CN107254633A - 低温压力容器用15MnNiNbDR钢板及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温压力容器用15MnNiNbDR钢板及生产方法，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C≤0.18%，Si：0.15～0.50%，Mn：1.20～1.60%，Ni：0.30～0.70%，Nb：0.015～0.040%，V：0～0.05%，Ti：0～0.03%，P≤0.012%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明方法通过上述设计的成分，配合合理的控轧控冷工艺，最后进行适合的正火+回火工艺生产的钢板，所得钢板具有低合金成分含量、低温冲韧性优良、焊接性良好等特点。

Description

低温压力容器用15MnNiNbDR钢板及生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及低温压力容器用15MnNiNbDR钢板及生产方法。
背景技术
随着石油化工行业的迅猛发展，-30℃以下的低温压力容器用钢板得到了广泛发展及应用。自20世纪90年代以来，国内各大钢铁企业已经成功开发许多类型的低温压力容器钢，例如舞钢公司已成功开发并批量生产了16MnDR、09MnNiDR、08Ni3DR等低温压力容器用钢板，广泛用于制造低温焊接压力容器，改变了我国低温设备用钢板长期依赖进口的局面，为大型工程低温设备国产化作出了积极的贡献。
15MnNiNbDR作为中国标准GB3531-2014中新增的钢种，正火或正火+回火状态交货，主要用于制作液化气体储罐、球罐，大型气体反应等压力容器，钢板厚度规格为10-60mm。储罐容器在轻量化设计的基础上，要求材料具有较高的强度和低温韧性，特别是低温韧性，受使用条件和成本的影响，采用可承受不同低温韧性的压力容器钢板。本专利钢板可满足-50℃的低温环境的使用，目前，国际上没有相同类别的钢种。
在成分设计上，为了保证材料的强度、低温韧性的要求，需在C、Si、Mn基础上，采用Nb+Ni微合金复合设计。控制轧制是在轧制过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，使钢材具有优异的综合力学性能。正火+回火的热处理可以细化晶粒、均匀组织，消除内部缺陷及内应力，从而使得钢产品在正火后得到优良的强度和韧度组合。
发明内容
本发明的目是提供一种低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，本发明还提供一种低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，所述钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C≤0.18%，Si：0.15～0.50%，Mn：1.20～1.60%，Ni：0.30～0.70%，Nb：0.015～0.040%，V：0～0.05%，Ti：0～0.03%，P≤0.012%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板化学成分Nb+V+Ti≤0.12%。
本发明所述钢板厚度为10-60mm。
本发明所述钢板的内部组织为铁素体+珠光体的复合组织。
本发明所述钢板屈服强度≥400MPa，抗拉强度530～620MPa，延伸率≥20%，-50℃横向夏比冲击功均≥100J。
本发明中在C+Mn的基础上，添加一定量的Nb元素，是因为该元素具有强烈的晶粒细化作用，通过在奥氏体晶界附近富集产生溶质拖曳效应，阻碍奥氏体晶粒的长大进程。并且在控制轧制过程中通过再结晶阶段的充分形变，可以获得细小均匀的奥氏体。另外添加一定量的Ni元素，是利用其在晶粒内的内吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的低温冲击韧度。
本发明还提供一种上述低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，所述方法包括冶炼连铸、控轧控冷、热处理工序。
本发明所述冶炼连铸工序包括：
1）LF前期加入3～5kg/t钢的铝粒，表面加入3～5kg/t钢的铝渣，LF精炼过程采用铝粒、碳化硅、碳化钙调渣，终渣碱度控制在3.4以上；
2）VD真空精炼过程，加大对非金属夹杂物去除的能力，真空处理时间≥20min，深度脱氧去硫、去气去夹杂；均匀温度、成分，纯净钢质。
本发明所述冶炼连铸工序，连铸过程中钢水控制10～20℃的超低过热度，二冷采用弱冷，最终连铸坯中心偏析≤1.0级；结晶器宽面水流量3000-3400L/min，窄面水流量450-480L/min。
本发明所述控轧控冷的工艺包括：
1）板坯在加热炉内最高温度1250℃，均热段1200～1230℃，均热段时间不低于30min，出炉温度控制在1170±20℃；
2）采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，采用高温大压下轧制，终轧温度≥990℃，保证最后两道次压下率均≥30%，非再结晶区开轧温度≥890℃，终轧温度控制在800～840℃；
3）轧后终冷返红温度550～650℃，冷却速度为5～8℃/s。
本发明所述正火热处理序，正火工艺：加热温度为870～890℃，总加热时间系数为2-3min/mm；出炉后控温冷却，返红温度650～750℃。
采用上述技术方案的有益效果在于：1、本发明依据国家标准GB3531-2014中制定的15MnNiNbDR钢板标准进行，优化了钢板中各元素组分及配比，成分设计采用适度的碳，保证钢板良好的焊接性；2、本发明采用Nb、Ni复合的微合金化设计，确保钢板强度、冲击韧性的匹配；采用控轧控冷充分利用再结晶实现奥氏体晶粒的细化和均匀化，进而促使后续热处理阶段相变产物的细小，通过正火+回火的热处理稳定组织，得到均匀细小的铁素体+珠光体的复合组织。3、本发明所得钢板屈服强度≥400MPa，抗拉强度在530～620MPa，延伸率≥20%，-50℃横向夏比冲击功均≥60J。钢板最大厚度可达到60mm，钢板各项力学性能高标准满足国家标准。
附图说明
图1 为本发明实施例1中16mm厚钢板的显微组织图；
图2 为本发明实施例2中23mm厚钢板的显微组织图；
图3 为本发明实施例3中33mm厚钢板的显微组织图；
图4 为本发明实施例4中48mm厚钢板的显微组织图；
图5 为本发明实施例5中60mm厚钢板的显微组织图；
图6 为本发明实施例6中10mm厚钢板的显微组织图；
图7 为本发明实施例7中35mm厚钢板的显微组织图；
图8 为本发明实施例8中25mm厚钢板的显微组织图。
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。
实施例1
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为16mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.14%，Si：0.17%，Mn：1.60%，Ni：0.30%，Nb：0.015%，P：0.012%，S：0.005%，Alt：0.029%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入3kg/t钢的铝粒，表面加入3kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在3.4。钢水温度达1540℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为23min。连铸过程中钢水过热度达11℃，结晶器宽面水流量3400L/min，窄面水流量460L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1245℃，均热段温度为1210℃，均热段保温时间为30min，出炉温度控制在1170℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1010℃，最后两道次压下率为45%，非再结晶区开轧温度900℃，终轧温度840℃；轧后终冷返红温度650℃，冷却速度为8℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为870℃，总加热时间系数为2min/mm；出炉后控温冷却，返红温度750℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度444MPa，抗拉强度586MPa，延伸率27%，-50℃冲击功平均173J、150J、178J；组织照片见图1，由图1可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为1.0级。
实施例2
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为23mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.26%，Mn：1.55%，Ni：0.45%，Nb：0.035%，P：0.010%，S：0.002%，Alt：0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入4kg/t钢的铝粒，表面加入5kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.5。钢水温度达1546℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为30min。连铸过程中钢水过热度达20℃，结晶器宽面水流量3000L/min，窄面水流量450L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1240℃，均热段温度为1220℃，均热段保温时间为45min，出炉温度控制在1150℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1000℃，最后两道次压下率为32%，非再结晶区开轧温度890℃，终轧温度816℃；轧后终冷返红温度600℃，冷却速度为7℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为870℃，总加热时间系数为2min/mm；出炉后控温冷却，返红温度720℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度453MPa，抗拉强度574MPa，延伸率32%，-50℃冲击功平均166J、171J、158J；组织照片见图2，由图2可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为0.5级。
实施例3
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为33mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Si：0.50%，Mn：1.20%，Ni：0.70%，Nb：0.024%，P：0.008%，S：0.003%，Alt：0.048%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入5kg/t钢的铝粒，表面加入3kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.0。钢水温度达1550℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为27min。连铸过程中钢水过热度达17℃，结晶器宽面水流量3300L/min，窄面水流量480L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1231℃，均热段温度为1228℃，均热段保温时间为32min，出炉温度控制在1155℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为996℃，最后两道次压下率为38%，非再结晶区开轧温度907℃，终轧温度838℃；轧后终冷返红温度647℃，冷却速度为5℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为880℃，总加热时间系数为2min/mm；出炉后控温冷却，返红温度750℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度477MPa，抗拉强度604MPa，延伸率30%，-50℃冲击功平均164J、168J、199J；组织照片见图3，由图3可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为0.5级。
实施例4
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为48mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.47%，Mn：1.56%，Ni：0.65%，Nb：0.017%，P：0.011%，S：0.004%，Alt：0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入3.5kg/t钢的铝粒，表面加入4.5kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.3。钢水温度达1551℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为50min。连铸过程中钢水过热度达15℃，结晶器宽面水流量3200L/min，窄面水流量470L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1242℃，均热段温度为1228℃，均热段保温时间为60min，出炉温度控制在1190℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1110℃，最后两道次压下率为36%，非再结晶区开轧温度910℃，终轧温度835℃；轧后终冷返红温度550℃，冷却速度为5℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为890℃，总加热时间系数为3min/mm；出炉后控温冷却，返红温度740℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度452MPa，抗拉强度580MPa，延伸率26%，-50℃冲击功平均183J、155J、188J；组织照片见图4，由图4可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为1.0级。
实施例5
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为60mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.32%，Mn：1.53%，Ni：0.54%，Nb：0.027%，P：0.008%，S：0.003%，Alt：0.046%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入4.0kg/t钢的铝粒，表面加入4.2kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.7。钢水温度达1558℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为46min。连铸过程中钢水过热度达17℃，结晶器宽面水流量3100L/min，窄面水流量460L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1250℃，均热段温度为1230℃，均热段保温时间为55min，出炉温度控制在1185℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1107℃，最后两道次压下率为30%，非再结晶区开轧温度896℃，终轧温度824℃；轧后终冷返红温度567℃，冷却速度为6℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为890℃，总加热时间系数为3min/mm；出炉后控温冷却，返红温度750℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度441MPa，抗拉强度573MPa，延伸率27%，-50℃冲击功平均155J、176J、180J；组织照片见图5，由图5可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为0.5级。
实施例6
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为10mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.42%，Mn：1.22%，Ni：0.31%，Nb：0.024%，V：0.030%，P：0.010%，S：0.003%，Alt：0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入4.2kg/t钢的铝粒，表面加入4.6kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.5。钢水温度达1558℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为20min。连铸过程中钢水过热度达10℃，结晶器宽面水流量3100L/min，窄面水流量450L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1250℃，均热段温度为1200℃，均热段保温时间为35min，出炉温度控制在1175℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为990℃，最后两道次压下率为32%，非再结晶区开轧温度900℃，终轧温度800℃；轧后终冷返红温度565℃，冷却速度为7℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为880℃，总加热时间系数为2min/mm；出炉后控温冷却，返红温度650℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度468MPa，抗拉强度610MPa，延伸率26%，-50℃冲击功平均183J、165J、188J；组织照片见图6，由图6可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为1.0级。
实施例7
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为35mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Si：0.15%，Mn：1.60%，Ni：0.70%，Nb：0.017%，Ti：0.025%，P：0.012%，S：0.004%，Alt：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入3.7kg/t钢的铝粒，表面加入4.5kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在4.8。钢水温度达1543℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为27min。连铸过程中钢水过热度达12℃，结晶器宽面水流量3150L/min，窄面水流量455L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1247℃，均热段温度为1220℃，均热段保温时间为35min，出炉温度控制在1180℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1015℃，最后两道次压下率为48%，非再结晶区开轧温度910℃，终轧温度835℃；轧后终冷返红温度640℃，冷却速度为7℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为870℃，总加热时间系数为2min/mm；出炉后控温冷却，返红温度740℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度465MPa，抗拉强度598MPa，延伸率30%，-50℃冲击功平均177J、190J、181J；组织照片见图1，由图1可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为0.5级。
实施例8
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板厚度为25mm，钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.25%，Mn：1.54%，Ni：0.33%，Nb：0.04%，V：0.05%，Ti：0.03%，P：0.011%，S：0.003%，Alt：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例新型压力容器用15MnNiNbDR钢板采用下述方法制得而成：
（1）冶炼连铸工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，前期加入5kg/t钢的铝粒，表面加入3kg/t钢的铝渣，终渣碱度控制在3.7。钢水温度达1537℃转入VD炉真空脱气处理，真空保持时间为25min。连铸过程中钢水过热度达16℃，结晶器宽面水流量3300L/min，窄面水流量480L/min；
（2）控轧控冷工序：钢坯在加热炉内最高温度1235℃，均热段温度为1225℃，均热段保温时间为40min，出炉温度控制在1190℃。采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，终轧温度为1070℃，最后两道次压下率为43%，非再结晶区开轧温度910℃，终轧温度820℃；轧后终冷返红温度600℃，冷却速度为7℃/s；
（3）热处理工序：所述正火工艺的正火加热温度为880℃，总加热时间系数为3min/mm；出炉后控温冷却，返红温度745℃。
本实施例所得钢板的力学性能：屈服强度460MPa，抗拉强度600MPa，延伸率27%，-50℃冲击功平均205J、188J、164J；组织照片见图1，由图1可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织，连铸坯中心偏析为1.0级。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，其特征在于，所述钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C≤0.18%，Si：0.15～0.50%，Mn：1.20～1.60%，Ni：0.30～0.70%，Nb：0.015～0.040%，V：0～0.05%，Ti：0～0.03%，P≤0.012%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，其特征在于，所述钢板化学成分Nb+V+Ti≤0.12%。
3.根据权利要求1所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，其特征在于，所述钢板厚度为10-60mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，其特征在于，所述钢板的内部组织为铁素体+珠光体的复合组织。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥400MPa，抗拉强度530～620MPa，延伸率≥20%，-50℃横向夏比冲击功均≥100J。
6.基于权利要求1-5任意一项所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，其特征在于，所述方法包括冶炼连铸、控轧控冷、热处理工序。
7.根据权利要求6所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼连铸工序包括：
1）LF前期加入3～5kg/t钢的铝粒，表面加入3～5kg/t钢的铝渣，LF精炼过程采用铝粒、碳化硅、碳化钙调渣，终渣碱度控制在3.4以上；
2）VD真空精炼过程，加大对非金属夹杂物去除的能力，真空处理时间≥20min，深度脱氧去硫、去气去夹杂；均匀温度、成分，纯净钢质。
8.根据权利要求6所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼连铸工序，连铸过程中钢水控制10～20℃的超低过热度，二冷采用弱冷，最终连铸坯中心偏析≤1.0级；结晶器宽面水流量3000-3400L/min，窄面水流量450-480L/min。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷的工艺包括：
1）板坯在加热炉内最高温度1250℃，均热段1200～1230℃，均热段时间不低于30min，出炉温度控制在1170±20℃；
2）采用两阶段轧制，在再结晶区轧制时，采用高温大压下轧制，终轧温度≥990℃，保证最后两道次压下率均≥30%，非再结晶区开轧温度≥890℃，终轧温度控制在800～840℃；
3）轧后终冷返红温度550～650℃，冷却速度为5～8℃/s。
10.基于权利要求6-8任意一项所述的低温压力容器用15MnNiNbDR钢板的生产方法，其特征在于，所述正火热处理序，正火工艺：加热温度为870～890℃，总加热时间系数为2-3min/mm；出炉后控温冷却，返红温度650～750℃。
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