CN111041366A - 一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生产方法 - Google Patents

一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生产方法 Download PDF

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朱先兴
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Abstract

本发明公开了一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生产方法，所述钢板包含如下化学成分：C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Mo、Ni、Cr，其它为Fe和残留元素；所述钢板具有回火贝氏体组织；其生产方法包括洁净钢冶炼、水冷模铸、钢锭加热、钢锭开坯、中间坯清理、中间坯加热、中间坯轧制、钢板堆冷、调质等工艺控制；该钢种以C‑Mn元素为基础，通过添加Ni、V等合金元素并经调质热处理，使合金元素充分固溶、析出，钢板厚度方向、轧制方向、宽度方向性能均匀，冲击功富裕量大，不低于610Mpa的高强度、良好的纵横冲击性能，钢板探伤稳定达到Ⅰ级探伤标准要求，完全达到了标准及用户对钢板的质量要求。

Description

一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生 产方法
技术领域
本发明涉及压力容器用调质高强度钢板生产技术领域，具体涉及到一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生产方法。
背景技术
随着石化工业的发展和国家战略储备的需要，石油的需求量和消耗量不断增加，石油储罐正向着大型化、规模化发展。大型储罐的建设发展迅速，大型储蓄罐用钢板作为其重要的组成部分其地位不可忽视。近年来，国家原油储备库公差建设项目越来越多，10万立方米浮顶油罐建设已成为大型石油化项目和国家储备库建设的主流。大型储油罐用钢12MnNiVR具有良好的焊接性能、高强度、高冲击，主要用于制造10万立方米大型储油罐。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR及其生产方法。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是所述大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR包含如下质量百分比的化学成分 (单位，wt％)：C：0.09-0.11、Si：0.20-0.30、Mn：1.30-1.50、P：≤ 0.010、S：≤0.002、Nb：0.025-0.035、V:0.045-0.055、Mo:0.15-0.29、 Ni：0.20-0.40、Cr：0.18-0.28，其他为Fe和残余元素。
所述钢板厚度≤65mm；所述钢板具有回火贝氏体组织。
为得到上述产品，本发明采取的生产方法还包括洁净钢冶炼、模铸浇铸、钢锭加热、钢锭开坯、大坯分割及清理、小坯加热、小坯轧制、钢板堆冷、调质。
1)洁净钢冶炼工艺要点，可使钢水洁净度能够达到S≤30ppm， P≤100ppm，N≤40ppm，H≤1.2ppm，O≤30ppm，A(硫化物)、B (氧化铝类)、C(硅酸盐类)、D(球状氧化物类)四系夹杂物总和≤2.0级；
a、转炉冶炼：转炉入炉铁水采用KR预处理预先脱S，脱S后S 含量在0.010％以下，入炉铁水温度在1250℃左右，废钢采用优质废钢，转炉冶炼结束，确保出钢P控制在0.008％以内、C控制在0.05％以内，出钢过程中加入铝块脱氧；
b、LF精炼：精炼过程主要以铝线或铝粒为脱氧剂，一加热结束温度控制在1590±10℃，一加热主要以造渣为主，过程中加入中碳配Mn初配成分，待一加热取样后开始二加热，二加热过程中加入低碳铬铁配Cr、铌铁配Nb、钒铁配V、钼铁配Mo、镍板配Ni，三加热微调成分，三加热温度升至1630±10℃，整个精炼过程石灰用量控制在14.5-15.5kg/t钢、时间控制在150min以内，确保终渣为白色、流动性良好的泡沫渣；
c、VD真空冶炼：VD真空度控制在60Pa以下、吹氩时间按 15-18min控制、吹氩强度控制在150-250Nl/min，确保真空脱气效果，保证VD过后H含量≤1.4ppm以下，VD破空后加入铝线配Als，吹氩5-8min确保夹杂物充分上浮；
2)水冷模铸工艺要点：浇铸温度在1550-1555℃，锭身浇铸时间控制在15-18min，帽口浇注时间控制在5-8min，浇铸后添加50-60kg 碳化稻壳进行保温，确保钢锭凝固过程中呈现上大下小的补缩通道，从而改善钢锭内部疏松情况，通过调整水流量大小，控制钢锭冷却速度，从而改善钢锭内部偏析情况，通过合理的浇注温度及浇注速度，最终可保证钢板中心偏析≤C类0.5级的水平；
3)钢锭加热工艺要点：钢锭脱模，入缓冷坑缓冷去除应力，缓冷至200℃-250℃装炉，入炉炉温＜650℃，以＜55℃/h升温至 880-920℃，保温5-7h，然后快速升温至1230-1250℃保温14-16h，控温加热可防止钢锭内外温差大产生应力，保证钢锭烧透；
4)钢锭开坯工艺要点：采用“高温、低速、大压下”轧制，提高粗轧阶段变形系数，使轧制效果渗透到心部，开轧温度 1000-1030℃，单道次压下量控制在50-55mm，中间坯厚度200-250mm，开坯终轧温度在850℃以上，820℃以上进ACC水冷降温，控制返红温度750℃以上，空冷至350-400℃，吊至缓冷坑缓冷，有利于除H去应力；
5)大坯分割及清理工艺要点：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净，分割成小坯有利于后续控轧工艺及板材控制，火切渣清理可防止小坯轧制时产生重皮；
6)小坯加热工艺要点：小坯预热至200℃-250℃，炉温<450℃，闷钢2h，以＜55℃/h升温至750℃，达到750℃以后，以≤75℃/h升温至1210-1230℃，保温2h后出钢；
7)小坯轧制工艺要点：分两阶段轧制，粗轧阶段开轧温度 980～1020℃，均匀压下，轧制到80-120mm厚度晾钢，开始第二阶段轧制，二阶段采用小压力量，多道次慢速轧制，道次压下量8～10mm，充分破碎晶粒，防止晶粒长大，终轧温度800～870℃，终轧结束空冷40～60S后入ACC水冷，控制返红温度680～720℃；
8)钢板堆冷工艺要点：入缓冷坑钢板温度≥350℃，缓冷时间48 小时，有利于除H去应力；
9)调质工艺要点：采用淬火+回火工艺，淬火温度控制在920± 10℃，保温时间T＝2.2min/mm，钢板出炉水冷至常温，冷却速度≥15℃ /s；回火温度620～640℃，保温时间T＝4.0～4.2min/mm，出炉后以＜ 20℃/h的速度缓慢冷却至常温；采用高温回火，有利于碳化物析出，同时获得回火贝氏体组织。
与现有技术相比，本发明的优势如下：
本发明采取低碳路线、控制碳当量，既利于屈强比的控制，又利于钢板焊接性能，C是影响钢的焊接裂纹敏感性的主要因素，在同等的Pcm下，采用低碳可以降低焊接热影响区的硬度和淬硬倾向；
采用多项措施保证了钢板的洁净度和质量的均匀性、稳定性。采用洁净钢冶炼技术，保证了钢坯的洁净度；采用水冷锭模浇铸的钢锭，相对于连铸坯，有利于减少钢锭内部偏析问题；采用大压下量轧制等控轧工艺，充分细化钢板的原始奥氏体组织；采用辊底式无氧化辐射加热方式保证了钢板的表面不被氧化，保证了钢板的表面质量；
大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR国标要求 10-60mm，而通过本发明的成分及工艺控制，实验钢板厚度可达到 65mm；
该钢种以C-Mn元素为基础，通过添加Ni、V等合金元素并经调质热处理，使合金元素充分固溶、析出，钢板厚度方向、轧制方向、宽度方向性能均匀，冲击功富裕量大，不低于610Mpa的高强度、良好的纵横冲击性能，钢板探伤稳定达到Ⅰ级探伤标准要求，完全达到了标准及用户对钢板的质量要求。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本发明的结构和特征做进一步描述。
图1是本发明实施例中10mm 12MnNiVR钢板的金相示意图。
图2是本发明实施例中20mm 12MnNiVR钢板的金相示意图。
图3是本发明实施例中50mm 12MnNiVR钢板的金相示意图。
图4是本发明实施例中65mm 12MnNiVR钢板的金相示意图。
图5是本发明实施例中10mm 12MnNiVR回火后扫描电镜下的组织示意图。
图6是图5的局部放大示意图。
图7是本发明实施例中20mm 12MnNiVR回火后扫描电镜下的组织示意图。
图8是图7的局部放大示意图。
图9是本发明实施例中50mm 12MnNiVR回火后扫描电镜下的组织示意图。
图10是图9的局部放大示意图。
图11是本发明实施例中65mm 12MnNiVR回火后扫描电镜下的组织示意图。
图12是图11的局部放大示意图。
具体实施方式
本发明所述大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR 包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.09-0.11、Si： 0.20-0.30、Mn：1.30-1.50、P：≤0.010、S：≤0.002、Nb：0.025-0.035、 V:0.045-0.055、Mo:0.15-0.29、Ni：0.20-0.40、Cr：0.18-0.28，其他为 Fe和残余元素。
所述钢板厚度≤65mm；所述钢板具有回火贝氏体组织。
为得到上述产品，本发明采取的生产方法还包括洁净钢冶炼、模铸浇铸、钢锭加热、钢锭开坯、大坯分割及清理、小坯加热、小坯轧制、钢板堆冷、调质。
(1)洁净钢冶炼工艺要点
a、转炉冶炼：转炉入炉铁水采用KR预处理预先脱S，脱S后S 含量在0.010％以下，入炉铁水温度在1250℃左右，废钢采用优质废钢，转炉冶炼结束，确保出钢P控制在0.008％以内、C控制在0.05％以内，出钢过程中加入铝块脱氧；
b、LF精炼：精炼过程主要以铝线或铝粒为脱氧剂，一加热结束温度控制在1590±10℃，一加热主要以造渣为主，过程中加入中碳配Mn初配成分，待一加热取样后开始二加热，二加热过程中加入低碳铬铁配Cr、铌铁配Nb、钒铁配V、钼铁配Mo、镍板配Ni，三加热微调成分，三加热温度升至1630±10℃，整个精炼过程石灰用量控制在14.5-15.5kg/t钢、时间控制在150min以内，确保终渣为白色、流动性良好的泡沫渣；
c、VD真空冶炼：VD真空度控制在60Pa以下、吹氩时间按 15-18min控制、吹氩强度控制在150-250Nl/min，确保真空脱气效果，保证VD过后H含量≤1.4ppm以下，VD破空后加入铝线配Als，吹氩5-8min确保夹杂物充分上浮；
通过以上流程，可使钢水洁净度能够达到S≤30ppm，P≤ 100ppm，N≤40ppm，H≤1.2ppm，O≤30ppm，A(硫化物)、B(氧化铝类)、C(硅酸盐类)、D(球状氧化物类)四系夹杂物总和≤ 2.0级；
(2)水冷模铸工艺要点：浇铸温度在1550-1555℃，锭身浇铸时间控制在15-18min，帽口浇注时间控制在5-8min，浇铸后添加50-60kg 碳化稻壳进行保温，确保钢锭凝固过程中呈现上大下小的补缩通道，从而改善钢锭内部疏松情况，通过调整水流量大小，控制钢锭冷却速度，从而改善钢锭内部偏析情况，通过合理的浇注温度及浇注速度，最终可保证钢板中心偏析≤C类0.5级的水平；
(3)钢锭加热工艺要点：钢锭脱模，入缓冷坑缓冷去除应力，缓冷至200℃-250℃装炉，入炉炉温＜650℃，以＜55℃/h升温至 880-920℃，保温5-7h，然后快速升温至1230-1250℃保温14-16h，控温加热可防止钢锭内外温差大产生应力，保证钢锭烧透；
(4)钢锭开坯工艺要点：采用“高温、低速、大压下”轧制，提高粗轧阶段变形系数，使轧制效果渗透到心部，开轧温度 1000-1030℃，单道次压下量控制在50-55mm，中间坯厚度 200-250mm，开坯终轧温度在850℃以上，820℃以上进ACC水冷降温，控制返红温度750℃以上，空冷至350-400℃，吊至缓冷坑缓冷，有利于除H去应力；
(5)大坯分割及清理工艺要点：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净，分割成小坯有利于后续控轧工艺及板材控制，火切渣清理可防止小坯轧制时产生重皮；
(6)小坯加热工艺要点：小坯预热至200℃-250℃，炉温<450℃，闷钢2h，以＜55℃/h升温至750℃，达到750℃以后，以≤75℃/h升温至1210-1230℃，保温2h后出钢；
(7)小坯轧制工艺要点：分两阶段轧制，粗轧阶段开轧温度 980～1020℃，均匀压下，轧制到80-120mm厚度晾钢，开始第二阶段轧制，二阶段采用小压力量，多道次慢速轧制，道次压下量8～10mm，充分破碎晶粒，防止晶粒长大，终轧温度800～870℃，终轧结束空冷40～60S后入ACC水冷，控制返红温度680～720℃；
(8)钢板堆冷工艺要点：入缓冷坑钢板温度≥350℃，缓冷时间 48小时，有利于除H去应力；
(9)调质工艺要点：采用淬火+回火工艺，淬火温度控制在920 ±10℃，保温时间T＝2.2min/mm，钢板出炉水冷至常温，冷却速度≥ 15℃/s；回火温度620～640℃，保温时间T＝4.0～4.2min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温；采用高温回火，有利于碳化物析出，同时获得回火贝氏体组织。
通过洁净钢冶炼、水冷模铸、钢锭加热、钢锭开坯、大坯分割及清理、小坯加热、小坯轧制、钢板堆冷、调质等工艺，获得如下表1 所述化学成分的12MnNiVR成品钢，其中模铸锭型采用40t的钢锭，钢锭上口厚度为800mm，下口厚度为740mm，各工艺参数如下表1、 2。
表1不同厚度的12MnNiVR成品成分
厚度/mm C Si Mn P S Als Cr Nb Ni Mo V
10 0.10 0.25 1.41 0.007 0.001 0.025 0.22 0.028 0.28 0.26 0.046
20 0.10 0.26 1.36 0.008 0.002 0.018 0.188 0.026 0.313 0.276 0.046
50 0.09 0.23 1.43 0.008 0.001 0.030 0.230 0.032 0.26 0.26 0.048
65 0.09 0.20 1.48 0.009 0.001 0.040 0.25 0.033 0.35 0.28 0.052
表2钢板洁净度
Figure BDA0002336765390000091
附图1-4分别表示实施例中10mm、20mm、50mm及 65mm12MnNiVR钢板的金相示意图，通过对上述尺寸的钢板金相进行分析，在高倍检验下的结果来看，组织中A(硫化物)、B(氧化铝类)、C(硅酸盐类)、D(球状氧化物类)四系夹杂物总和均≤ 2.0。通过对合理的轧制及调质工艺使晶粒度平均控制在9.0-10.0之间，晶粒较为细小，带状组织级别较低，组织为贝氏体回火组织+回火索氏体。
附图5-12分别表示实施例中10mm、20mm、50mm及65mm 12MnNiVR钢板回火后扫描电镜下的组织示意图，通过对上述钢板在扫描电镜下的组织进行分析，12MnNiVR钢板经高温回火后，经扫描电镜组织分析，钢板的回火组织中可见致密分布的碳化物析出，其形态为细小的球状颗粒，同时在回火组织还可见回火贝氏体组织的形态。
按照GB/T228金属标准材料室温拉伸试验方法制备拉伸试样，分别作常温纵向拉伸试验，横向冲击试验，试验结果见表3。
表3 12MnNiVR钢板拉伸、冲击性能
Figure BDA0002336765390000101
Figure BDA0002336765390000111
12MnNiVR钢板常温拉伸性能高于技术要求，并且数据稳定； 12MnNiVR钢板在-20℃KV2吸收功远远高于技术条件要求，并且分布分散小，说明该钢-20℃处于上平台区，加做系列冲击至-40℃依然稳定，说明具有非常好的冲击韧性。

Claims (3)

1.一种大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR，其特征在于：所述钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.09-0.11、Si：0.20-0.30、Mn：1.30-1.50、P：≤0.010、S：≤0.002、Nb：0.025-0.035、V:0.045-0.055、Mo:0.15-0.29、Ni：0.20-0.40、Cr：0.18-0.28，其他为Fe和残余元素。
2.根据权利要求1所述大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR，其特征在于：所述钢板厚度≤65mm，具有回火贝氏体组织。
3.根据权利要求1所述大型储油罐压力容器用调质高强度钢板12MnNiVR的生产方法，包括洁净钢冶炼、水冷模铸、钢锭加热、钢锭开坯、大坯分割及清理、小坯加热、小坯轧制、钢板堆冷、调质，其特征在于：
1)洁净钢冶炼：使钢水洁净度能够达到S≤30ppm，P≤100ppm，N≤40ppm，H≤1.2ppm，O≤30ppm，A、B、C、D四系夹杂物总和≤2.0级，具体是通过如下步骤来实现：
a、转炉冶炼：转炉入炉铁水采用KR预处理预先脱S，脱S后S含量在0.010％以下，转炉冶炼结束，确保出钢P控制在0.008％以内、C控制在0.05％以内，出钢过程中加入铝块脱氧；
b、LF精炼：一加热结束温度控制在1590±10℃，一加热主要以造渣为主，过程中加入中碳配Mn初配成分，待一加热取样后开始二加热，二加热过程中加入低碳铬铁配Cr、铌铁配Nb、钒铁配V、钼铁配Mo、镍板配Ni，三加热微调成分，三加热温度升至1630±10℃，整个精炼过程石灰用量控制在14.5-15.5kg/t钢、时间控制在150min以内，确保终渣为白色、流动性良好的泡沫渣；
c、VD真空冶炼：VD真空度控制在60Pa以下、吹氩时间按15-18min控制、吹氩强度控制在150-250Nl/min，确保真空脱气效果，保证VD过后H含量≤1.4ppm以下，VD破空后加入铝线配Als，吹氩5-8min确保夹杂物充分上浮；
2)水冷模铸：浇铸温度在1550-1555℃，锭身浇铸时间控制在15-18min，帽口浇注时间控制在5-8min，浇铸后添加50-60kg碳化稻壳进行保温；
3)钢锭加热：钢锭脱模、缓冷至200℃-250℃装炉，入炉炉温＜650℃，以＜55℃/h升温至880-920℃，保温5-7h，然后快速升温至1230-1250℃保温14-16h；
4)钢锭开坯：采用“高温、低速、大压下”轧制，开轧温度1000-1030℃，单道次压下量控制在50-55mm，中间坯厚度200-250mm，开坯终轧温度在850℃以上，820℃以上进ACC水冷降温，控制返红温度750℃以上，空冷至350-400℃，吊至缓冷坑缓冷；
5)大坯分割及清理：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净；
6)小坯加热：小坯预热至200℃-250℃，炉温<450℃，闷钢2h，以＜55℃/h升温至750℃，达到750℃以后，以≤75℃/h升温至1210-1230℃，保温2h后出钢；
7)小坯轧制：分两阶段轧制，粗轧阶段开轧温度980～1020℃，均匀压下，轧制到80-120mm厚度晾钢，开始第二阶段轧制，二阶段道次压下量8～10mm，终轧温度800～870℃，终轧结束空冷40～60S后入ACC水冷，控制返红温度680～720℃；
8)钢板堆冷：入缓冷坑钢板温度≥350℃，缓冷时间48小时；
9)调质：采用淬火+回火工艺，淬火温度控制在920±10℃，保温时间T＝2.2min/mm，钢板出炉水冷至常温，冷却速度≥15℃/s；回火温度620～640℃，保温时间T＝4.0～4.2min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
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