具有良好的低溫高韌性正火型高強(qiáng)度壓力容器鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低合金鋼制造領(lǐng)域，具體地指一種具有良好的低溫高韌性正火型高強(qiáng) 度壓力容器鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)壓力容器的需求呈現(xiàn)出高參數(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì)，這些 壓力容器具有兩個(gè)方面的特征之一：
[0003] 1)先進(jìn)技術(shù)和工藝的使用、原料的多樣化和劣化，使壓力容器服役條件極端化，表 現(xiàn)為更高的壓力、更低的溫度；
[0004] 2)為提高經(jīng)濟(jì)效益，促使極端尺寸的壓力容器出現(xiàn)，表現(xiàn)為更大直徑、更薄壁厚、 更大的長(zhǎng)度或高度。
[0005] 微合金化高強(qiáng)度低合金鋼的屈服強(qiáng)度是熱軋可焊接碳素鋼的2~3倍。通過(guò)代換 可以達(dá)到的重量降低不僅取決于強(qiáng)度的差別，也取決于加載方式，對(duì)拉伸的連續(xù)加載，重量 的降低與強(qiáng)度的差別成正比。屈服強(qiáng)度提高一倍，則鋼的重量可以降低50%。如果把安全 系數(shù)考慮在內(nèi)，可以認(rèn)為低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度是碳素鋼的兩倍，所以重量至少可將25%。 這種高強(qiáng)替代普通碳素鋼的方法對(duì)生產(chǎn)這和用戶都用經(jīng)濟(jì)上的吸引力，一方面生產(chǎn)廠因節(jié) 約成本而產(chǎn)生與減重成正比的收益關(guān)系而更青睞帶有附加值的微合金鋼，而對(duì)用戶來(lái)說(shuō)， 用高強(qiáng)微合金化鋼替代不同碳素鋼，可降低生產(chǎn)成品的材料費(fèi)用。
[0006] 目前的屈服強(qiáng)度不小于460MPa，抗拉強(qiáng)度不小于630MPa，屈強(qiáng)比< 0. 80的高強(qiáng)高 韌性壓力容器用鋼無(wú)法通過(guò)熱軋工藝、TMCP+回火工藝或離線的淬火+回火工藝實(shí)現(xiàn)，這是 因?yàn)門(mén)MCP+回火及離線淬火+回火工藝生產(chǎn)的低合金高強(qiáng)度鋼普遍存在屈強(qiáng)比> 0. 85的 現(xiàn)象，無(wú)法滿足該類鋼的設(shè)計(jì)要求，而熱軋鋼板強(qiáng)度雖然能實(shí)現(xiàn)屈強(qiáng)比< 0. 80要求，但是 熱軋態(tài)鋼板的低溫沖擊韌性普遍較低，無(wú)法滿足壓力容器低溫?cái)嗔秧g性的要求。
[0007] 普通的低合金正火壓力容器鋼的含碳量雖然不高，但是合金元素的含量較多，這 類鋼的淬硬傾向比熱軋鋼要大些，焊接冷裂紋比碳素鋼敏感，一般鋼材隨著強(qiáng)度級(jí)別的提 高焊接冷裂紋敏感性增大。低合金正火鋼焊接接頭的熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)是焊接接頭的薄 弱區(qū)。低合金正火鋼焊接時(shí)，當(dāng)熱輸入量較大時(shí)，會(huì)使氮化鈦、碳化鈦等難熔質(zhì)點(diǎn)溶入奧氏 體，不僅會(huì)使熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，還會(huì)在過(guò)熱區(qū)出現(xiàn)上貝氏體，M-A組元等，再 加上粗晶區(qū)金屬碳、氮固溶量增多，從而使過(guò)熱區(qū)脆化、時(shí)效敏感性增大、焊接接頭的韌性 下降。但是本發(fā)明鋼的焊接解決了不同低合金正火壓力容器鋼的焊接性能、特別是焊接接 頭的薄弱區(qū)。
[0008][0009][0010] 申請(qǐng)?zhí)枮?00710113574.X的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種低溫壓力容器用鋼板及其 生產(chǎn)方法，并未提及該發(fā)明鋼的焊接性能。
[0011] 申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010200825.X的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種正火型高強(qiáng)度壓力容器 鋼的制造方法，抗拉強(qiáng)度級(jí)別570MPa，且未提及該發(fā)明鋼的焊接性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種具有良好的低溫高韌性正火型高強(qiáng)度 壓力容器鋼板及其制造方法。該鋼板為一種V-Nb-N合金系的具有良好的低溫高韌性正 火型高強(qiáng)度壓力容器鋼板，該鋼板的屈服強(qiáng)度彡460MPa，抗拉強(qiáng)度630~725MPa，延伸率 彡22 %，屈強(qiáng)比< 0.85,并具有良好焊接性能。
[0013] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種具有良好的低溫高韌性正火型高強(qiáng)度壓 力容器鋼板，所述鋼板的化學(xué)成分重量百分比包括C:0. 10~0. 22%、Si彡0. 40%、Mn: 1. 10 ~1. 80%、P彡 0? 015%、S彡 0? 010%、Ni彡 0? 40%、Nb彡 0? 035%、V彡 0? 17%、N: 0. 0070~0. 0190% ;A1s:0~0. 025%和Ti:0~0. 018% ;其余量為Fe及不可避免的夾 雜；同時(shí)：3. 5 彡（V+Ti+Nb)/N彡 15,Ti+NV(3. 5N)彡C+V+2Ti彡 5VAC+V+Nb)。
[0014] 進(jìn)一步地，所述鋼板的化學(xué)成分重量百分比包括C:0. 15~0.22%、Si:0. 10~ 0? 40%、Mn:1. 50 ~1. 74%、P彡 0? 015%、S彡 0? 010%、Ni:0? 10 ~0? 40%、Nb:0? 015 ~ 0? 035%、V:0? 08 ~0? 17%、N:0? 090 ~0? 0190% ;A1 s:0 ~0? 025%和Ti:0 ~0? 018%。
[0015] 再進(jìn)一步地，所述鋼板的化學(xué)成分重量百分比包括C:0. 18%、Si:0. 15%、Mn: 1. 60%,P0. 008%,S^ 0. 003%,Ni：0. 30%,Nb：0. 03%,V：0. 10%,N：0. 0120% ；A1 3:0.021%和11:0.012%。再進(jìn)一步地，所述鋼板的力學(xué)性能 ：屈服強(qiáng)度彡46010^，抗拉強(qiáng) 度630~725MPa，屈強(qiáng)比彡0. 85,延伸率彡22%，鋼板橫向-50°CKV2> 150J，焊接熱影響 區(qū)-50°CCTODS〇. 70mm，金相組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度達(dá)到10~13級(jí)。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種具有良好的低溫高韌性正火型高強(qiáng)度壓力容器鋼板的制備 方法，包括以下步驟：
[0017] 1)經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉實(shí)現(xiàn)釩微合金化、鋼包爐底吹氮?dú)馍郎?、真空去除氣體夾雜并控制 鋼中N含量的水平實(shí)現(xiàn)釩氮微合金化，經(jīng)連鑄成坯后，對(duì)鑄坯加熱，控制加熱溫度為1100~ 1230°C，控制加熱速率為8~14min/cm;
[0018] 2)進(jìn)行熱軋，控制開(kāi)軋溫度不低于1070°C，控制最后三道次累計(jì)壓下率不低于 30% ;控制終軋溫度不低于850°C;
[0019] 3)采用正火工藝進(jìn)行熱處理，控制正火溫度在860~940°C，并保溫，保溫時(shí)間： 30~40min+以毫米為單位的板厚X1分鐘/mm。
[0020] 本發(fā)明的主要元素的作用有如下特征：
[0021] C:0.15 ~0.22%
[0022] C是鋼中不可缺少的提高鋼材強(qiáng)度的元素之一，隨著碳含量的增加，鋼種？6不增 加，淬硬性也增加，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度回提高，二延伸率缺口沖擊韌性回下降。碳含 量每增加0. 1 % ;抗拉強(qiáng)度大約提高90MPa，屈服強(qiáng)度大約提高40-50MPa。但是，隨著碳含 量增加，鋼材的延伸率和沖擊韌性下降，尤其是低溫韌性下降的幅度更大。而且，焊接C含 量較高的鋼材時(shí)，在焊接熱影響區(qū)還會(huì)出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象，這將加劇焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂的傾向。鋼 中C含量在不大于0. 22%的范圍內(nèi)時(shí)，既可提高鋼的強(qiáng)度有適合生產(chǎn)操作，提高其在工業(yè) 生產(chǎn)中的適用性和可行性。
[0023] Si:0? 10 ~0? 40%
[0024] Si能降低鋼中碳的石墨化傾向，并以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，但Si會(huì)加劇雜 質(zhì)元素在晶界的偏聚，故其含量不宜高，一面降低鋼的韌性和焊接性。
[0025] Mn:1. 50 ~1. 74%
[0026]Mn對(duì)提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著地作用。含1%的Mn約可提高抗拉 強(qiáng)度lOOMPa。一般說(shuō)來(lái)，Mn含量在2%以下對(duì)提高焊縫金屬的韌性是有利的，因此，在低碳 尚強(qiáng)度鋼中，普遍提尚Mn的含量，最尚可達(dá)2%。另外，Mn還能提尚Nb、V等在鋼中的溶解 度。但Mn有促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的作用，對(duì)過(guò)熱較敏感，故應(yīng)控制鋼中Mn含量在1.50-1. 70%以 內(nèi)。
[0027] P^ 0. 015%,S^ 0. 010%
[0028] 由于鋼中的P、S含量必須控制在較低的范圍，只有冶煉純凈鋼，才能保證本發(fā)明 鋼的性能。
[0029] Ni:0? 10 ~0? 40%
[0030] Ni具有一定的強(qiáng)化作用，加入1%的Ni可提高鋼材強(qiáng)度約20MPa。Ni還能顯著地 改善鋼材的韌性，特別是低溫韌性。鋼中加入Ni，無(wú)論是基材，還是焊接熱影響區(qū)的低溫韌 性都明顯提高。但Ni含量過(guò)高時(shí)，會(huì)造成軋制時(shí)鋼板氧化鐵皮難以脫落且增加生產(chǎn)成本， 本發(fā)明鋼將其控制在〇. 10~〇. 40%。
[0031] V:0.08 ~0.17
[0032] V是強(qiáng)烈的碳氮化物形成元素，它通過(guò)形成碳化物組織奧氏體晶粒長(zhǎng)大而細(xì)化晶 粒，提高鋼材的常溫和高溫強(qiáng)度。V能促進(jìn)珠光體的形成，還能細(xì)化鐵素體板條。碳氮化釩 相對(duì)較高的溶解度加上氮化釩的溶解度遠(yuǎn)低于碳化釩，使得釩成為一種容易控制且其有強(qiáng) 烈沉淀強(qiáng)化作用的元素，因?yàn)閂N和VC溶解度的差異使得N成為釩鋼中一個(gè)重要