一種臨氫設備用超大厚度鋼板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種臨氫設備用超大厚度鋼板,厚度為200mm,鋼板主體為貝氏體,鋼板的化學成分按重量百分比計為C:0.11~0.15%,Mn:0.40~0.60%,Si:0.05~0.10%,P≤0.008%,S≤0.003%,Cr:2.10~2.50%,Mo:1.00~1.10%,Ni≤0.20%,Cu≤0.20%,V:0.30~0.35%,Nb:0.03~0.05%,Sb≤0.001%,Sn≤0.001%,As≤0.001%,O≤0.002%,H≤0.0002%,Al總≤0.02%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。
【專利說明】
一種臨氫設備用超大厚度鋼板及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于煉鋼生產技術領域,具體涉及一種厚度為200mm的超大厚度臨氫設備用鋼板及生產工藝。
【背景技術】
[0002]臨氫設備是指在含有氫氣的高溫、高壓環(huán)境中使用的承壓設備,包括加氫反應器、換熱器、分離器等。隨著我國臨氫設備的規(guī)格越來越大,設備所承受的壓強也越來越大,臨氫設備用制作鋼板開始向高強度、超大厚度方向發(fā)展。
[0003]目前,鋼廠使用的200mm及以上超大厚度臨氫設備用鋼板均采用鍛造工藝生產,鍛造過程中鋼錠需要反復多次加熱,成材率較低,成本極高,且鍛造后鋼板表面質量較差需要進一步精加工,因此鍛造工藝生產超大厚度鋼板存在成本高、周期長等問題。目前,急需一種采用低成本、短周期工藝生產的該類鋼板以滿足用戶需求。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是解決現有鍛造工藝生產臨氫設備用200mm厚度鋼板成材率低、成本高、周期長的技術難題,提供一種新的臨氫設備用超大厚度鋼板及生產工藝。本發(fā)明鋼板具有超大厚度、適中的強度,優(yōu)良的低溫沖擊韌性,良好的高溫性能,優(yōu)異的抗層狀撕裂性能及焊接性能,滿足臨氫設備的要求,可應用于加氫反應器、換熱器、分離器等關鍵設備的制造。
[0005]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為:一種臨氫設備用超大厚度鋼板,鋼板的厚度最大為200mm,該鋼板的化學成分按重量百分比計為C<0.15%,Mn:0.40?0.60%,Si
<0.10%,P < 0.010%,S < 0.005%,Cr:l.50?2.50%,Μο:0.90?I.10%,Ni< 0.20%,Cu<
0.20%,V< 0.35%,Nb < 0.05%,Sb < 0.003%,Sn < 0.010%,As < 0.010%,O < 0.003%,Η<
0.0002%,Al總< 0.04%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。
[0006]優(yōu)選地,鋼板的厚度為200mm,鋼板主體組織為貝氏體,鋼板的化學成分按重量百分比計為C: 0.11 ?0.15%,Mn: 0.40?0.60%,S1: 0.05?0.10%,P < 0.008%,S < 0.003%,Cr:2.10?2.50%,Mo:1.00?1.10%,Ni<0.20%,Cu<0.20%,V:0.30?0.35%,Nb:0.03?0.05%,Sb<0.001%,Sn< 0.001%,As < 0.001%,0< 0.002%,H<0.0002%,Al總< 0.02%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。
[0007]本發(fā)明臨氫設備用超大厚度鋼板化學成分的確定原理:
C主要與其它金屬元素形成碳化物,能夠起到析出強化的作用,提高鋼板強度;Si在煉鋼時還原劑和脫氧劑,有一定的固溶強化作用;Mn起固溶強化作用,同時降低相變溫度;Ni能夠提高鋼板低溫沖擊韌性和降低韌脆轉變溫度;Cr能大幅提高的淬透性,提高鋼的強度和硬度,提高回火穩(wěn)定性,但Gr含量過高的情況下也會降低鋼的韌性和塑性;Cr與Ni形成析出相有利于鋼的高溫蠕變性能;Mo提高淬透性和回火穩(wěn)定性;V存在于碳化物中通過細化晶粒提尚鋼板強度,也可提尚洋透性;Nb主要起到細化晶粒,抑制奧氏體晶粒長大,提尚強度和低溫沖擊韌性的作用;P、s是有害元素,P增加鋼的脆性,降低鋼的焊接性能,降低塑性和冷加工性能,S降低鋼的延展性和韌性,在熱加工過程中容易造成鋼板表面的裂紋,故盡量減少P、S含量;Sb、Sn、As是有害元素,容易在晶界偏析,降低鋼的抗回火脆化性能,應盡量減少;H增加鋼的氫脆傾向,應盡量降低其含量。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供制備上述臨氫設備用超大厚度鋼板的方法,包括如下步驟:
1)冶煉:采用電弧爐冶煉然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1680?1750V時轉入VD真空脫氣爐進行脫氣處理,VD爐真空處理的真空度< 67Pa,真空保持時間為20?25min;
2)澆鑄:鋼液采用45噸扁鋼錠模進行澆鑄,過熱度為20?30°C,得到長方形斷面的鋼錠,鋼錠上口厚度1020mm,下口厚度820mm ;
3)加熱:鋼錠置于均熱爐內加熱,溫度低于1000°C時控制加熱速率不高于800C/h,均熱段溫度為1240±20°C,均熱段保溫時間16?20h,通過均熱段保溫,將鋼中的碳化物充分溶解到奧氏體中,在乳制和冷卻過程碳化物彌散析出,起到釘扎晶界,細化晶粒的作用;
4)乳制:采用二次成材,第一次將鋼錠乳制成400?450mm厚度的中間坯,第一次乳制的壓下率45?60%;
第二次將中間坯再加熱并按照二階段奧氏體控乳工藝進行乳制,第一階段為奧氏體再結晶區(qū)乳制,乳制溫度1050?1100°C,道次壓下量2 40mm,第二階段是奧氏體非再結晶區(qū)乳制,乳制溫度860±20°C,累計壓下率2 40%,乳制后得到熱乳態(tài)鋼板;
5)緩冷:鋼板乳制結束后轉至冷床在靜止空氣中冷卻,冷卻至400?500°C下線,鋼板下線后放在緩冷罩內堆緩冷,堆緩冷主要目的是擴氫和釋放乳制應力,堆緩冷時間>48h,鋼板表面溫度< 100 °C時出緩冷罩;
6)正火+淬火+回火:采用車底爐進行正火+淬火+回火連續(xù)處理,正火溫度920?950°C,保溫時間2min/mm,空冷;正火后鋼板再在車底爐上進行淬火,淬火溫度920?950 °C,保溫時間2min/mm,水冷;淬火后鋼板再在車底爐上進行回火,回火溫度715?735 °C,保溫時間2min/mm,空冷,得到成品鋼板。
[0009]冶煉工序中,電弧爐出鋼時鋼液溫度為1660?1680°C,P < 0.006%o
[0010]冶煉工序中,在真空處理前向鋼液中加入CaSi線對夾雜物進行變性處理,夾雜物變性后經過氬氣攪拌充分上浮最終進入渣中,在澆鑄前排出。
[0011]本發(fā)明化學成分設計得到組織成分為貝氏體的鋼,通過合適的化學成分設計、煉鋼工藝、控乳技術和正火+淬火+回火調質工藝,生產得到200mm厚度的鋼板。本發(fā)明采用車底爐進行正火、淬火和回火連續(xù)處理的厚度可達到200mm的鋼板,工藝新穎具有優(yōu)異的強韌性匹配,鋼板心部的強度和低溫沖擊韌性明顯提高;由于采用二階段控制乳制工藝,并控制奧氏體再結晶區(qū)乳制道次壓下量再40mm以上確保乳制力能夠滲透到坯料中心位置,充分細化組織;控制奧氏體非再結晶區(qū)累積壓下率40%以上,保證鐵素體晶粒充分細化,解決了超大厚度鋼板心部晶粒粗大、綜合性能低的問題。
[0012]現有申請公布號為CN105127687A的發(fā)明專利的鍛件加工工藝,與本申請的乳制工藝相比,鍛造成本高、周期長,產品合格率低。而申請公布號CN103882344A專利所涉及的生產工藝只能滿足10?120mm厚度加釩鉻鉬鋼板的性能,對于厚度> 120mm的鋼板則不適用于,無法保證鋼板的心部性能。
[0013]與現有技術相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)本發(fā)明制造的尚初性鋼板厚度可達200mm;
(2)代替?zhèn)鹘y鍛造工藝生產大厚度臨氫設備用鋼板相比,既節(jié)約成本,又縮短生產周期,而且顯著提高了鋼板的成材率;
(3)本申請的鋼板心部性能優(yōu)異,尤其是Z向性能得到了顯著提高,超過了35%的行業(yè)標準要求,證明本發(fā)明的鋼材具有非常高的致密性,滿足了對超大厚度鋼材心部性能的苛刻要求;
(4)鋼板心部-30°C夏比沖擊功2200J;心部晶粒度達到7.0級及以上,晶粒細小,組織均勻;經過模擬焊后熱處理后,鋼板組織保持均勻,心部拉伸和心部沖擊性能無明顯波動,完全滿足臨氫設備用鋼板要求。
[0014]提供了一種超大厚度,厚度可達200mm,室溫和高溫抗拉強度高,低溫沖擊韌性優(yōu)異,抗層狀撕裂性能良好,焊接性能好,完全能夠滿足臨氫設備的要求,可應用于石油化工行業(yè)大型加氫反應器、換熱器、合成塔、熱高壓分離器等關鍵設備的制造。
【具體實施方式】
[0015]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0016]實施例1
超大厚度臨氫設備用鋼板的厚度為200mm,其化學成分按重量百分比計為:C 0.14%,Mn0.55%,Si 0.08%,P 0.007%,S 0.001%,Cr 2.45%,Mo 1.00%,Ni 0.18%,Cu 0.06%,V 0.32%,Nb 0.036%,Sb 0.001%,Sn 0.001%,As 0.001%,O 0.0015%,H 0.00012%,Α1 總 0.016%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。
[0017]本實施例200mm厚臨氫設備用鋼板的生產方法,具體步驟為:
(I)冶煉:采用電弧爐冶煉,然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1705 °C時轉入VD真空脫氣爐進行脫氣處理,VD爐真空處理的真空度< 67Pa,保持真空時間25min。
[0018](2)澆鑄:鋼液采用45噸扁鋼錠模進行澆鑄,過熱度25°C,得到上口厚度1020mm,下口厚度820mm的鋼錠。
[0019](3)加熱:鋼錠在均熱爐內加熱,溫度低于1000°C時控制加熱速率控制在不高于80°C/h,均熱段溫度為1240±20°C,均熱段保溫時間17h。通過均熱段保溫,將鋼中的碳化物充分溶解到奧氏體中,在乳制和冷卻過程碳化物彌散析出,起到釘扎晶界,細化晶粒的作用。
[0020](4)乳制:采用二次成材,第一次將鋼錠乳制成420mm厚度的中間坯,第一次乳制的壓下率49?59%。
[0021]第二次將中間坯按照二階段控乳工藝進行乳制,第一階段為奧氏體再結晶區(qū)乳制,乳制溫度I100C,道次壓下量2 40mm,第二階段是奧氏體非再結晶區(qū)乳制,乳制溫度865°C,累計壓下率41%。
[0022](5)緩冷:鋼板乳制結束后轉至冷床在靜止空氣中冷卻,冷卻至500°C下線,鋼板下線后放在緩冷罩內堆緩冷,堆緩冷主要目的是擴氫和釋放乳制應力,堆緩冷時間>70h,鋼板表面溫度< 100 °C時出緩冷罩。
[0023 ] (6)正火+淬火+回火:采用車底爐進行正火+淬火+回火處理,正火溫度9 30 ± 1 °C,保溫時間2min/mm,冷卻方式空冷,正火后鋼板再在車底爐進行淬火,淬火溫度930±10°C,保溫時間2min/mm,冷卻方式水冷,淬火后鋼板再在車底爐進行回火,回火溫度725 ± 5°C,保溫時間2min/mm,冷卻方式空冷,得到成品鋼板。
[0024]本實施例鋼板的力學性能:供貨態(tài)鋼板心部屈服強度520MPa,抗拉強度642MPa,伸長率22%;-30°C沖擊AKV(橫向)326J 302J 316J;450°C高溫拉伸屈服強度425MPa;Z向:56%,53%,60%;晶粒度7.5級;鋼板表面硬度221HB。
[0025]最大模擬焊后熱處理條件為705°C X 32h,最大模擬焊后熱處理態(tài)鋼板心部屈服強度508MPa,抗拉強度604MPa,無明顯下降,伸長率29%;-30°C沖擊AKV(橫向)240J 232J215了;450°(:高溫拉伸屈服強度37110^;2向:64%,61%,66%;晶粒度7.5級;鋼板表面硬度209HB。
[0026]最小模擬焊后熱處理條件為705°CX8h,最小模擬焊后熱處理態(tài)鋼板心部屈服強度512MPa,抗拉強度633MPa,伸長率28%;-30°C沖擊AKV(橫向)272J 253J 230J;450°C高溫拉伸屈服強度403MPa ;Z^]: 60%,61%,59%;晶粒度7.5級;鋼板表面硬度216HB。
[0027]
實施例2
本實施例的超大厚度臨氫設備用鋼板的厚度為200_,其化學成分按重量百分比計為:C 0.15%,Mn 0.53%,Si 0.09%,P 0.006%,S 0.001%,Cr 2.43%,Mo 1.05%,Ni 0.17%,Cu
0.06%,V 0.31%,Nb 0.037%,Sb 0.001%,Sn 0.001%,As 0.001%,O 0.0018%,H 0.00012%,Al總0.014%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。
[0028]本實施例的超大厚度臨氫設備用鋼板的生產方法,具體步驟為:
(I)冶煉:采用電弧爐冶煉,然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1710 °C時轉入VD真空脫氣爐進行脫氣處理,VD爐真空處理的真空度< 67Pa,保持真空時間23min。
[0029](2)澆鑄:鋼液采用45噸扁鋼錠模進行澆鑄,過熱度25°C,得到上口厚度1020mm,下口厚度820mm的鋼錠。
[0030](3)加熱:鋼錠在均熱爐內加熱,溫度低于1000°C時控制加熱速率小于80°C/h,均熱段溫度設定為1240±20°C,均熱段保溫時間20h,通過均熱段保溫,將鋼中的碳化物充分溶解到奧氏體中,在乳制和冷卻過程碳化物彌散析出,起到釘扎晶界,細化晶粒的作用。[0031 ] (4)乳制:采用二次成材,第一次將鋼錠乳制成450mm厚度的中間坯,第一次乳制的壓下率45?56%。
[0032]第二次將中間坯按照二階段奧氏體控乳工藝進行乳制,第一階段為奧氏體再結晶區(qū)乳制,乳制溫度1080°C,道次壓下量2 40mm,第二階段是奧氏體非再結晶區(qū)乳制,乳制溫度870 °C,累計壓下率44%。
[0033](5)緩冷:鋼板乳制結束后轉至冷床在靜止空氣中冷卻,冷卻至490°C下線,鋼板下線后放在緩冷罩內堆緩冷,堆緩冷時間72h,鋼板表面溫度< 100°C時出緩冷罩。
[0034](6)正火+淬火+回火:采用車底爐進行正火+淬火+回火連續(xù)熱處理,正火溫度940土 10 °C,保溫時間2min/mm,冷卻方式空冷;正火后鋼板再在車底爐進行淬火,淬火溫度940± 10°C,保溫時間2min/mm,冷卻方式水冷;淬火后鋼板再在車底爐進行回火,回火溫度720± 5 °C,保溫時間2min/mm,冷卻方式空冷,得到成品鋼板。
[0035]本實施例鋼板的力學性能:供貨態(tài)鋼板心部屈服強度531MPa,抗拉強度656MPa,伸長率22%;-30°C沖擊AKV(橫向)311J 301J 309J;450°C高溫拉伸屈服強度420MPa;Z向:52%,50%,50% ;晶粒度7.0級;鋼板表面硬度219HB。
[0036]最大模擬焊后熱處理條件為705°C X 32h,最大模擬焊后熱處理態(tài)鋼板心部屈服強度503MPa,抗拉強度61MPa,伸長率25%; -30°C沖擊AKV(橫向)206J 238J 216J; 450°C高溫拉伸屈服強度383MPa; 2向:60%,59%,62%;晶粒度7.0級;鋼板表面硬度206HB。
[0037]最小模擬焊后熱處理條件為705°C XSh,最小模擬焊后熱處理態(tài)鋼板心部屈服強度51MPa,抗拉強度635MPa,伸長率25%; -30°C沖擊AKV(橫向)265J 248J 251J; 450°C高溫拉伸屈服強度399MPa; Z向:63%,67%,65% ;晶粒度7.0級;鋼板表面硬度212HB。
[0038]除上述實施例外,本發(fā)明還包括有其他實施方式,凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案,均應落入本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種臨氫設備用超大厚度鋼板,其特征在于:鋼板的厚度最大為200mm,該鋼板的化學成分按重量百分比計為C < 0.15%,Mn:0.40?0.60%,Si < 0.10%,P < 0.010%,S < 0.005%,Cr: 1.50?2.50%,Μο:0.90?1.10%,Ni < 0.20%, Cu < 0.20%, V < 0.35%,Nb < 0.05%, Sb <0.003%,Sn < 0.010%,As <0.010%,O < 0.003%,H < 0.0002%,Al總< 0.04%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。2.根據權利要求1所述的臨氫設備用超大厚度鋼板,其特征在于:鋼板的厚度為200mm,鋼板主體為貝氏體,鋼板的化學成分按重量百分比計為C: 0.11?0.15%,Mn:0.40?0.60%,S1:0.05?0.10%,P<0.008%,S<0.003%,Cr:2.10?2.50%,Mo:I.00?I.10%,Ni<0.20%,Cu<0.20%,V:0.30?0.35%,Nb:0.03?0.05%,Sb < 0.001%,Sn < 0.001%,As <0.001%,0<0.002%,H < 0.0002%,Al總< 0.02%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。3.—種制備權利要求1或2所述臨氫設備用超大厚度鋼板的方法,其特征在于:包括如下步驟 1)冶煉:采用電弧爐冶煉然后進行LF精煉爐精煉,鋼液溫度達到1680?1750V時轉入VD真空脫氣爐進行脫氣處理,VD爐真空處理的真空度< 67Pa,真空保持時間為20?25min; 2)澆鑄:鋼液采用45噸扁鋼錠模進行澆鑄,過熱度為20?30°C,得到長方形斷面的鋼錠,鋼錠上口厚度1020mm,下口厚度820mm ; 3)加熱:鋼錠置于均熱爐內加熱,溫度低于10000C時控制加熱速率不高于800C/h,均熱段溫度為1240 ± 20 °C,均熱段保溫時間16?20h; 4)乳制:采用二次成材,第一次將鋼錠乳制成400?450mm厚度的中間坯,第一次乳制的壓下率45?60%; 第二次將中間坯再加熱并按照二階段奧氏體控乳工藝進行乳制,第一階段為奧氏體再結晶區(qū)乳制,乳制溫度1050?1100°C,道次壓下量2 40mm,第二階段是奧氏體非再結晶區(qū)乳制,乳制溫度860±20°C,累計壓下率2 40%,乳制后得到熱乳態(tài)鋼板; 5)緩冷:鋼板乳制結束后轉至冷床在靜止空氣中冷卻,冷卻至400?500°C下線,鋼板下線后放在緩冷罩內堆緩冷,堆緩冷主要目的是擴氫和釋放乳制應力,堆緩冷時間>48h,鋼板表面溫度< 100 °C時出緩冷罩; 6)正火+淬火+回火:采用車底爐進行正火+淬火+回火連續(xù)處理,正火溫度920?950°C,保溫時間2min/mm,空冷;正火后鋼板再在車底爐上進行淬火,淬火溫度920?950 °C,保溫時間2min/mm,水冷;淬火后鋼板再在車底爐上進行回火,回火溫度715?735 °C,保溫時間2min/mm,空冷,得到成品鋼板。4.根據權利要求3所述的臨氫設備用超大厚度鋼板的制備方法,其特征在于:冶煉工序中,電弧爐出鋼時鋼液溫度為1660?1680°C,P < 0.006%o5.根據權利要求3所述的臨氫設備用超大厚度鋼板的制備方法,其特征在于:冶煉工序中,在真空處理前向鋼液中加入CaSi線對夾雜物進行變性處理,夾雜物變性后經過氬氣攪拌充分上浮最終進入渣中,在澆鑄前排出。
【文檔編號】C22C38/18GK105861941SQ201610241717
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】張建, 李經濤, 孟憲震, 劉海寬, 高助忠, 吳小林, 林濤, 趙琳, 張軍, 徐偉, 周海燕, 惲鵬程
【申請人】江陰興澄特種鋼鐵有限公司