一種高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板，該鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為C 0.14?0.18%，Si 0.25?0.35%，Mn 0.75?0.85%，Mo 0.25?0.35%，Al 0.02?0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%，Cr ≤0.20%，Ni 0.20?0.30%，Nb：0.010?0.020%和/或Ti：0.010?0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，碳當量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36?0.40。工制造藝流程為轉(zhuǎn)爐?LF精煉?真空脫氣?連鑄?緩冷?加熱?軋制?控冷?緩冷?熱處理?精檢?探傷?性能檢驗?包裝入庫。本申請鋼板具有較高的高溫強度，同時具有較好的低溫沖擊韌性，較低的碳當量，焊接性能優(yōu)良，鋼板為鐵素體+珠光體組織，正火態(tài)交貨。
【專利說明】
-種高溫高強度、低溫沖擊初性優(yōu)良的含Mo鋼板及其制造 方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于冶金鋼板技術領域，具體設及一種在高溫環(huán)境下仍具有較高強度，同 時低溫沖擊初性優(yōu)良的含Mo鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 含Mo的合金鋼板，且正火態(tài)交貨，主要應用于壓力容器、汽輪機、冶金機械等領域， 與其他普通C-Mn鋼鐵材料比較，其適用溫度范圍廣，尤其是高溫適應范圍更廣；與常規(guī)Cr- Mo鋼比較，具有生產(chǎn)容易，交貨期短、成本低、應用領域廣泛的優(yōu)勢；與調(diào)質(zhì)鋼板比較，正火 態(tài)鋼板材料生產(chǎn)過程中更節(jié)省能源，鋼板焊接后性能更穩(wěn)定。
[0003] 目前，高溫環(huán)境下仍保持高強度的含Mo合金鋼板所制造的設備，主要應用于高溫 環(huán)境，尤其是400-500°C高溫環(huán)境，一般要求相應的鋼板要保證足夠的高溫拉伸性能;但對 于沖擊初性，則W〇°C或20°C要求為主。一般而言，高溫下鋼板具有良好的沖擊初性;但設備 在寒冷地區(qū)的冬季也會不可避免的會發(fā)生故障，或進行停車檢修等操作，此時設備處于停 機狀態(tài)下，鋼板溫度迅速恢復在環(huán)境溫度，若鋼板的低溫沖擊初性較低則極容易出現(xiàn)冷裂 紋的問題。因此，產(chǎn)品設計單位、機械制造廠家W及設備使用廠家也開始關注高溫作業(yè)鋼板 的低溫(-20°C)初性，并對鋼板的低溫沖擊功的提出了更加具體要求。
[0004] 對于高溫作業(yè)的鋼板，由于Mo的存在，有利于提升和穩(wěn)定鋼板的高溫性能，使鋼板 在高溫條件下仍具有較高的強度，尤其是抗蠕變性能，但一定的Mo含量卻對鋼板低溫沖擊 性能極不利，嚴重惡化鋼板的低溫沖擊初性，兩者矛盾。理論上，通過添加功能性合金能夠 提高低溫初性，但是合金的添加會造成鋼材的碳當量過高，影響鋼板的焊接性能。因此，鋼 板的高溫強度、低溫沖擊初性、焊接性能等需要綜合考慮，W滿足在寒冷地區(qū)作業(yè)的高溫設 備所用鋼板之需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術提供一種具有高溫高強度、低溫沖擊初性優(yōu)良 的含Mo鋼板，鋼板的化學成分基于化10028標準，并在此基礎上進行了創(chuàng)造性改善，該鋼板 含有0.25~0.35%的Mo含量，通過其他微合金化作用，采用合理的社制及熱處理手段，正火 態(tài)交貨，所得到的鋼板具有高溫強度高、低溫沖擊初性優(yōu)良及碳當量低便于焊接的綜合性 能，可廣泛應用于低溫環(huán)境下使用的高溫作業(yè)壓力容器、汽輪機、冶金機械等領域。
[0006] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為:一種高溫高強度、低溫沖擊初性優(yōu)良 的含Mo鋼板，該鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為C 0.14-0.18%，Si 0.25-0.35%，Mn 0.75-0.85%,Mo 0.25-0.35%,Al 0.02-0.05%,P ^0.012%,S ^0.005%,Cu ^0.20%, Cr 《0.20%，Ni 0.20-0.30%，抓:0.0 lO-0.020%和/或Ti : 0.0 lO-0.025%，余量為Fe及不可避免 的雜質(zhì)，碳當量〔69=[〔+]?11/6+(化+]\1〇+￥)/5+(化+〇1)/15]*100%，〔69介于0.36-0.40。
[0007] 上述鋼板厚度方向1/4處及1/2處橫向沖擊試樣的-20°C低溫沖擊功>31J;鋼板 500°C高溫拉伸屈服強度> 200MPa。
[000引優(yōu)選地，該鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為C: 0.16%，Si : 0.30%，Mn: 0.82%，Mo: 0.300/0，Al:0.0300/0，P:0.0120/0，S:0.0020/0，N: 0.0040/0，Cr:0.040/0，Cu:0.020/0，Ni:0.270/0,師： 0.018%，余量為化及不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 優(yōu)選地，該鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為：0.16%，Si : 0.30%，Mn: 0.80%，M〇 : 0.30〇/〇，Al:0.033〇/〇，P:0.01P/〇，S:0.002〇/〇，N: 0.004〇/〇，Cr:0.04〇/〇，Cu:0.02〇/〇，Ni:0.27〇/〇，Ti: 0.020%，余量為化及不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 鋼板化學成分的設計原理如下 由碳當量公式可知，C、Mn對Ceq的貢獻系數(shù)較高，為改善鋼板焊接性能，同時為了保證 鋼板強度，本發(fā)明嚴格設計C與Mn成分范圍的上限與下限。
[0011] OC含量的確定 考慮到鋼的塑性、初性、沖擊性能和焊接性，C含量不宜過高，選用低碳較合適。本發(fā)明C 含量的范圍確定為0.14-0.18%，優(yōu)選，0.16-0.18〇/〇; 2) Si含量的確定 此處的Si為強化鐵素體，可提高材料的基體強度，對材料抗拉強度有貢獻，但過高含量 的Si對鋼板表面涂覆性能不利。本發(fā)明的Si含量范圍確定為0.25-0.35%; 3) Mn含量的確定 由碳當量公式可W看出，Mn的系數(shù)較高，對焊接性能的害處較大;但Mn元素能有效提升 鋼板的強度，本發(fā)明Mn含量的范圍確定為0.75-0.85%; 4) Mo含量的確定 Mo存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強化作用，能改善鋼的熱穩(wěn)定性，在高溫時保 持足夠的強度和抗蠕變能力;對正火態(tài)鋼板而言，過量的Mo能使組織從珠光體形態(tài)向貝氏 體形態(tài)轉(zhuǎn)變。本發(fā)明Mo含量的范圍確定為0.25-0.35%。
[0012] 5)A1含量的確定 添加Al元素主要是用來細化晶粒。本發(fā)明Al含量的范圍確定為0.02-0.05%。
[0013] 6)P、S含量的確定 硫在鋼中常W硫化鐵的形式存在，并呈網(wǎng)狀分布在晶粒邊界，因而顯著地降低鋼的初 性;鋼材中的憐能全部溶于鋼中，使其在室溫下的強度升高，塑性降低，產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象。本發(fā) 明p、S含量的范圍確定為P《0.012%，S《0.005〇/〇。
[0014] 7)Nb、Ti含量的確定 Nb、Ti均是微合金元素，在鋼中與C、N等元素形成第二相粒子，通過釘扎效應，在社制過 程中阻止高溫下奧氏體晶?；貜驮俳Y(jié)晶，與控制社制結(jié)合達到細化晶粒的作用。本發(fā)明Nb、 Ti含量的范圍確定為Nb:0.0 lO-0.020%和/或Ti :0.0 lO-0.025〇/〇。
[0015] 8)Ni含量的確定 Ni在鋼中為純固溶元素，它與鐵W互溶形式存在于a和丫鐵相中，通過其在晶粒內(nèi)的內(nèi) 吸附作用細化鐵素體晶粒，提高鋼的沖擊初度。但Ni也是擴大奧氏體的元素，可使Ac3溫度 點降低，由于臨界點的降低和Ni使鋼中其它元素擴散速度的降低，因而可提高鋼的澤透性， 易使鋼中出現(xiàn)貝氏體和馬氏體，于焊接即為不利。因此，控制合適的Ni含量，使其保持單一 的鐵素體+珠光體是改善初性的關鍵。本發(fā)明Ni含量的圍確定為0.20-0.30。
[0016] 9 乂 eq 的確定 碳當量Ceq是鋼板強度的成分保證，但過高的Ceq會增加鋼板焊接澤硬性，給焊接、冷作 帶來不利的影響，容易發(fā)生冷裂紋。因此，在保證強度的前提下，嚴控Ceq范圍0.36-0.40。
[0017] 上述高溫高強度、低溫沖擊初性優(yōu)良的含Mo鋼板的制造方法，工藝流程為，轉(zhuǎn)爐- LF精煉-真空脫氣-連鑄-緩冷-加熱-社制-控冷-緩冷-熱處理-精檢-探傷-性能檢驗-包裝 入庫； 主要工序的具體操作如下， 1) 冶煉工藝:高爐鐵水經(jīng)過轉(zhuǎn)爐吹煉，采用頂?shù)讖痛?，無渣出鋼，隨鋼水加入脫氧劑預 脫氧，隨后送入LF精煉爐精煉，強化脫氧，有效精煉時間> 30min;鋼水隨爐進行畑真空脫氣 處理，真空度133PaW下，保持時間>20min;連續(xù)誘鑄，開誘溫度1520-1550°C，鑄巧厚度 370mm及 W上； 2) 加熱:將連鑄巧放入步進梁加熱爐加熱，均熱段溫度1220-1240°C，在爐總時間1.0~ 1.3min/mm； 3) 社制:采用控社工藝，二階段開社溫度850-900°C，開社厚度不低于2倍目標板厚;社 后水冷至500-600 °C，鋼板目標厚度6-40mm; 4) 熱處理:鋼板正火態(tài)交貨，正火保溫溫度為:Ae3W30-50)°C，根據(jù)相變公式4。3=(910- 203V萬+44.7Si-15.2Ni+31.5Mo)°C進行計算，考慮Mo的充分固溶，正火溫度設定為880- 930°C，在爐時間1.5-3.0min/mm*T，T為鋼板厚度，單位:mm，正火時間不低于30min。通過正 火，鋼板獲得較細小的鐵素體+珠光體組織，實現(xiàn)了鋼板強度與初性的良好結(jié)合。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：提供了一種優(yōu)化化學元素成分的鋼板兼?zhèn)?較高的高溫強度、優(yōu)良的低溫沖擊初性和焊接性能，鋼板厚度方向1/4處及1/2處橫向沖擊 試樣的-20°(：低溫沖擊功>311;鋼板500°(：高溫拉伸屈服強度>2001?曰;碳當量0.36-0.40。 另外，針對鋼板的化學成分設計了對應的制造方法，鋼板正火態(tài)交貨，強度不會顯著降低， 性能均一，具有鐵素體+珠光體組織，焊后組織均勻，抑制低溫區(qū)焊接裂紋的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0019] 圖1為實施例3的鋼板1/4厚度處金相組織； 圖2為實施例3的鋼板1/2厚度處金相組織。
【具體實施方式】
[0020] W下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0021] 本發(fā)明各實施例的烙煉化學成分見表l(wt%)，剩余為化及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0022] 實施例1 鋼板社制規(guī)格20mm*2000mm*6000mm(厚度*寬度*長度） 鋼板的制造工藝流程為轉(zhuǎn)爐-LF精煉-真空脫氣-連鑄-緩冷-加熱-社制-控冷-緩冷-熱 處理-精檢-探傷-性能檢驗-包裝入庫； 主要工序的具體操作為 冶煉步驟:高爐鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉，通過頂?shù)讖痛?，去除鐵水中的C，通過氧化性氣氛脫P， 保證轉(zhuǎn)爐無渣出鋼，防止回P;出鋼溫度1620°C，出鋼過程加入脫氧劑脫氧，隨后送入LF精煉 爐進行精煉，強化脫氧，控制夾雜物形態(tài)，有效精煉時間35min;鋼水隨爐進入畑真空處理， 真空度66化，保持時間28min，鋼水定H含量1.化pm;最后鋼水進入連鑄平臺，進行連續(xù)誘鑄， 開誘溫度1532 °C，連鑄巧370mm厚度規(guī)格。
[0023] 加熱工藝：將370mm厚度規(guī)格連鑄巧放入步進梁加熱爐加熱，均熱段溫度1220- 1240°C，在爐總時間380min，均熱段保溫時間40min。
[0024] 社制工藝:采用控社工藝，二階段開社溫度880°C，開社厚度50mm;社后水冷至580 。鋼板目標厚度20mm。
[0025] 熱處理工藝:正火，保溫溫度890°C，在爐時間50min，出爐冷床空冷。
[0026] 鋼板主要性能見附后表2、表3、表4及表5。
[0027] 實施例2 鋼板社制規(guī)格8mm*2200mm*7000mm(厚度*寬度*長度） 鋼板的制造工藝流程為轉(zhuǎn)爐-LF精煉-真空脫氣-連鑄-緩冷-加熱-社制-控冷-緩冷-熱 處理-精檢-探傷-性能檢驗-包裝入庫； 主要工序的具體操作為 冶煉步驟:高爐鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉，通過頂?shù)讖痛?，去除鐵水中的C，通過氧化性氣氛脫P， 保證轉(zhuǎn)爐無渣出鋼，防止回P;出鋼溫度1624°C，出鋼過程加入脫氧劑脫氧，隨后送入LF精煉 爐進行精煉，強化脫氧，控制夾雜物形態(tài)，有效精煉時間37min;鋼水隨爐進入畑真空處理， 真空度66化，保持時間26min，鋼水定H含量0.9ppm;最后鋼水進入連鑄平臺，進行連續(xù)誘鑄， 開誘溫度1534°C，連鑄巧150mm厚度規(guī)格。
[002引加熱工藝：將150mm厚度規(guī)格連鑄巧放入步進梁加熱爐加熱，均熱段溫度1220- 1240°C，在爐總時間165min，均熱段時間20min。
[0029] 社制工藝:采用控社工藝，二階段開社溫度900°C，開社厚度24mm;社后水冷至593 °C;鋼板目標厚度8mm。
[0030] 熱處理工藝:正火，保溫溫度890°C，在爐時間30min，出爐冷床空冷。
[0031 ]鋼板主要性能見附后表2、表3、表4及表5。
[0032] 實施例3 鋼板社制規(guī)格36mm*2000mm*6000mm(厚度*寬度*長度） 鋼板的制造工藝流程為轉(zhuǎn)爐-LF精煉-真空脫氣-連鑄-緩冷-加熱-社制-控冷-緩冷-熱 處理-精檢-探傷-性能檢驗-包裝入庫； 主要工序的具體操作為 冶煉步驟:高爐鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉，通過頂?shù)讖痛?，去除鐵水中的C，通過氧化性氣氛脫P， 保證轉(zhuǎn)爐無渣出鋼，防止回P;出鋼溫度1626°C，出鋼過程加入脫氧劑脫氧，隨后送入LF精煉 爐進行精煉，強化脫氧，控制夾雜物形態(tài)，有效精煉時間31min;鋼水隨爐進入畑真空處理， 真空度66化，保持時間30min，鋼水定H含量1.化pm;最后鋼水進入連鑄平臺，進行連續(xù)誘鑄， 開誘溫度1535 °C，連鑄巧370mm厚度規(guī)格。
[0033] 加熱工藝：將370mm厚度規(guī)格連鑄巧放入步進梁加熱爐加熱，均熱段溫度1220- 1240°C，在爐總時間395min，均熱段時間42min。
[0034]社制工藝:采用控社工藝，二階段開社溫度880°C，開社厚度72mm;社后水冷至559 。鋼板目標厚度36mm。
[00巧]熱處理工藝:正火，保溫溫度890°C，在爐時間SOmin，出爐冷床空冷。
[0036] 鋼板主要性能見附后表2、表3、表4及表5。
[0037] 鋼板厚度方向1/4處和1/2處金相組織見圖1。 圭 1
表4各實施例鋼板夾雜物含量
上述各實施例所獲得的鋼板具有較高的高溫強度，同時具有較好的低溫沖擊初性，適 應溫度范圍更廣，較低的碳當量，焊接性能優(yōu)良，鋼板為鐵素體+珠光體組織，正火態(tài)交貨， 性能均一，焊接后鋼板仍具有較好均一的性能，無焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)低溫裂紋的現(xiàn)象。
[0039]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(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板，其特征在于:該鋼板的化學成分按 質(zhì)量百分比計為C 0.14-0.18%，Si 0·25-0·35%，Μη 0·75-0·85%，Μο 0·25-0·35%，Α1 0.02-0·05%，Ρ 彡0.012%，S 彡0.005%，Cu 彡0.20%， Cr 彡0.20%，Ni 0.20-0.30%，Nb:0.010- 0.020%和/或Ti :0.010-0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，碳當量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+ V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq 介于0.36-0.40。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板，其特征在于：該 鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為C: 0 · 16%，Si : 0 · 30%，Mn: 0 · 82%，Mo: 0 · 30%，A1:0 · 030%，P: 0.012%，S:0.002%，N: 0.004%，Cr:0.04%，Cu:0.02%，附：0.27%，恥：0.018%，余量為卩〇及不 可避免的雜質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板，其特征在于：該 鋼板的化學成分按質(zhì)量百分比計為：〇. 16%，Si :0.30%，Mn:0.80%，M〇 :0.30%，A1:0.033%，P: 0.011%，S:0.002%，N: 0.004%，Cr:0.04%，Cu:0.02%，附：0.27%，1^:0.020%，余量為卩〇及不 可避免的雜質(zhì)。4. 一種制造權(quán)利要求1所述高溫高強度、低溫沖擊韌性優(yōu)良的含Mo鋼板的方法，其特征 在于：工藝流程為轉(zhuǎn)爐-LF精煉-真空脫氣-連鑄-緩冷-加熱-乳制-控冷-緩冷-熱處理-精 檢-探傷-性能檢驗-包裝入庫； 主要工序的具體操作為， 1) 冶煉工藝：高爐鐵水經(jīng)過轉(zhuǎn)爐吹煉，采用頂?shù)讖痛?，無渣出鋼，隨鋼水加入脫氧劑預 脫氧，隨后送入LF精煉爐精煉，強化脫氧，有效精煉時間多30min;鋼水隨爐進行RH真空脫氣 處理，真空度133Pa以下，保持時間彡20min;連續(xù)澆鑄，開澆溫度1520-1550°C，鑄坯厚度 370mm及以上； 2) 加熱:將連鑄坯放入步進梁加熱爐加熱，均熱段溫度1220-1240°C，在爐總時間1.0~ 1.3min/mm； 3) 乳制:采用控乳工藝，二階段開乳溫度850-900°C，開乳厚度不低于2倍目標板厚;乳 后水冷至500-600 °C，鋼板目標厚度6-40mm; 4) 熱處理:鋼板正火態(tài)交貨，正火保溫溫度為:Ae3+(30-50)°C，根據(jù)相變公式Ae3=(910-203、/吞+44.7Si-15.2Ni+31.5Mo)°C進行計算，考慮Mo的充分固溶，正火溫度設定為880-930°C，在爐時間1.5-3.0min/mm*T，T為鋼板厚度，單位:mm，正火時間不低于30min，正火后 鋼板的主體組織形式為鐵素體和珠光體。
【文檔編號】C21D8/02GK105925904SQ201610459847
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】于雄, 李經(jīng)濤, 吳小林, 林濤, 潘貴明, 袁伽利, 王柯, 周海燕
【申請人】江陰興澄特種鋼鐵有限公司