專利名稱：一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法，屬于低合金壓力容器制造 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓力容器鋼用途極廣，被廣泛用于石油、化工、電站、鍋爐等行業(yè)，一般用于制作反 應(yīng)器、熱換器、分離器、導(dǎo)氣管、鍋爐氣包等。壓力容器由于承受一定壓力，處于不同溫度，接 觸不同介質(zhì)，使用條件苛刻，故對鋼的要求較嚴，對鋼的內(nèi)在質(zhì)量要求較高，除檢驗強度、沖 擊、冷彎、伸長率等常規(guī)性能外，尚需檢驗時效沖擊并對鋼板全部進行探傷，且要求良好表 面。用于耐高溫容器的鋼種，需檢驗中高溫強度，乃至高溫持久強度和蠕變性能。耐高溫壓力容器鋼生產(chǎn)方式，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)多是采用微合金化輔以控制軋制及 正火+回火工藝進行薄規(guī)格壓力容器鋼的生產(chǎn)，從而滿足各國家標準和用戶的使用要求， 而特厚規(guī)格尤其80mm生產(chǎn)較鮮。由于耐高溫壓力容器鋼的各種性能指標要求嚴格尤其是 特厚耐高溫壓力容器鋼，這就對化學(xué)成分的設(shè)計和生產(chǎn)工藝的制定帶來了相當大的難度， 需要經(jīng)過多次試制才能確定出合理的生產(chǎn)方案，這也對對鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整及產(chǎn)品系 列升級帶來了極大的困難。特厚耐高溫壓力容器鋼的生產(chǎn)因其厚度尺寸大，寬度較大，生產(chǎn) 中很容易產(chǎn)生一些缺陷，諸如軋制變形不均勻，組織不均勻，尤其在厚度方向上組織均勻性 控制難度更大，這就造成鋼板表面和心部性能不一致、強度和韌性不理想。特厚耐高溫壓力 容器鋼在生產(chǎn)過程中由于連鑄坯規(guī)格大，在軋制過程中產(chǎn)生的缺陷就嚴重影響鋼的強度和 韌性，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量標準波動大、成材率低，對企業(yè)經(jīng)濟效益形成不良影響。故對于特 厚耐高溫壓力容器鋼合理的化學(xué)成分設(shè)計，彈性軋制工藝控制窗口，高精度合理的熱處理 工藝，工藝執(zhí)行簡單，一流的技術(shù)裝備是解決特厚耐高溫壓力容器鋼生產(chǎn)難題的方法之一。寶山鋼鐵股份有限公司的專利申請CN 101899622A公開了高壓容器用合金鋼，其 成分重量百分比為C0. 27 0. 33%, MnO. 60 1. 00%、Sil. 40 1. 70%、S 彡 0. 003%, P 彡 0. 006%, CrO. 80 1. 20%, MoO. 30 0. 50%, V0. 10 0. 15%，余 Fe 及不可避免雜 質(zhì)，雜質(zhì)元素及氣體含量S+P+H+0+N彡lOOppm。本發(fā)明冶煉工藝由“真空感應(yīng)爐+真空自 耗爐”取代“電爐或電爐+電渣重熔”，解決原鋼種純凈度不夠所導(dǎo)致的韌性特別是斷裂韌 性低的問題；加工工藝由“快鍛+徑鍛，加工比大于10”取代“快鍛或汽錘，加工比大于5”， 解決原鋼種由于鍛造不均勻所造成的晶粒度、組織不均勻的問題；調(diào)質(zhì)處理由“淬火+低溫 回火”取代“淬火+高溫回火”，以馬氏體組織取代原鋼種索氏體組織解決強度不足的問題， 但該容器鋼板由于成分設(shè)計碳含量高及合金含量高，從而致使碳當量高，材料在使用過程 中焊接性能差。日本住友金屬工業(yè)株式會社的CN 1697891公開了高壓氫氣環(huán)境下具有優(yōu)秀的機 械性質(zhì)和耐腐蝕性且具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性的高強度不銹鋼以及用該不銹鋼制造 的高壓氫氣用容器及其它器具。以質(zhì)量％計，該不銹鋼中含有C 0. 02%以下、Si 1.0% 以下、Mn :3 30%、Cr 超 22% 至 30 %、Ni 17 30 %、V :0. 001 1. 0 %、N :0. 10 0. 50%以及Al 0. 10%以下，剩余部分由狗和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P為0.030%以下，S為 0.005%以下，Ti、^ 和Hf分別為0.01%以下，而且Cr、Mn以及N的含量滿足下述的(1) 式，5Cr+3. 4Mn ( 500N... (1)該不銹鋼中還可以含有 Mo、W、Nb、Ta、B、Cu、Co、Mg、Ca、Ce、Y、 Sm.Pr和Nd中的一種以上。該發(fā)明成分設(shè)計添加了含量較高的貴重金屬鎳元素，這樣就大 大增加了生產(chǎn)成本。日本住友金屬工業(yè)株式會社的CN101821417A公開了一種高壓氫氣環(huán)境用低合 金鋼，其含有以質(zhì)量％計的如下成分c :0. 15 0. 60%, Si 0. 05 0. 5%、Mn :0. 05 3. 0%,P :0. 025% 以下、S 0. 010% 以下、Al :0. 005 0. 10%,Mo :0. 5 3. 0%,V :0. 05 0. 30%、0(氧)0. 01 %以下以及N 0. 03%以下，剩余部分為!^e和雜質(zhì)，且拉伸強度為 900MPa以上。該低合金鋼優(yōu)選含有0. 0003 0. 003%的B，但此時N限制于0. 010%以下。 此外，優(yōu)選含有Cr、Nb、Ti、Zr和Ca中的1種以上。Mo和V的含量優(yōu)選滿足下述(1)式。 [Mo(%)] .[V(% )10.2^0. 32(1) 0但該發(fā)明由于成分設(shè)計碳含量及合金含量高，從而致 使碳當量高，材料在使用過程中焊接性能差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法。本 發(fā)明產(chǎn)品化學(xué)成份配比設(shè)計合理，生產(chǎn)工藝控制簡單、軋制工藝窗口大，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品 熱強性好、性能穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C為 0. 08% -0. 15%, Si 為 0. 15% -0. 40%, Mn 為 0. 40% -0. 70%, Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為 0. 25% -0. 35%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 080%，其余含量為 Fe 和不可 避免的夾雜物。鋼種成分的確定首先保證厚度規(guī)格大的強度要求，再次是焊接性能的要 求，即碳當量不能高，然后是對沖擊韌性的要求?；趶姸扰c焊接性能的要求，控制 CO. 08% -0. 12%, MnO. 45% -0. 65 %，強度的損失通過添加V微合金化以及C，N含量 的合理控制析出V[C，N]來彌補，同時有助于提高奧氏體再結(jié)晶溫度和細化晶粒，控制 V0. 15% -0. 30%;該鋼中添加的合金元素Mo對鐵素體具有固溶強化作用，也能提高碳化物 的穩(wěn)定性，因此對鋼的強度產(chǎn)生有利的作用，同時Cr對鋼的強度也有一定貢獻。另外為保 證鋼水的潔凈度，本發(fā)明還對S、P等元素也提出了控制要求S彡0.015%、P彡0.015%。鋼的合金元素質(zhì)量百分比含量配比之間遵循C/Mn比不大于6，Cr/Mo比不大于 3. 3 ；所述的化學(xué)元素還滿足Cr+Mo+V彡1. 7%。優(yōu)選的，一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C為 0. 08% -0. 14%, Si 為 0. 18% -0. 35%, Mn 為 0. 45% -0. 65%, Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為 0. 25% -0. 35%, P ^ 0. 025%, S 彡 0. 010%，其余含量為 Fe 和不可 避免的夾雜物。本發(fā)明更優(yōu)選的技術(shù)方案是，鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C 0.11%, Si 0. 25%, Mn 0. 60%, Cr 0. 95%, V 0. 25%, Mo 0. 30%, P 0. 011%, S 0.005%，其余含量為
Fe和不可避免的夾雜物。
一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法，包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、正火、回 火工序，其特征在于，控制鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C為0.08% -0. 14%, Si為 0. 18% -0. 35%, Mn 為 0. 45% -0. 65%, Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為
0.25%-0. 35%, P^O. 025%, S ^ 0. 010%，其余含量為!^e和不可避免的夾雜物，其中，(1)所述冶煉工序中，精煉爐渣堿度R控制在2. 5-5. 5之間，Ar封加全保護澆注， 中間包過熱度控制15 25°C ；(2)所述加熱工序中，加熱爐內(nèi)加熱溫度為1160°C -1220°C，加熱時間為3. 5-5小 時；(3)所述粗軋工序中，開軋溫度1120-1180°C，進行3-7道次軋制，累計壓下率在 40% -70%之間，中間坯厚度在1.5H 4. OH之間，軋后待溫，所述的H為成品厚度；(4)所述精軋工序中，包括開軋溫度為1100-1150 °C，進行3_5道次軋制，成品厚度80mm，終軋溫度 1070-1140°C，軋后空冷；或開軋溫度為840-880°C，進行3-7道次軋制，成品厚度80mm，終軋溫度820_860°C， 軋后空冷；(5)所述正火工序中，正火溫度為Ac3+30 50°C即880°C 950°C，在爐時間按
1.2 1. Smin/mm厚度計算，正火處理后空冷；所述厚度為步驟(4)所述的成品厚度；(6)所述回火工序中，回火溫度不低于680°C，在爐時間按2. 1 2. 5min/mm厚度 計算，回火處理后空冷；所述厚度為步驟(4)所述的成品厚度。本發(fā)明未詳述的工序，均可采用現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于設(shè)計了合理的不同成分之間的配比，攻克了厚度為80mm的 特厚耐高溫壓力容器鋼的力學(xué)性能不穩(wěn)定及厚度方向組織不均勻等技術(shù)難題。本發(fā)明的制 備方法優(yōu)點在于軋制工藝窗口大，生產(chǎn)節(jié)奏快，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。對本發(fā)明制備的特厚耐高溫壓力容器鋼沿頭部1/4厚度處取橫向試樣，在實驗室 金相試驗機上沿軋制方向面預(yù)磨、拋光，用硝酸進行侵蝕制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡下觀 察和測定晶粒度，鋼板基體組織均勻，晶粒度在7級左右，彌散分布的V[C、N]化物控制理 想；沿鋼板頭部1/4厚度處取橫向試樣加工成標準要求板狀試樣，在100噸拉伸試驗機上進 行拉伸試驗，鋼板拉伸性能(見表1)穩(wěn)定；在450J試驗機上，對按照國標要求加工的沖擊 試樣進行試驗，沖擊韌性值穩(wěn)定且控制理想(見表1)。而且本發(fā)明產(chǎn)品化學(xué)成份設(shè)計合理， 生產(chǎn)工藝控制簡單，生產(chǎn)效率高，熱強性好、產(chǎn)品性能穩(wěn)定。


圖1是實施例1的特厚耐高溫壓力容器鋼厚度方向1/4處金相組織2是實施例2的特厚耐高溫壓力容器鋼厚度方向1/4處金相組織3是實施例3的特厚耐高溫壓力容器鋼厚度方向1/4處金相組織4是實施例4的特厚耐高溫壓力容器鋼厚度方向1/4處金相組織圖
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
對以下實施例制備的特厚耐高溫壓力容器鋼沿頭部1/4厚度處取橫向試樣，在實 驗室金相試驗機上沿軋制方向面預(yù)磨、拋光，用硝酸進行侵蝕制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡 下觀察和測定晶粒度，鋼板基體組織均勻，晶粒度在7級左右，彌散分布的V[C、N]化物控制 理想；沿鋼板頭部1/4厚度處取橫向試樣加工成標準要求板狀試樣，在100噸拉伸試驗機上 進行拉伸試驗，鋼板拉伸性能(見表1)穩(wěn)定；在450J試驗機上，對按照GB713-2008要求加 工的沖擊試樣進行試驗，沖擊韌性值穩(wěn)定且控制理想、熱強性好(見表1)。實施例1一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C 0. 10%, Si 0. 25%, Mn 0. 60%, Cr 0. 95%, V 0. 25%, Mo 0. 30%, P 0. 011%, S 0.005%，其余含量為 Fe和不可避免的夾雜物。上述特厚耐高溫壓力容器鋼的制備方法如下包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、正火、 回火工序，其中精煉爐渣堿度控制在3. 0，鋼包澆注用長水口加Ar封保護、中間包浸入式 水口加Ar封的全保護澆注，中間包過熱度控制在21°C ；將鋼坯放入加熱爐加熱，加熱溫度 為12001，加熱時間4.5小時。鋼坯出爐，經(jīng)預(yù)除鱗機除鱗后進入粗軋機進行軋制，開軋 溫度1171°C，進行了 6道次軋制，每道次壓下率分別為9. 28%,8. 01%,6. 97%,13. 66%, 12. 97 %，12. 36%，總的壓下率為49. 0 %，中間坯厚度為153mm。粗軋結(jié)束后，經(jīng)過待溫，送 入精軋機，精軋開軋溫度為1141°C，共進行了 3道次軋制，每道次壓下率分別為18. 49%, 20. 23%,18. 89%，總的壓下率為47. 3%，成品厚度80mm，終軋溫度1130°C ；軋制結(jié)束后，鋼 板上冷床進行空冷，繼而進行后續(xù)熱處理。正火溫度為890°C，在爐時間Iianin ；回火溫度 為710°C，在爐時間168min，最后即得到所述特厚耐高溫壓力容器鋼。實施例2鋼種成分同實施例1。所述特厚耐高溫壓力容器鋼的制備方法如下包括冶煉、加 熱、粗軋、精軋、正火、回火工序，其中精煉爐渣堿度控制在3. 5，鋼包澆注用長水口加Ar封 保護、中間包浸入式水口加Ar封的全保護澆注，中間包過熱度控制在21°C ；將鋼坯放入加 熱爐加熱，加熱溫度為1200°C，加熱時間4. 5小時。鋼坯出爐，經(jīng)預(yù)除鱗機除鱗后進入粗軋 機進行軋制，開軋溫度1171°C，進行了 6道次軋制，每道次壓下率分別為9. 47%,7. 93%, 6. 84%, 13. 64%, 13. 27%,11. 73%，總的壓下率為48. 7%，中間坯厚度為153mm。粗軋結(jié)束 后，經(jīng)過待溫，送入精軋機，精軋開軋溫度為1138°C，共進行了 3道次軋制，每道次壓下率分 別為18. 45%, 20. 52%,19. 16%，總的壓下率為48. 1%，成品厚度80mm，終軋溫度1120°C ； 軋制結(jié)束后，鋼板上冷床進行空冷，繼而進行后續(xù)熱處理。正火溫度為90(TC，在爐時間 120min ；回火溫度為700°C，在爐時間176min，最后即得到所述特厚耐高溫壓力容器鋼。實施例3一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C 0. 09%, Si 0. 30%, Mn 0. 55%, Cr 1. 00%, V 0. 0. 20%, Mo 0. 27%, P 0. 008%, S 0.002%，其余含量
為狗和不可避免的夾雜物。上述特厚耐高溫壓力容器鋼的制備方法如下包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、正火、 回火工序，其中精煉爐渣堿度控制在4. 5，鋼包澆注用長水口加Ar封保護、中間包浸入式 水口加Ar封的全保護澆注，中間包過熱度控制在21°C ；將鋼坯放入加熱爐加熱，加熱溫度 為1200°C，加熱時間4. 5小時。鋼坯出爐，經(jīng)預(yù)除鱗機除鱗后進入粗軋機進行軋制，開軋溫度1171°C，進行了 5道次軋制，每道次壓下率分別為8. 51%, 7. 94%, 14. 50%, 17. 60%, 21. 54%，總的壓下率為53.3%，中間坯厚度為140mm。粗軋結(jié)束后，經(jīng)過待溫，送入精軋 機，精軋開軋溫度為865°C，共進行了 4道次軋制，每道次壓下率分別為16. 04%, 12. 80%， 11. 57%,10. 50%，總的壓下率為42.9%，成品厚度80mm，終軋溫度850°C ；軋制結(jié)束后，鋼 板上冷床進行空冷，繼而進行后續(xù)熱處理。正火溫度為910°C，在爐時間USmin;回火溫度 為690°C，在爐時間18%iin，最后即得到所述特厚耐高溫壓力容器鋼。實施例4鋼種成分同實施例3。所述特厚耐高溫壓力容器鋼的制備方法如下包括冶煉、加 熱、粗軋、精軋、正火、回火工序，其中精煉爐渣堿度控制在5.0，鋼包澆注用長水口加Ar封 保護、中間包浸入式水口加Ar封的全保護澆注，中間包過熱度控制在21°C ；將鋼坯放入加 熱爐加熱，加熱溫度為1200°C，加熱時間4. 5小時。鋼坯出爐，經(jīng)預(yù)除鱗機除鱗后進入粗軋 機進行軋制，開軋溫度1172°C，進行了 5道次軋制，每道次壓下率分別為8. 66%,7. 88%, 14.42%，18.00%，20.97%，總的壓下率為53.3%，中間坯厚度為140mm。粗軋結(jié)束后， 經(jīng)過待溫，送入精軋機，精軋開軋溫度為8680C，共進行了 4道次軋制，每道次壓下率分別 % 14. 65%, 13. 00%,12. 29%,11. 25%,總的壓下率為42. 9%，成品厚度80mm，終軋溫度 855°C ；軋制結(jié)束后，鋼板上冷床進行空冷，繼而進行后續(xù)熱處理。正火溫度為920°C，在爐時 間136min ；回火溫度為680°C，在爐時間192min，最后即得到所述特厚耐高溫壓力容器鋼。本發(fā)明還可以有其他實施方式，凡采用同等替換或等效變換成的技術(shù)方案，均落 在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。表1 本發(fā)明實施例制備的特厚耐高溫壓力容器鋼的組織性能
權(quán)利要求
1.一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C為 0. 08% -0. 15%, Si 為 0. 15% -0. 40%, Mn 為 0. 40% -0. 70%, Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為 0. 25% -0. 35%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 080%，其余含量為 Fe 和不可 避免的夾雜物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分 比含量為C 為 0. 08 % -0. 14 %，Si 為 0. 18 % -0. 35 %，Mn 為 0. 45 % -0. 65 %，Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為 0. 25% -0. 35%, P ≤ 0. 025%, S ≤ 0. 010%, 其余含量為Fe和不可避免的夾雜物。
3.如權(quán)利要求1所述的一種特厚耐高溫壓力容器鋼，其中鋼的合金元素質(zhì)量百分 比含量配比之間遵循C/Mn比不大于6，Cr/Mo比不大于3. 3 ；所述的化學(xué)元素還滿足 Cr+Mo+V ≤ 1. 7% ；
4.一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法，包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、正火、回 火工序，其特征在于，控制鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為C為0. 08% -0. 14%, Si為 0. 18% -0. 35%, Mn 為 0. 45% -0. 65%, Cr 為 0. 90% -1. 20%, V 為 0. 15% -0. 30%, Mo 為 0. 25% -0. 35%, P ≤ 0. 025%, S≤0. 010%，其余含量為!^e和不可避免的夾雜物，其中，(1)所述冶煉工序中，精煉爐渣堿度R控制在2.5-5. 5之間，Ar封加全保護澆注，中間 包過熱度控制15 25°C ；(2)所述加熱工序中，加熱爐內(nèi)加熱溫度為1160oC-1220°C，加熱時間為3. 5-5小時；(3)所述粗軋工序中，開軋溫度1120-1180°C，進行3-7道次軋制，累計壓下率在 40% -70%之間，中間坯厚度在1. 5H-4. OH之間，軋后待溫，所述的H為成品厚度；(4)所述精軋工序中，包括開軋溫度為1100-1150°C，進行3-5道次軋制，成品厚度80mm，終軋溫度1070-1140°C， 軋后空冷；或開軋溫度為840-880°C，進行3-7道次軋制，成品厚度80mm，終軋溫度820_860°C，軋后 空冷；(5)所述正火工序中，正火溫度為880°C 950°C，在爐時間按1.2 1. 8min/mm厚度計 算，正火處理后空冷；所述厚度為步驟(4)所述的成品厚度；(6)所述回火工序中，回火溫度不低于680°C，在爐時間按2.1 2. 5min/mm厚度計算， 回火處理后空冷；所述厚度為步驟(4)所述的成品厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特厚耐高溫壓力容器鋼及其制備方法。經(jīng)煉鋼、精煉后進行連鑄、熱軋、正火、回火；控制的鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比含量為C為0.08％-0.15％，Si為0.15％-0.40％，Mn為0.40％-0.70％，Cr為0.90％-1.20％，V為0.15％-0.30％，Mo為0.25％-0.35％，P≤0.025％，S≤0.010％，其余含量為Fe和不可避免的夾雜物。本發(fā)明的制備方法包括冶煉、加熱、粗軋、精軋、正火、回火工序；本發(fā)明具有化學(xué)成分設(shè)計配比得當，制造工藝簡單、厚度規(guī)格大(80mm)、熱強性好、產(chǎn)品性能穩(wěn)定等特點。
文檔編號B21B37/74GK102094150SQ20111005548
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者劉軍剛, 周平, 張長宏, 李文錢, 李海方, 王建景, 許寶玉, 麻衡 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司