水中，进行铁水深脱硫处理，使硫含量降低到0.005％以下的水平。脱硫处理后扒除高硫含量炉渣；
(2)所述转炉冶炼过程中，转炉冶炼采用分期定量装入法，总装入量偏差控制在±3t(目标±2t)；分阶段定氧压，采用恒压变枪操作模式；保证转炉底吹效果，采用N-Ar切换模式供气；出钢前后搅时间≥1min；保证C-T协调，点吹不大于2次；终点目标成分控制要求[C]:0.05～0.07％；[P]:≤0.015％。出钢口冷面采用挡渣帽挡前期渣，采用带导向的挡渣锥挡后期渣，挡渣锥应在出钢至3/4～4/5的时间内加入，钢包渣层厚度≤100mm。铌铁、钒铁在出钢前加入，钢芯铝、硅锰铁、锰铁在出钢1/3时开始加入，出钢2/3～3/4前加完。出钢温度控制在1670～1690℃。控制转炉冶炼出钢的合金成分质量百分数为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.35、Mn：1.25～1.35、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.030，其余为Fe及不可避免的杂质。
(3)所述吹氩过程中，保证钢包全过程底吹氩，吹氩时间≥5min。
(4)所述LF炉精炼过程中，钢包入LF炉吹氩、加热，送电3～5min后，视渣况分批加入适量活性石灰、萤石造渣，萤石要根据加入石灰后的渣况适当加入，调整渣的流动性。同时在化渣过程中分批加入脱氧剂进行扩散脱氧，尽快造白渣。渣的碱度控制在3.5左右。
(5)所述RH真空处理过程中，真空处理时间≥15min，对各元素进行成分微调。
(6)所述保护浇铸过程中，采用Ar封长水口保护浇铸，确保密封效果，氩气压力、流量的调整以中包液面微微波动为宜，不得冲破渣层；每炉更换一个耐火纤维密封环。采用吹氩、氩封***，即塞棒吹氩，中包上水口吹氩，中包上水口与浸入式水口氩封，各部分氩气流量和压力按照标准设定并自动控制，以结晶器液面活跃但不翻动为准。浸入式水口***深度为100～140mm。
(7)所述铸坯加热过程中，加热工艺为三段加热，在炉时长4h，加热速率8～10min/cm，出炉温度1190℃～1210℃，均热段在炉时长30min以上，严禁高温烧钢。板坯出炉后需经高压水除鳞箱，将板坯表面氧化铁皮清除干净。
(8)所述铸坯轧制过程中，铸坯采用横轧展宽，纵轧到底方式，开轧温度≥1070℃，轧制尽量采用高温大压下，道次压下量为20～35mm，最后3道次的累积压下率≥30％，成品道次压下率≥8％，最大轧制速度为4m/s。
(9)所述正火处理过程中，对钢板进行正火热处理，正火温度910～930℃，加热时间：板厚×1.4min/mm。
实施例2
制备一种厚度为20mm的表面硬度小于220HV容器钢2，它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.18、Si：0.28、Mn：1.45、P：0.015、S：0.010、Nb：0.012、V：0.020、Cr：0.025、Ni：0.025、As：0.020、Cu：0.025、Alt：0.030,其余为Fe及不可避免的杂质。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
制备一种厚度为40mm的表面硬度小于220HV容器钢3，它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.17、Si：0.40、Mn：1.15、P：0.018、S：0.005、Nb：0.015、V：0.022、Cr：0.025、As：0.030、Ni：0.030、Cu：0.030、Alt：0.050,其余为Fe及不可避免的杂质。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
制备一种厚度为70mm的表面硬度小于220HV容器钢4，它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.17、Si：0.30、Mn：1.20、P：0.018、S：0.010、Nb：0.015、V：0.020、Cr：0.030、As：0.016、Ni：0.030、Cu：0.030、Alt：0.030,其余为Fe及不可避免的杂质。
其制备方法与实施例1相同。
将实施例1-4的容器钢进行力学性能检测，表面硬度均小于220V，检测结果如表1所示，符合GB713-2014中Q345R钢的规定：
成品厚度≤16mm本发明容器钢共检验241批次，屈服强度主要集中在420MPa～480MPa，抗拉强度主要集中在540MPa～590MPa，有一定的富余量；伸长率主要集中在26％～32％，富余量较大；冲击功主要集中在90J～160J富余量较大。
成品厚度为16mm～36mm本发明容器钢共检验678批次，屈服强度主要集中在360MPa～440MPa，抗拉强度主要集中在520MPa～580MPa，有一定的富余量；伸长率主要集中在26％～32％，富余量较大；冲击功主要集中在120J～200J富余量较大。
成品厚度为36mm～60mm本发明容器钢共检验647批次，屈服强度主要集中在350MPa～400MPa，抗拉强度主要集中在510MPa～550MPa，有一定的富余量；伸长率主要集中在28％～34％，富余量较大；冲击功主要集中在120J～220J富余量较大。
成品厚度为60mm～80mm本发明容器钢共检验50批次，屈服强度主要集中在335MPa～380MPa，抗拉强度主要集中在510MPa～540MPa，有一定的富余量；伸长率主要集中在32％～34％，富余量较大；冲击功主要集中在140J～240J富余量较大。
通过上述实施例可以看出，本发明所述的容器钢不仅力学性能优秀，可以达到容器钢的要求标准，而且表面硬度小于220V，韧性优秀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种表面硬度小于220HV容器钢，其特征在于：它的熔炼成分的质量百分数wt％为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.40、Mn：1.15～1.45、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.050，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.一种生产权利要求1所述表面硬度小于220HV容器钢的方法，其步骤包括：原料铁水依次经过脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH真空处理、保护浇铸、铸坯加热、铸坯轧制以及正火处理后即可得到所述表面硬度小于220HV容器钢，
其中所述铁水成分的质量百分数为：Si：0.30～0.85、Mn：≤0.60、P≤0.150、S≤0.050、As≤0.025、Cr≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述表面硬度小于220HV容器钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼采用分期定量装入，分阶段定氧压，采用恒压变枪操作模式；保证转炉底吹效果，采用N-Ar切换模式供气；出钢前后搅时间≥1min；保证C-T协调，点吹次数≤2次；出钢口冷面采用挡渣帽挡前期渣，采用带导向的挡渣锥挡后期渣，挡渣锥在出钢至3/4～4/5的时间内加入，钢包渣层厚度≤100mm；铌铁、钒铁在出钢前加入，钢芯铝、硅锰铁、锰铁在出钢1/3时开始加入，出钢2/3～3/4前加完；出钢温度控制在1670～1690℃；
控制转炉冶炼出钢的合金成分质量百分数为：C：0.15～0.18、Si：0.28～0.35、Mn：1.25～1.35、P≤0.018、S≤0.010、Nb：0.010～0.015、V：0.020～0.025、Cr≤0.030、As≤0.030、Ni≤0.030、Cu≤0.030、Alt：0.020～0.030，其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述表面硬度小于220HV容器钢的生产方法，其特征在于：所述保护浇铸是采用Ar封长水口保护浇铸，并采用塞棒吹氩，中包上水口吹氩，中包上水口与浸入式水口氩封，浸入式水口***深度为100～140mm。
5.根据权利要求2所述表面硬度小于220HV容器钢的生产方法，其特征在于：所述铸坯加热为三段加热，在炉时长为4h，加热速率为8～10min/cm，出炉温度为1190℃～1210℃，均热段在炉时长≥30min。
6.根据权利要求2所述表面硬度小于220HV容器钢的生产方法，其特征在于：所述铸坯轧制采用横轧展宽，纵轧到底方式，开轧温度≥1070℃，道次压下量为20～35mm，最后3道次的累积压下率≥30％，成品道次压下率≥8％，最大轧制速度为4m/s。
7.根据权利要求2所述表面硬度小于220HV容器钢的生产方法，其特征在于：所述正火处理过程中正火温度为910～930℃，加热时间为板厚×1.4min/mm。
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