CN114381662A

CN114381662A - 一种低成本压力容器用钢及其制备方法

Info

Publication number: CN114381662A
Application number: CN202111514965.9A
Authority: CN
Inventors: 张学峰; 张跃飞; 邹扬; 赵新宇; 魏运飞; 狄国标; 王志勇; 王雪松
Original assignee: Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-04-22

Abstract

本申请涉及中厚板钢领域，尤其涉及一种低成本压力容器用钢及其制备方法。所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％‑22％，Si：0.42％‑0.50％，Mn：1.25％‑1.35％，P：≤0.020％，S：≤0.003％，Alt：0.025％‑0.035％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％‑0.44％。不添加Nb、V元素，降低了Mn元素的含量，适当提高了C和Si的含量，提高钢板淬透性，弥补取消Nb、V后的强度损失，在低成本的成分设计下满足目标产品各项性能要求。同时，把钢中所有合金元素折合成相当于碳的含量，控制CE：0.43％‑0.44％，满足钢的焊接性要求。

Description

一种低成本压力容器用钢及其制备方法

技术领域

本申请涉及中厚板钢领域，尤其涉及一种低成本压力容器用钢及其制备方法。

背景技术

压力容器A537CL2中厚板产品，一般用于制造储油罐、储水罐，厚度10mm至40mm钢板是工程上常用规格钢板。传统生产工艺中，压力容器用钢常用化学成分以质量分数计包括C：0.15％-0.16％，Si：0.2％-0.3％，Mn：1.4％-1.5％，P≤0.020％，S≤0.005％，Alt：0.025％-0.035％，Nb：0.012％-0.02％，V：0.02％-0.03％，碳当量CE：0.41％-0.42％，余量为铁及不可避免的杂质，并结合相关工艺进行制造。

传统生产工艺中，微合金成本较高，产品不具有市场竞争力，浪费资源。

发明内容

本申请提供了一种低成本压力容器用钢及其制备方法，以解决现有工艺中成本较高的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种低成本压力容器用钢，所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％-22％，Si：0.42％-0.50％，Mn：1.25％-1.35％，P：≤0.020％，S：≤0.003％，Alt：0.025％-0.035％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％-0.44％。

可选的，所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％-22％，Si：0.44％-0.46％，Mn：1.26％-1.32％，P：≤0.016％，S：≤0.0025％，Alt：0.028％-0.031％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％-0.44％。

可选的，在所述压力容器用钢的厚度≤65mm，且为调质状态时，所述压力容器用钢的力学性能包括：Rp0.2≥415MPa，550MPa≤Rm≤690MPa，A50≥22％。

可选的，所述压力容器用钢的厚度为10-40mm。

第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的压力容器用钢的方法，所述方法包括以下步骤：

对连铸板坯进行加热并除磷，后进行轧制，获得热轧卷；

将所述热轧卷依次进行冷却、矫直、淬火和回火，获得所述压力容器用钢。

可选的，所述加热的温度为1180-1200℃，所述加热的时间为(0.9-1.2)×T分钟／mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

可选的，所述轧制采用两阶段的控温轧制，所述轧制的终轧温度为800-820℃。

可选的，所述冷却的开冷温度为770-790℃，所述冷却的终冷温度为660-700℃，所述冷却的速度为5-15℃/min。

可选的，所述淬火的温度为900-930℃，所述淬火的加热时间为(2.0-3.0)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

可选的，所述回火的温度为595℃-650℃，所述回火的加热时间为(2.5-3.5)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21-22％，Si：0.42-0.50％，Mn：1.25-1.35％，P：≤0.020％，S：≤0.003％，Alt：0.025-0.035％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43-0.44％；不添加Nb、V元素，降低了Mn元素的含量，适当提高了C和Si的含量，提高钢板淬透性，弥补取消Nb、V后的强度损失，在低成本的成分设计下满足目标产品各项性能要求。同时，把钢中所有合金元素折合成相当于碳的含量，控制CE：0.43-0.44％，满足钢的焊接性要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种低成本压力容器用钢及其制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中，控制相关元素的含量，具体有以下作用：

本申请实施例中，C的质量分数选择在0.21％-22％的原因是：C是提高钢的强度的有效元素，具有提高淬透性、析出强化提高强度的作用；当碳的质量分数取值较高时，如超过0.22％时，会造成强度偏高、焊接裂纹敏感性增加的不利影响。当碳的质量分数取值较低时，如小于0.21％，会造成强度不足的不利影响。

本申请实施例中，Mn的质量分数在1.25％-1.35％，Mn是重要的强韧化元素，是奥氏体稳定化元素，能扩大铁碳相图中的奥氏体区，促进中温组织转变，还具有降低韧脆转变温度的作用。较高的质量分数的Mn极易在钢中产生严重的中心偏析，恶化钢的低温韧性，焊接时钢板HAZ容易产生裂纹，对于得到本发明钢的力学性能来讲，也是不必要的，而太低的Mn则容易降低钢的强度。

本申请实施例中，Si的质量分数在0.42％-0.50％，Si元素的添加具有固溶强化的作用；Si是一种脱氧剂，其脱氧作用比锰强，硅的质量分数较低时，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，而对塑性和韧性无明显影响。但同时由于其与氧的结合能力比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和融化金属的流动性，Si元素添加过多会降低钢材的焊接性能。当硅的质量分数取值较高时，如超过0.50％时，会造成降低钢材塑性和韧性的不利影响。当硅的质量分数取值较低时，如小于0.42％，会造成强度不足的不利影响。

本申请实施例中，CE是指碳当量，即钢材所有合金元素含量相当于碳的含量；选择CE：0.43％-0.44％的原因是在满足优良可焊性的前提下保证钢板淬透性，如超过0.44％时，会造成焊接性不良的不利影响；如小于0.43％，会造成淬透性不足强度偏低的不利影响。

本申请实施例中，目标产品可以为美标压力容器A537CL2中厚板产品，也可以为常规压力容器中厚板产品，一般用于制造储油罐、储水罐，厚度10mm至40mm钢板是工程上常用规格钢板，执行标准为ASTMA537/A537M。目前，对于调质压力容器用钢A537CL2的执行标准如下：

熔炼成分要求：C≤0.24％，0.15％≤Si≤0.5％，0.7％≤Mn≤1.35％(允许提高至1.6％，此时碳当量CE需要≤0.57％)，P≤0.025％，S≤0.025％，Ni≤0.25％，Cr≤0.25％，Mo≤0.08％，Nb≤0.02％，V≤0.03％。

调质状态交货，厚度≤65mm的A537CL2力学性能要求：Rp0.2≥415MPa，550MPa≤Rm≤690MPa，A50≥22％。

本申请实施例中，对A537CL2钢的化学成分进行了改进，得到的A537CL2钢性能稳定，合金成本大幅降低，产品市场竞争力显著提高。

本申请实施例中，该压力容器用钢的压缩比≥3，具有提高钢板内部尤其心部质量的优势。

作为一种可选的实施方式，所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％-22％，Si：0.44％-0.46％，Mn：1.26％-1.32％，P：≤0.016％，S：≤0.0025％，Alt：0.028％-0.031％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％-0.44％。

作为一种可选的实施方式，在所述压力容器用钢的厚度≤65mm，且为调质状态时，所述压力容器用钢的力学性能包括：Rp0.2≥415MPa，550MPa≤Rm≤690MPa，A50≥22％。

作为一种可选的实施方式，所述压力容器用钢的厚度为10-40mm。

第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的压力容器用钢的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

本申请实施例中，将铁水通过KR法脱硫、冶炼后进行LF精炼，精炼后在VD炉进行真空处理，得到的钢水制成的连铸板坯，所述钢水化学成分与所述的钢板化学成分相同；

S1.对连铸板坯进行加热并除磷，后进行轧制，获得热轧卷；

S2.将所述热轧卷依次进行冷却、矫直、淬火和回火，获得所述压力容器用钢。

作为一种可选的实施方式，所述加热的温度为1180-1200℃，所述加热的时间为(0.9-1.2)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

作为一种可选的实施方式，所述轧制采用两阶段的控温轧制，所述轧制的终轧温度为800-820℃。

本申请实施例中，轧制工艺可以采用2.0-2.5倍控温，轧制完成钢板进行离线淬火和离线回火处理。

作为一种可选的实施方式，所述冷却的开冷温度为770-790℃，所述冷却的终冷温度为660-700℃，所述冷却的速度为5-15℃min。

本申请实施例中，所冷却可以为ACC层流冷却，冷却后可以进行热矫直。

作为一种可选的实施方式，所述淬火的温度为900-930℃，所述淬火的加热时间为(2.0-3.0)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

本申请实施例中，可以用辊压式淬火机淬火至室温。

作为一种可选的实施方式，所述回火的温度为595-650℃，所述回火的加热时间为(2.5-3.5)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请一种低成本压力容器用钢及其制备方法进行详细说明。

一低成本生产压力容器用钢A537CL2钢板，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C：0.21-22％，Si：0.42-0.50％，Mn：1.25-1.35％，P：≤0.020％，S：≤0.003％，Alt：0.025-0.035％，CE：0.43-0.44％，其余为铁以及不可避免的杂质。

实施例1-4及对比例1-4钢板的化学成分如表1所示：

表1各实施例及对比例钢板的化学成分(wt％)。

其中，对比例1-4为30mm普通调质A537CL2钢，实施例所述压力容器用钢的厚度与对比例相同。

低成本生产压力容器用钢A537CL2钢板的制备方法，包括：

(1)铁水通过KR法脱硫、冶炼后进行LF精炼，精炼后在VD炉进行真空处理，得到的钢水连铸成板坯，所述钢水化学成分与所述的钢板化学成分相同；

(2)将板坯进行加热，加热温度为1180-1200℃，加热时间0.9-1.2min/mm乘以板坯厚度，一次除鳞，再经双机架粗轧、双机架精轧，轧制工艺采用两阶段控温轧制，2.0-2.5倍控温，终轧温度为800-820℃；

(3)进行ACC层流冷却，开冷温度为770-790℃，终冷温度为660-700℃，冷却速度为5-15℃/min，然后进行热矫直；

(4)轧制完成钢板进行离线淬火和离线回火处理，淬火温度为900-930℃，淬火加热时间为(2.0-3.0)×T分钟/mm，辊压式淬火机淬火至室温；回火温度为595-650℃，回火加热时间为(2.5-3.5)×T分钟/mm；T为所述压力容器用钢的厚度，单位mm。

实施例1-4及对比例1-4钢板的生产方法中涉及工艺参数如表2所示：

表2各实施例及对比例钢板的轧钢工艺及正火工艺参数。

表2中，加热时间：钢坯轧制之前钢坯在加热炉内的加热时间(该加热时间是实际生产过程中的数据)；

调质状态下，所得钢板力学性能如表3所示：

表3各实施例及对比例钢板的力学性能。

由表1-3可知，实施例1-4和对比例1-4制备的钢板，屈服强度为511-523MPa，抗拉强度为615-635MPa，断后延伸率≥42％，符合目标钢板的要求。

交货时，所得钢板的成本如表4所示：

表4各实施例及对比例钢板的含所述化学成分的成本。

本申请实施例中制备的钢板于对比例制备的钢的化学成分不同，本申请实施例的制得钢，每吨成本约为4154-4156元，而传统方式制得的钢，每吨成本约为4283-4285元，节约率约为3％，每年可产生52万元效益。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种低成本压力容器用钢，其特征在于，所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％-22％，Si：0.42％-0.50％，Mn：1.25％-1.35％，P：≤0.020％，S：≤0.003％，Alt：0.025％-0.035％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％-0.44％。

2.根据权利要求1所述的压力容器用钢，其特征在于，所述压力容器用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.21％-22％，Si：0.44％-0.46％，Mn：1.26％-1.32％，P：≤0.016％，S：≤0.0025％，Alt：0.028％-0.031％，余量为铁及不可避免的杂质元素，其中，CE：0.43％-0.44％。

3.根据权利要求1所述的压力容器用钢，其特征在于，在所述压力容器用钢的厚度≤65mm，且为调质状态时，所述压力容器用钢的力学性能包括：Rp0.2≥415MPa，550MPa≤Rm≤690MPa，A50≥22％。

4.根据权利要求1所述的压力容器用钢，其特征在于，所述压力容器用钢的厚度为10-40mm。

5.一种制备如权利要求1-4中任意一项所述的压力容器用钢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对连铸板坯进行加热并除磷，后进行轧制，获得热轧卷；

将所述热轧卷进行冷却、矫直、淬火和回火，获得所述压力容器用钢。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为1180-1200℃，所述加热的时间为(0.9-1.2)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轧制采用两阶段的控温轧制，所述轧制的终轧温度为800-820℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却的开冷温度为770-790℃，所述冷却的终冷温度为660-700℃，所述冷却的速度为5-15℃/min。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述淬火的温度为900-930℃，所述淬火的加热时间为(2.0-3.0)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述回火的温度为595-650℃，所述回火的加热时间为(2.5-3.5)×T分钟/mm，其中，T为所述压力容器用钢的厚度。