CN111893399A - 一种具有优良低温韧性的高强度容器板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优良低温韧性的高强度容器板及制造方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.07%～0.11%，Si：0.10%～0.30%，Mn：1.30%～1.60%，Ni：0.40%～0.80%，Mo：0.05%～0.12%，V：0.02%～0.05%，Alt：0.02%～0.05%，P≤0.008%，S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。通过添加少量合金实现材料强度升级，合金成本不高且易实现精准控制，不仅使用温度更低，强度还明显提高，可以降低储罐建造的材料用量。

Description

一种具有优良低温韧性的高强度容器板及制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种具有优良低温韧性的高强度容器板及制造方法。
背景技术
随着化工行业低温容器用钢高参数化发展，一些低强度成熟牌号如09MnNiDR等已很难满足乙烯等低温球罐大型化发展需要，亟需在确保材料低温韧性基础上，大幅提高材料强度以减少用钢厚度，降低大厚度钢板焊接接头韧性风险，减少施工量和焊缝，提升设备建造效率、降低材料成本。
国内高强度低温钢研发方面，公开号为CN110724878A的中国发明专利提出了一种0.5Ni低温钢及其制造方法，添加B元素，采用两阶段控制轧制、正火+回火工艺热处理，最低使用温度可以降低到-80℃，但其实物屈服强度为400MPa左右，抗拉强度只有520MPa左右。公开号为CN106467951B的中国专利提出了一种用于-70℃的高强度、高韧性、低屈强比低温钢及其制造方法，添加Mo≤0.10，Nb≤0.05，Ti≤0.025，Ca≤0.005中的任意一种或几种，可满足-70℃使用要求，但实物屈服强度不到400MPa。公开号为CN108893681A的中国专利提出了一种高强高韧性压力容器钢板及其制备方法，采用V-Ni-N合金系，提高低温断裂韧性并降低韧脆转变温度，并利用引入Mg形成的异质核心微细弥散效应以及Al、N、V成分调控手段，使所得钢材可表现出良好的低温高强高韧性，屈服强度≥480MPa，抗拉强度640～740MPa，屈强比≤0.85，延伸率≥21％，钢板横向-60℃KV2≥80J，铁素体晶粒度达到10.5～13.5级，满足最低使用温度只到-60℃。
综上，现有技术中尚未有使用温度达到-80℃，同时能满足屈服强度≥460MPa、抗拉强度≥570MPa的低温C-Mn钢的相关报道。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.07％～0.11％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.30％～1.60％，Ni：0.40％～0.80％，Mo：0.05％～0.12％，V：0.02％～0.05％，Alt：0.02％～0.05％，P≤0.008％，S≤0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明通过添加少量合金Mo和V实现材料强度升级，合金成本不高且易实现精准控制，不仅使用温度更低，强度还明显提高，可以降低储罐建造的材料用量。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.07％～0.08％，Si：0.10％～0.21％，Mn：1.30％～1.55％，Ni：0.40％～0.47％，Mo：0.05％～0.07％，V：0.02％～0.045％，Alt：0.02％～0.038％，P≤0.005％，S≤0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.09％～0.10％，Si：0.15％～0.24％，Mn：1.32％～1.47％，Ni：0.50％～0.65％，Mo：0.08％～0.11％，V：0.029％～0.035％，Alt：0.030％～0.044％，P：0.004％～0.005％，S：0.0007％～0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，钢板厚度为10～50mm。
本发明的另一目的在于提供一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，包括炼钢连铸：采用铁水预处理，转炉顶底复吹冶炼，LF+RH精炼，按照成分设计要求进行成分控制，生产260mm厚坯料；
板坯加热：板坯加热到1130～1160℃，在炉总时间≥220min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
控轧控冷：板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞水压力≥18MPa，采用两阶段控制轧制，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，轧后控制冷却；
热处理：采用离线淬火+回火工艺进行热处理。
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt％，转炉炼钢，LF炉深脱硫、脱氧，调整合金成分达到目标范围和过热度控制，RH炉脱气，真空度≤0.3torr，RH精炼后喂入纯钙线进行钙处理，喂线后静搅时间≥15min，连连铸成260mm厚度坯料，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时。
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，热轧过程采用控制轧制和控制冷却：第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，粗轧累计压下量为55％～85％，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧累计压下量为50％～80％，终轧温度为820～860℃；轧后钢板采用层流冷却，控制返红温度为600～640℃。
前所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，热处理采用离线淬火+回火，淬火温度880～910℃，淬火冷速≥15℃/s，直接淬火到室温，离线淬火钢板加热到600～640℃回火40-75min，得到回火索氏体组织。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的成分设计思路：
C：钢的强化元素和奥氏体稳定元素，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，碳含量每增加0.1％，抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40～50MPa，但塑性和冲击性降低，韧-脆转变温度升高，对HAZ低温韧性有害，设计时确保强度；
Ni：可以与Fe形成α和γ相固溶体，在γ相中可以无限固溶，它能扩大γ相区，是奥氏体形成和稳定元素，能使螺型位错不易分解，保证交叉滑移的发生，提高材料塑变性能；Ni也是贵金属元素，在确保性能前提下尽量减少加入量；
Mn：奥氏体稳定元素，也是基体强化元素，可以通过固溶强化和沉淀强化提高强度，含量在1.8％以下时，在提高钢的强度时仍可使钢保持较高的塑性和韧性；
Si：脱氧元素，能溶入铁素体，产生固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但塑性和韧性却有所下降，不利于焊接热影响区(HAZ)低温韧性；
Mo：可以提高淬透性，从而提高强度，提高钢的回火稳定性，与铬或锰等并存时，可降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性，但Mo也是贵重金属，加入量过多会显著提高合金成本；V：强烈的碳氮化物形成元素，它通过细化晶粒与碳化物析出可提高钢材的强度，当V与Cr、Mo同时存在时，则会在回火过程中形成复杂的碳化物而降低焊接接头的塑韧性，为保证塑韧性或去应力避免裂纹产生都严格控制V量；
S和P：S易与Mn形成析出物MnS，降低低温韧性，P容易在晶界偏聚，降低晶界抗裂纹扩展能力，恶化低温韧性；
Al：钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，当Al含量偏高时，易导致钢中夹杂增多，对钢的韧性不利；
(2)本发明中采用离线淬火+回火热处理，得到钢板组织性能均匀，板形控制良好；
(3)本发明在现有低温C-Mn钢基础上，显著提高了低温韧性和强度，开发出了一种全新的低温C-Mn钢材，可以替代09MnNiDR等国内外0.5Ni钢牌号用于乙烯等低温球罐或储罐建造，实现低温C-Mn钢材料的提档升级。
附图说明
图1为4％硝酸酒精溶液腐蚀的50mm钢板1/4厚度处回火态组织照片。
具体实施方式
以下实施例提供的一种具有优良低温韧性的高强度容器板及制造方法，化学成分如表1所示，冶炼、轧制工艺参数如表2所示，热处理工艺参数如表3所示，具体步骤为：
炼钢连铸：炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt％，转炉炼钢，LF炉深脱硫、脱氧，调整合金成分达到目标范围和过热度控制，RH炉脱气，真空度≤0.3torr，RH精炼后喂入纯钙线进行钙处理，喂线后静搅时间≥15min，连连铸成260mm厚度坯料，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时；
板坯加热：板坯加热到1130～1160℃，在炉总时间≥220min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
控轧控冷：板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞水压力≥18MPa，采用两阶段控制轧制，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，粗轧累计压下量为55％～85％，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧累计压下量为50％～80％，终轧温度为820～860℃；轧后钢板采用层流冷却，控制返红温度为600～640℃；
热处理：采用离线淬火+回火工艺进行热处理，淬火温度880～910℃，淬火冷速≥15℃/s，直接淬火到室温，离线淬火钢板加热到600～640℃回火40-75min，得到回火索氏体组织。
表1
实例 C(％) Mn(％) Si(％) S(％) P(％) Ni(％) Mo(％) V(％) Al(％)
实例1 0.08 1.55 0.21 0.001 0.005 0.47 0.07 0.045 0.038
实例2 0.10 1.47 0.15 0.0007 0.004 0.50 0.08 0.029 0.044
实例3 0.09 1.32 0.24 0.002 0.005 0.65 0.11 0.035 0.030
表2
Figure BDA0002589060730000041
表3
钢样 淬火温度 淬火保温时间，min 冷速，℃/s 回火温度，℃ 回火保温时间，min
A 908 30 50 632 47
B 898 40 30 622 55
C 895 45 18 613 62
D 885 50 16 605 70
实施例产品的力学性能如表4所示，
表4
Figure BDA0002589060730000042
Figure BDA0002589060730000051
同时，由图1可见，本发明产品得到的组织为保留板条位向的回火索氏体组织，具有优良的强韧性，可获得良好的综合力学性能，-80℃低温条件下夏比冲击功≥150J，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa。在现有0.5Ni钢基础上，显著提高强度，减少低温球罐或储罐建造用材料壁厚，缩短建造周期并节约成本。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.07%～0.11%，Si：0.10%～0.30%，Mn：1.30%～1.60%，Ni：0.40%～0.80%，Mo：0.05%～0.12%，V：0.02%～0.05%，Alt：0.02%～0.05%，P≤0.008%，S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.07%～0.08%，Si：0.10%～0.21%，Mn：1.30%～1.55%，Ni：0.40%～0.47%，Mo：0.05%～0.07%，V：0.02%～0.045%，Alt：0.02%～0.038%，P≤0.005%，S≤0.001%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其特征在于：C：0.09%～0.10%，Si：0.15%～0.24%，Mn：1.32%～1.47%，Ni：0.50%～0.65%，Mo：0.08%～0.11%，V：0.029%～0.035%，Alt：0.030%～0.044%，P：0.004%～0.005%，S：0.0007%～0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板，其特征在于：钢板厚度为10～50mm。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，其特征在于：包括
炼钢连铸：采用铁水预处理，转炉顶底复吹冶炼，LF+RH精炼，按照成分设计要求进行成分控制，生产260mm厚坯料；
板坯加热：板坯加热到1130～1160℃，在炉总时间≥220min，均热段保温时间30～60min，整张板坯温度均匀性≤10℃；
控轧控冷：板坯出炉后采用高压水除鳞，除鳞水压力≥18MPa，采用两阶段控制轧制，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，轧后控制冷却；
热处理：采用离线淬火+回火工艺进行热处理。
6.根据权利要求5所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，其特征在于：炼钢连铸：对铁水进行预处理，铁水中S含量＜0.002wt%，转炉炼钢，LF炉深脱硫、脱氧，调整合金成分达到目标范围和过热度控制，RH炉脱气，真空度≤0.3torr，RH精炼后喂入纯钙线进行钙处理，喂线后静搅时间≥15min，连连铸成260mm厚度坯料，铸坯进行堆冷处理，堆冷时间≥48小时。
7.根据权利要求5所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，其特征在于：热轧过程采用控制轧制和控制冷却：第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，粗轧累计压下量为55%～85%，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧，精轧累计压下量为50%～80%，终轧温度为820～860℃；轧后钢板采用层流冷却，控制返红温度为600～640℃。
8.根据权利要求5所述的一种具有优良低温韧性的高强度容器板的制造方法，其特征在于：热处理采用离线淬火+回火，淬火温度880～910℃，淬火冷速≥15℃/s，直接淬火到室温，离线淬火钢板加热到600～640℃回火40-75min，得到回火索氏体组织。
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