CN113215487B - 一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢及制备方法 - Google Patents

一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢及制备方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.10%，Si：0.15%～0.50%，Mn：1.20%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni：0.30%～0.80%，Alt≥0.02%，Nb：≤0.040%，V：≤0.040%，Ti：≤0.020%，Ca：0.0010%～0.0040%，其余为Fe和残留元素。在钢板强度不降低的条件下，提高了40～80mm厚09MnNiDR钢板的心部冲击性能。

Description

一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢及制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢及制备方法。
背景技术
09MnNiDR钢为低温压力容器用钢，主要用于石油、化工、电站等行业用设备的关键部位。因此，对09MnNiDR钢板低温冲击性能及内部质量要求较高。近年来随着产品质量的提高，越来越多的生产厂和客户对钢种提出更高的要求。对于09MnNiDR钢种，其心部冲击必然会影响到它的使用，对于厚规格低温压力容器09MnNiDR钢来说，其厚度方向通板韧性均匀性要求较高，以保证钢材和设备能适应各种载荷和低温环境。
专利CN 110029268A 公开了一种保心部低温韧性的低温压力容器用09MnNiDR钢板及制造方法，其主要通过热轧和正火处理，最终得到的微观组织为铁素体和珠光体，钢板在1/4厚度和1/2厚度的-70℃低温冲击韧性有所保证，但其未关注钢板延伸率性能；另外，其正火热处理温度较高为880℃。
专利CN 104561783A公开了一种容器用低合金钢09MnNiDR钢板及其生产方法，按照其公布的方法可以生产-70℃冲击功250-290J的容器钢，但是其正火温度较高，为915±15℃；同时，其未关注钢板1/2厚度冲击韧性的问题。
专利CN109440008A公开了一种超低温压力容器用09MnNiDR钢板，钢板厚度121mm以下。采用了常规的“淬火+回火”工艺生产，热处理工艺采用了较长的回火时间来稳定其性能。
专利CN104451387A公布了一种09MnNiDR特厚低温容器板及其生产方法，钢板厚度90-120mm，采用了“正火+回火”热处理，最终得到的微观组织为铁素体+珠光体，其整体力学性能一般。
因此，现有的低温压力容器用09MnNiDR钢板多采用“正火”或“淬火+回火”工艺，少有关注1/2厚处冲击性能较低的问题。个别关注了1/2厚度的冲击性能，但未能完全考虑钢板总体机械性能（例如延伸率）或钢板不同厚度处冲击性能均匀性的问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供其化学成分及质量百分比如下：C≤0.10%，Si：0.15%～0.50%，Mn：1.20%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni：0.30%～0.80%，Alt≥0.02%，Nb ：≤0.040%，V：≤0.040%，Ti：≤0.020%，Ca：0.0010%～0.0040%，其余为Fe和残留元素；
钢板组织为粒状贝氏体+少量块状铁素体。
技术效果：本发明采用低碳设计，减少了脆性组织珠光体的含量，粒状贝氏体保证了钢板的强度，块状铁素体则能提高钢板的韧性。镍在钢中为纯固溶元素，具有明显降低冷脆转变温度的作用；合适的锰含量则通过固溶强化提高了钢材的强度，严格限制硫和磷含量，提高通板厚度的韧性均匀性，改善1/2厚处冲击性能。钢板整体机械性能良好，全厚度方向-70℃冲击性能比较均匀。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，钢板厚度为40～80mm。
前所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其化学成分及质量百分比如下：C： 0.075～0.095%，Si：0.15%～0.30%，Mn：1.25%～1.40%，P≤0.013%，S≤0.008%，Ni：0.49%～0.79%，Alt：0.025～0.040%，Nb ：0.015～0.035%，V：0.015～0.035%，Ti：0.008～0.018%，Ca：0.0020%～0.0035%，其余为Fe和残留元素。
前所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其化学成分及质量百分比如下：C： 0.065～0.085%，Si：0.20%～0.35%，Mn：1.30%～1.45%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.65%，Alt：0.030～0.045%，Nb ：0.005～0.020%，V：0.010～0.030%，Ti：0.005～0.015%，Ca：0.0018%～0.0033%，其余为Fe和残留元素。
前所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其化学成分及质量百分比如下：C： 0.050～0.080%，Si：0.28%～0.45%，Mn：1.28%～1.48%，P≤0.011%，S≤0.003%，Ni：0.40%～0.70%，Alt：0.028～0.048%，Nb ：0.020～0.040%，V：0.002～0.020%，Ti：0.002～0.012%，Ca：0.0012%～0.0025%，其余为Fe和残留元素。其化学成分及质量百分比如下：C：0.050～0.080%，Si：0.28%～0.45%，Mn：1.28%～1.48%，P≤0.011%，S≤0.003%，Ni：0.40%～0.70%，Alt：0.028～0.048%，Nb ：0.020～0.040%，V：0.002～0.020%，Ti：0.002～0.012%，Ca：0.0012%～0.0025%，其余为Fe和残留元素。
本发明的另一目的在于提供一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢的制备方法，包括以下工序：
炼钢工序：铁水预处理脱硫、转炉深脱磷、LF深脱硫，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；采用动态轻压下、电磁搅拌技术，获得中心偏析C0.5、C1.0级的09MnNiDR钢铸坯；
加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.0min/cm，加热温度1180～1220℃，保证铸坯加热均匀性；
轧制工序：采用320mm大断面连铸坯，采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制温度在980～1150℃之间,第二阶段的开轧温度≤840℃；
冷却工序：轧制后的钢板在空气中自然冷却，然后进行堆垛缓冷，堆垛时间72小时以上；
热处理工序：堆冷后的钢板进行准亚温淬火和回火处理，淬火加热温度Ac3以下5～10℃，淬火加热和保温时间以1.8～2.5min/mm计算；回火加热温度550～650℃，回火加热和保温时间以2.5～3.5min/mm计算。
前所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢的制备方法，钢板断后伸长≥30%，1/4厚处-70℃冲击吸收能量≥310 J/cm2，1/2厚处-70℃冲击吸收能量≥290 J/cm2，冲击断口表现为韧窝和准解理断裂的复合形貌。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用低合金成本设计，较少的Mn、Ni成分，少量的Nb，原料成本低；
（2）本发明采用320mm大断面铸坯，以较大的压缩比来提高钢板心部的致密性，从而提高材料心部的低温冲击韧性；
（3）本发明采用“控制轧制+轧后空冷堆垛”技术，合理分配轧制道次和道次压下率，尽可能的提高轧态钢板的性能，同时保证钢板厚度方向的均匀性；
（4）本发明能保留亚温淬火前得到的部分少量铁素体组织，以起到提高心部冲击性能的目的，回火后的试样1/2厚冲击吸收能量与1/4厚的冲击吸收能量基本相当，其冲击断口表现韧窝和准解理断裂的复合形貌。
附图说明
图1为钢板厚度1/4处显微组织；
图2为钢板厚度1/2处显微组织。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，厚度80mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.095%，Si：0.34%，Mn：1.45%，P≤0.008%，S≤0.002%，Ni：0.78%，Alt≥0.035%，Nb：0.023%，V：0.006%，Ti：0.005%，Ca：0.0016%，其余为Fe和残留元素。
制备方法包括以下工序：
炼钢工序：铁水预处理后S：0.006%、转炉深脱P：0.006%、LF深脱硫后S：0.001%，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；冶炼采用成分合格铁水作为原材料，钢水冶炼过程添加合金避免残余元素增加；RH结束后钢液温度1545℃，至连铸中间包，钢液过热度控制在12～19℃,连铸采用动态轻压下、电磁搅拌技术，320mm厚铸坯中心偏析C0.5级；
加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.3min/cm，加热温度1195℃，均热段保温62min，保证铸坯加热均匀性；
轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1008℃，此阶段最后2道次压下量为30mm、28mm；第二阶段开轧温度为828℃，终轧温度为805℃；
冷却工序：轧制后的钢板在空气中自然冷却，然后进行堆垛缓冷，堆垛温度550℃，堆垛时间76小时；
热处理工序：堆冷后的钢板进行准亚温淬火和回火处理，淬火加热温度865℃，淬火加热和保温时间为152min；回火加热温度620℃，回火加热和保温时间为208min。
上述钢板的力学性能：屈服强度382MPa，抗拉强度526MPa，断后伸长31%；-70℃沿厚度方向各位置冲击韧性：1/4厚处冲击韧性为317J/cm2，1/2厚处冲击韧性为294J/cm2。
实施例2
本实施例提供的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，厚度65mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.07%，Si：0.24%，Mn：1.35%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ni：0.56%，Alt：0.032%，Nb：0.015%，V：0.005%，Ti：0.008%，Ca：0.0020%，其余为Fe和残留元素。
制备方法包括以下工序：
炼钢工序：铁水预处理后S：0.005%、转炉深脱P：0.010%、LF深脱硫后S：0.0015%，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；冶炼采用成分合格铁水作为原材料，钢水冶炼过程添加合金避免残余元素增加；RH结束后钢液温度1545℃，至连铸中间包，钢液过热度控制在12～19℃,连铸采用动态轻压下、电磁搅拌技术，320mm厚铸坯中心偏析C1.0级；
加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.3min/cm，加热温度1205℃，均热段保温60min，保证铸坯加热均匀性；
轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1015℃，此阶段最后2道次压下量为32mm、29mm；第二阶段开轧温度为832℃，终轧温度为810℃；
冷却工序：轧制后的钢板在空气中自然冷却，然后进行堆垛缓冷，堆垛温度527℃，堆垛时间73小时；
热处理工序：堆冷后的钢板进行准亚温淬火和回火处理，淬火加热温度864℃，淬火加热和保温时间为124min；回火加热温度630℃，回火加热和保温时间为185min。
上述钢板的力学性能：屈服强度375MPa，抗拉强度518MPa，断后伸长31%；-70℃沿厚度方向各位置冲击韧性：1/4厚处冲击韧性位315J/cm2，1/2厚处冲击韧性为286J/cm2。
实施例3
本实施例提供的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，厚度40mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.05%，Si：0.18%，Mn：1.28%，P≤0.014%，S≤0.005%，Ni：0.48%，Alt：0.025%，Nb：0.004%，V：0.025%，Ti：0.003%，Ca：0.0018%，其余为Fe和残留元素。
制备方法包括以下工序：
炼钢工序：铁水预处理后S：0.005%、转炉深脱P：0.010%、LF深脱硫后S：0.002%，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；冶炼采用成分合格铁水作为原材料，钢水冶炼过程添加合金避免残余元素增加；RH结束后钢液温度1545℃，至连铸中间包，钢液过热度控制在12～19℃,连铸采用动态轻压下、电磁搅拌技术，320mm厚铸坯中心偏析C1.0级；
加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.3min/cm，加热温度1217℃，均热段保温62min，保证铸坯加热均匀性；
轧制工序：采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制终了温度1007℃，此阶段最后2道次压下量为31mm、29mm；第二阶段开轧温度为838℃，终轧温度为802℃；
冷却工序：轧制后的钢板在空气中自然冷却，然后进行堆垛缓冷，堆垛温度485℃，堆垛时间74小时；
热处理工序：堆冷后的钢板进行准亚温淬火和回火处理，淬火加热温度860℃，淬火加热和保温时间为81min；回火加热温度637℃，回火加热和保温时间为118min。
上述钢板的力学性能：屈服强度395MPa，抗拉强度524MPa，断后伸长30.5%；-70℃沿厚度方向各位置冲击韧性：1/4厚处冲击韧性位322J/cm2，1/2厚处冲击韧性为304J/cm2。
本发明通过成分设计，采用控制轧制技术，轧后堆冷，选用合适的“准亚温淬火+回火”工艺，得到微观组织为铁素体+粒状贝氏体的钢板，如图1、2所示。在钢板强度不降低的条件下，提高了40～80mm厚09MnNiDR钢板的心部冲击性能，钢板1/4厚处冲击吸收能量≥310J/cm2，1/2厚处冲击吸收能量≥294J/cm2，断后伸长率≥30%。
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 (6)

1.一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C≤0.10%，Si：0.15%～0.50%，Mn：1.20%～1.60%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni：0.30%～0.80%，Alt≥0.02%，Nb ：≤0.040%，V：≤0.040%，Ti：≤0.020%，Ca：0.0010%～0.0040%，其余为Fe和残留元素；
制备方法包括以下工序：
炼钢工序：铁水预处理脱硫、转炉深脱磷、LF深脱硫，超低As、Sb、Sn、Pb、Bi、B残余元素控制；采用动态轻压下、电磁搅拌技术，获得中心偏析C0.5、C1.0级的09MnNiDR钢铸坯；
加热工序：铸坯入加热炉加热，加热系数≥10.0min/cm，加热温度1180～1220℃，保证铸坯加热均匀性；
轧制工序：采用320mm大断面连铸坯，采用2阶段控轧工艺，第一阶段轧制温度在980～1150℃之间,第二阶段的开轧温度≤840℃；
冷却工序：轧制后的钢板在空气中自然冷却，然后进行堆垛缓冷，堆垛时间72小时以上；
热处理工序：堆冷后的钢板进行准亚温淬火和回火处理，淬火加热温度Ac3以下5～10℃，淬火加热和保温时间以1.8～2.5min/mm计算；回火加热温度550～650℃，回火加热和保温时间以2.5～3.5min/mm计算；
钢板组织为粒状贝氏体+少量块状铁素体。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：钢板厚度为40～80mm。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C： 0.075～0.095%，Si：0.15%～0.30%，Mn：1.25%～1.40%，P≤0.013%，S≤0.008%，Ni：0.49%～0.79%，Alt：0.025～0.040%，Nb ：0.015～0.035%，V：0.015～0.035%，Ti：0.008～0.018%，Ca：0.0020%～0.0035%，其余为Fe和残留元素。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C： 0.065～0.085%，Si：0.20%～0.35%，Mn：1.30%～1.45%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.35%～0.65%，Alt：0.030～0.045%，Nb ：0.005～0.020%，V：0.010～0.030%，Ti：0.005～0.015%，Ca：0.0018%～0.0033%，其余为Fe和残留元素。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C： 0.050～0.080%，Si：0.28%～0.45%，Mn：1.28%～1.48%，P≤0.011%，S≤0.003%，Ni：0.40%～0.70%，Alt：0.028～0.048%，Nb ：0.020～0.040%，V：0.002～0.020%，Ti：0.002～0.012%，Ca：0.0012%～0.0025%，其余为Fe和残留元素。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性准亚温淬火09MnNiDR容器钢，其特征在于：钢板断后伸长≥30%，1/4厚处-70℃冲击吸收能量≥310 J/cm2，1/2厚处-70℃冲击吸收能量≥290J/cm2，冲击断口表现为韧窝和准解理断裂的复合形貌。
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