本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，尤其涉及一種低成本高韌性低溫容器用厚鋼板的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國液氮、液氧、液氬、液氫、液氦、液態(tài)乙烯、液化天然氣、液態(tài)co2等低溫液體的應(yīng)用領(lǐng)域和使用區(qū)域的不斷擴大，進(jìn)一步促進(jìn)了我國低溫壓力容器的發(fā)展，使低溫容器成為一個新興的行業(yè)。尤其是氨分離器、高壓氮氣儲罐、二氧化碳低溫儲罐和乙烯低溫儲罐等低溫壓力容器在化工領(lǐng)域的應(yīng)用，大大提高我國化工行業(yè)的生產(chǎn)、貯存、運輸能力，同時也節(jié)約了生產(chǎn)成本，為國民經(jīng)濟健康全面發(fā)展提供了極大的便利條件。

正是由于低溫技術(shù)與設(shè)備的不斷進(jìn)步，在有利地促進(jìn)了低溫壓力容器發(fā)展的同時，也對低溫壓力容器用鋼提出了更高的要求。在保證低溫壓力容器用鋼具有良好低溫沖擊韌性和較低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的同時，還要求在低溫下具有足夠高的強度、對介質(zhì)的耐腐蝕性能及良好的焊接和冷、熱加工工藝的性能。

近年來隨著我國大型乙烯、合成氨等工程的快速發(fā)展，-100℃～-20℃低溫用鋼的需求日趨迫切，特別是厚度規(guī)格在80mm以上的低合金鋼板更是被廣泛用于大型石化裝備的制造。而用于低溫壓力容器 制造的厚規(guī)格低合金鋼板為滿足裝備日益嚴(yán)酷的低溫服役環(huán)境，一種方法是采用添加大量的ni元素，例如美國和日本近50年來一直將2.3％ni鋼用于-70℃環(huán)境；另一種方法就是為保證壓縮比，采用大型特厚鋼錠生產(chǎn)，例如我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)含0.5％ni含量的100mm厚09mnnidr鋼板，一般均采用鋼錠進(jìn)行生產(chǎn)。通過以上兩種方法，可以看出現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)80mm以上低溫容器用鋼成本均較高，并且鋼板內(nèi)部質(zhì)量和厚度方向性能余量不大，尤其是-70～-80℃低溫下沖擊試樣晶狀斷面率大多在50％以上，難以滿足大型石化設(shè)備服役環(huán)境日益低溫化。

《一種120mm低溫壓力容器鋼16mndr厚板及其生產(chǎn)方法》(申請?zhí)枺?01110176655.0)，公開了一種120mm低溫壓力容器鋼16mndr厚板，所述厚板包含化學(xué)成分：c0.10～0.17、si0.25～0.45、mn：1.10～1.40、p≤0.015、s≤0.005、als：0.015～0.055、nb：0.015～0.045、ti：0.010～0.020，其它為fe和殘留元素。通過kr鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、lf精煉、vd精煉、模鑄、加熱、控軋控冷、堆冷、熱處理工藝，在保證16mndr成分的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制鋼中p、s等影響鋼板塑韌性的有害元素含量，同時嚴(yán)格控制軋鋼的加熱制度，軋制過程中嚴(yán)格控制終軋溫度、返紅溫度及冷卻速度，采用鋼板堆垛緩冷等方法，從而保證了16mndr鋼種120mm厚度鋼板的各項性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。不足之處在于，該對比文件首先采用模鑄工藝生產(chǎn)，鋼板成材率較低，大幅度提高鋼板的制造成本，同時由于設(shè)計的化學(xué)成分沒有添加ni元素，造成鋼板沖擊功均在200j以 下，難以保證鋼板在-30℃低溫下的晶狀斷面率在50％以下，另外，該對比文件涉及的產(chǎn)品一級探傷合格率僅為80％，也處于較低水平。

《低成本高韌性低溫壓力容器鋼及其制造方法》(申請?zhí)枺?01210113792.4)公開了一種低成本高韌性低溫壓力容器鋼及其制造方法，包括下述重量百分比含量的化學(xué)成分組成：c0.05～0.10％，si0.20～0.30％，mn1.35～1.50％，p≤0.012％，s≤0.005％，ni0.30～0.40％，cr0.05～0.10％，nb0.02～0.03％，v0.005～0.015％，b0.0003～0.0010％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明通過合理的成分設(shè)計，采用控軋控冷和正火(或正火加回火)工藝，制得的鋼板厚度為12～80mm，組織為鐵素體加珠光體，屈服強度≥340mpa，抗拉強度≥475mpa，-80℃沖擊功＞200j。該對比文件主要采用連鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品厚度規(guī)格在80mm以下，難以滿足大型石化設(shè)備需求，并且80mm厚鋼板強度也相對偏低，在490mpa以下，并且沒有體現(xiàn)鋼板厚度方向性能。

基于以上原因，在采取提高鋼板成材率大幅度降低鋼板制造成本的同時，通過優(yōu)化化學(xué)成分和制定合理的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)一種既保證鋼板內(nèi)部質(zhì)量和厚度方向性能，并且在-80℃沖擊試樣晶狀斷面率在30％以下的低成本高韌性低溫容器用厚鋼板，來滿足大型石化設(shè)備的制造要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述問題和不足而提供一種低成本高韌性低溫容器用厚鋼板及其生產(chǎn)方法,通過優(yōu)化鋼的化學(xué)成分和采用先 進(jìn)的生產(chǎn)工藝能生產(chǎn)厚度規(guī)格85-120mm，能滿足-80℃低溫沖擊、內(nèi)部質(zhì)量以及具有優(yōu)良z向性能要求的低溫容器用厚鋼板。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種低成本高韌性低溫容器用厚鋼板，該鋼板的成分按重量百分比計如下：0.07-0.10％的c；0.15-0.35％的si；1.30-1.60％的mn；≤0.010％的p；≤0.003％的s；0.025-0.050％的al；0.005-0.010％的v；0.005-0.010％的nb；1.50-2.30的ni；其余含量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明成分設(shè)計理由如下：采用上述成分設(shè)計理由如下：

c：c為鋼中的重要元素，在鋼的組織沒有變化的情況下，鋼的強度和硬度隨著碳含量的增加而增加，但碳含量過高，會明顯地降低鋼的韌性和塑性，同時導(dǎo)致鋼的焊接性能顯著下降。為了保證鋼板在使用過程中良好的低溫沖擊韌性，和焊接性能，因此本發(fā)明要求鋼中c含量宜控制在0.07-0.10％范圍內(nèi)。

si：當(dāng)鋼中si的含量小于0.5％時，為有益元素。si溶于鐵素體后有很強的固溶強化作用，能顯著提高鋼的強度和硬度，但si提高鋼的時效敏感性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，為使鋼板具有良好的強韌性匹配，本發(fā)明要求鋼中si含量控制在為0.15-0.35％。

mn：鋼中mn元素能通過固溶強化的方式強化鐵素體，可以提高鋼的淬透性，在非調(diào)質(zhì)鋼中mn一定程度提高鋼的沖擊功，因此要求鋼中mn含量控制在1.30-1.60％范圍內(nèi)。

al：鋼中加入少量al元素能有效細(xì)化奧氏體晶粒，從而細(xì)化了 鐵素體晶粒和組織，提高鋼的沖擊韌性，但是al缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此本發(fā)明要求鋼中al含量為0.025-0.050％。

v、nb：鋼中v和c形成的vc質(zhì)點，能有效地細(xì)化晶粒，提高鋼的抗拉強度和屈服點，尤其是提高鋼的高溫強度；鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。因此鋼中加入v、nb的范圍為0.005-0.010％。

ni：鎳通過降低鋼種位錯運動阻力，使應(yīng)力松弛，進(jìn)而改變基體組織的亞結(jié)構(gòu)，從而提高鋼的韌度，因此鋼中加入ni的范圍為1.50-2.30％。

p：磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此要求鋼中的p含量越低越好，本發(fā)明要求低于0.010％。

s：硫在通常情況下是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性。所以通常要求硫含量小于0.055％，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040％。因此本發(fā)明要求鋼中s含量應(yīng)限制在0.003％以下。

一種低成本高韌性低溫容器用厚鋼板的生產(chǎn)方法，經(jīng)鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理和連鑄后；連鑄坯在保溫后采取縱鍛+橫鍛方式進(jìn)行鍛造，連鑄坯加熱溫度1250℃以上，保溫時間16h以上，鍛造后鋼坯最小斷面280mm，最大程度地消除中心疏松，減輕中心偏析，形成鍛造鋼坯，然后進(jìn)行表面清理；清理后的鍛造鋼坯采用兩階段控制軋制，開軋溫度≥1050℃，二開軋溫度≤900℃，終軋 溫度≤900℃，軋后自然冷卻至室溫。

鋼板軋后采用正火熱處理工藝，熱處理工藝為：正火溫度900±15℃保溫時間2～4min/mm；得到細(xì)致、均勻的鐵素體加珠光體體組織，并使鋼板具有良好的低溫韌性、內(nèi)部質(zhì)量以及優(yōu)良的厚度方向性能。

應(yīng)用本發(fā)明生產(chǎn)的鋼板厚度為85-120mm，有益效果如下：

(1)本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過化學(xué)成分優(yōu)化和生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)計，具有優(yōu)良的低溫韌性指標(biāo)。鋼板經(jīng)鍛造+軋制+正火處理后-80℃沖擊吸收能量同樣保持在較高的水平。

(2)本發(fā)明采用的生產(chǎn)工藝在保證產(chǎn)品綜合性能要求的同時，可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，尤其對厚度規(guī)格100mm以上的產(chǎn)品，與模鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，主要通過提高成材率顯著降低生產(chǎn)成本。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明實施例根據(jù)技術(shù)方案的組分配比，經(jīng)鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理、連鑄、鍛造、軋制、熱處理。本發(fā)明實施例鋼的成分見表1。

表1本發(fā)明實施例鋼的成分

實施例1：

本實施例的生產(chǎn)方法：包括鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理、連鑄(連鑄坯斷面250mm)、鍛造、軋制成品鋼板規(guī)格為85mm、熱處理。本發(fā)明實施例1鍛造工藝見表2，本發(fā)明實施例1軋制及熱處理工藝見表3，本發(fā)明實施例1力學(xué)性能分別見表4。

表2本發(fā)明實施例1鍛造工藝

表3本發(fā)明實施例1軋制及熱處理工藝

表4本發(fā)明實施例1力學(xué)性能

85mm規(guī)格鋼板經(jīng)過正火，各項性能指標(biāo)完全滿足要求，同時鋼板具有良好韌性和強度匹配，并且完全低溫容器用厚鋼板嚴(yán)格的無損檢測和焊接性能要求。

實施例2

本實施例的生產(chǎn)方法，包括鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理、連鑄(連鑄坯斷面300mm)、鍛造、軋制成品鋼板規(guī)格為100mm、熱處理。本發(fā)明實施例2鍛造工藝見表5，本發(fā)明實施例2軋制及熱處理工藝見表6，本發(fā)明實施例2力學(xué)性能分別見表7。

表5本發(fā)明實施例2鍛造工藝

表6本發(fā)明實施例2軋制及熱處理工藝

表7本發(fā)明實施例2力學(xué)性能

100mm規(guī)格鋼板經(jīng)過正火，各項性能指標(biāo)完全滿足要求，同時鋼板具有良好韌性和強度匹配，并且完全低溫容器用厚鋼板嚴(yán)格的無損檢測和焊接性能要求。

實施例3

本實施例的生產(chǎn)方法，包括鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、真空處理、連鑄(連鑄坯斷面300mm)、鍛造、軋制成品鋼板規(guī)格為120mm、熱處理。本發(fā)明實施例3鍛造工藝見表8，本發(fā)明實施例3軋制及熱處理工藝見表9，本發(fā)明實施例3力學(xué)性能分別見表10。

表8本發(fā)明實施例3鍛造工藝

表9本發(fā)明實施例3軋制及熱處理工藝

表10本發(fā)明實施例3力學(xué)性能

120mm規(guī)格鋼板經(jīng)過正火，各項性能指標(biāo)完全滿足要求，同時鋼板具有良好韌性和強度匹配，并且完全低溫容器用厚鋼板嚴(yán)格的無損檢測和焊接性能要求。