一種壓力容器用合金鋼板及其制造方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明屬于金屬材料制造的技術領域，尤其是涉及一種壓力容器用合金鋼板及其制造方法。

　　【背景技術】

　　[0002]隨著國民經濟的快速發展，發電、冶金、化工、食品、造紙等技術不斷提高，耐高溫材料的需求大幅增加，特別是在高溫環境下使用的壓力容器用合金鋼板的需求越來越大。

　　[0003]鋼板長期在高溫環境中使用，要求鋼板要有較高的耐高溫持久強度和持久塑性，良好的抗氧化性能和抗腐蝕性能，以及足夠的韌性、可加工性、焊接性和組織穩定性。

　　[0004]為了解決上述問題，目前普遍采用在鋼中添加Cr、Mo、N1、V等貴重合金,且添加量較大，如GB713中12CrlMoVR、12Cr2MolR等，合金含量較大，熱軋態的組織不穩定，因此這些鋼板還需要進行后續熱處理，如正火、正火+回火等，生產工藝多，成本高。而且合金含量大，鋼板焊接需預熱，且易產生焊接缺陷。

　　[0005]壓力容器一般在高溫高壓等環境中使用，安全性要求較高。較低的屈強比，不僅有利于提高成形性，而且有利于保證使用中的安全性。

　　[0006]屈強比越低，材料從開始塑性變形到最終斷裂所需要的形變量越大，因而提高了其塑性變形能力，可有效緩解因過載而產生的應力集中，反之若屈強比過高則會導致由于局部大變形而造成的超載失穩。從這個角度出發，屈強比越低就越安全。但屈強比太低勢必會損失強度，造成材料浪費。

　　[0007]鋼的化學成分直接影響最終鋼產品的應用性能，合理的元素配比對提高鋼的強韌度、降低屈強比、改善焊接性起到重要作用。在化學成分設計時采用低碳高錳將有利于保證鋼的強度和焊接性能，而添加適量Cr、Nb、Mo、N1、V等合金元素在鋼中可形成碳和氮的化合物，通過溶解和析出機制起到抑制晶粒長大和沉淀強化的作用。但合金元素的添加會提高碳當量和焊接裂紋敏感指數，對焊接性能產生不利影響。因此，合理控制合金元素對提高鋼的性能、降低生產成本非常重要。

　　[0008]單一組織的鋼易獲得高的屈服強度和抗拉強度，但通常兩者的差值不大，因此屈強比相對較高。研究結果表明，如果組織中存在兩種或多種不同強度的相，在塑性變形過程中軟相先發生屈服，在進一步的形變過程中硬相可提高抗拉強度，使鋼的屈服強度較低而抗拉強度較高，屈強比較低。常見的復相組織有鐵素體十貝氏體、鐵素體十Μ/A、貝氏體十馬氏體等等，強度由各組元相的強度及含量共同決定。

　　【發明內容】

　　[0009]本發明的目的在于提供一種壓力容器用合金鋼板，采用C、S1、Mn、Cr成分設計，采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產，使鋼板屈服強度彡325MPa，抗拉強度彡585MPa，屈強比彡0.75，350°C高溫性能Rpa2S 220MPa。本鋼板具有較高的強度、較低的屈強比、良好的高溫性能和焊接性能等，保證了鋼板制造的壓力容器在高溫環境中使用的安全性。

　　[0010]本發明的技術方案是:

　　一種壓力容器用合金鋼板，鋼板包括重量百分比計的下述組分:碳0.21?0.24%，硅

　　0.75?0.95%,錳L 25?L 35%,磷彡0.020%、硫彡0.010%,鉻0.40?0.55%,余量為鐵和不可避免的雜質。

　　[0011]C:對鋼的強度、焊接性能產生顯著影響，碳提高抗拉強度是屈服強度的4倍，有利于降低鋼的屈強比。本發明中C為0.21?0.24%。

　　[0012]Mn:作為脫氧元素和合金元素加入鋼中，它與鋼中的硫化物、氧化物生成硫化錳(MnS)、氧化錳(MnO)。它們易上浮而被排除，因而消除了 FeS和FeO引起的熱脆，改善了結構鋼的熱加工性能，同時還可降低冷脆性。錳可溶于鐵素體(α —Fe)中，又可溶于滲碳體中形成碳化物％113(:;斤6111)3]，增加鋼的強度。Mn降低了 Y— α的轉變溫度，增加了相變時α的形核率，細化了鐵素體和珠光體晶粒；錳能擴大Y區(每增加l%Mn，Ar3點大約降低70°C，Arl點降低50°C)，使鋼的熱塑性加工溫度范圍擴大，有利于控制工藝的實施(增加低溫區累積變形量和降低終軋溫度使鐵素體晶粒進一步細化)。但是錳也是增加碳當量的元素，太高則不利于焊接。本發明Mn:1.25?1.35%。

　　[0013]S1:硅與氧的親合力很強，在鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態存在于鐵素體中。硅含量> 0.50%，作為合金元素，可顯著提高鋼的抗拉強度和較顯著提高屈服強度，并使彈性極限提高得更多，硅和鉻結合，可提高抗腐蝕能力和抗高溫氧化能力。本發明Si:

　　0.75 ?0.95%。

　　[0014]Cr:鉻與鐵形成連續固溶體，與碳形成多種碳化物，對于鋼的熱強性的影響在于它也能強化α固溶體，改變碳化物析出形狀和類型。作為有效的固溶強化元素，將提高晶界區域的強度。鉻的碳化物具有很高的抗蝕性，鉻能提高鋼的強度和硬度并降低伸長率，對沖擊值不利，沖擊值隨鉻含量的增加而降低。鉻能提高鋼的抗氧化能力和抗腐蝕能力。本發明 Cr:0.40 ?0.55%。

　　[0015]S、P等元素應該嚴格控制其含量，避免造成嚴重偏析，以提高鋼的韌度、冷加工性能和焊接性能等。本發明P彡0.020%、S彡0.010%

　　本發明在上述化學成分設計基礎上，為了使鋼板具有較高的強度、較低的屈強比、良好的高溫性能，采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　[0016]采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.0?3.5，終點目標:C為0.06%?0.10%，P彡0.010%，S彡0.008%。出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣，嚴格控制轉爐下渣。出鋼時間彡4分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬。脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰、螢石。出鋼完畢，在CAS站吹氬彡10分鐘(含出鋼吹氬)，喂鋁線1.6m/t。

　　[0017]采用LF + VD或RH爐外精煉。LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間15?20分鐘。純脫氣時間15?20分鐘。喂鈣線1.2m/t，軟吹時間彡15分鐘。

　　[0018]采用板還連鑄,連鑄過程中動態二冷配水采用AmedC配水,靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑。板還拉速0.9?1.2m/min,中間包過熱度15?25°C。

　　[0019]板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1130?1180°C。

　　[0020]板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度870?900°C，軋制后弛豫停頓時間控制在20?30s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度 10 ?25? /S。

　　[0021]嚴格控制軋制溫度。該鋼板要求組織中軟相組織鐵素體和硬相組織貝氏體按一定比例同時存在，而終軋溫度的波動對軟、硬相組織的比例影響極大，需將終軋溫度控制在極小的溫度區間內。根據理論計算好實踐經驗，本發明的終軋溫度為870?900°C。

　　[0022]低強比鋼板要求存在一定比例的鐵素體軟相組織，因此在軋后冷卻前需有足夠的停頓時間來保證鐵素體組織的形成。通過多次試驗摸索，最終確定軋后弛豫停頓時間控制在20?30s，控制鋼板水冷后軟硬相組織的比例。

　　[0023]本發明采用C、S1、Mn、Cr成分設計，大幅度降低了貴重合金含量，取消后續熱處理，減少了工藝環節，降低了成本，不僅保證了常溫高強度、高溫性能要求，還有效降低了屈強比，提高了鋼板在高溫環境中使用的安全性。

　　[0024]本發明的有益效果在于:本發明公開了一種壓力容器用合金鋼板及其制造方法。本發明具有較高的強度、較低的屈強比、良好的高溫性能和焊接性能等，有較高的耐高溫持久強度和持久塑性，良好的抗氧化性能，耐一定介質腐蝕的能力，以及足夠的韌性、冷熱加工性、焊接性和組織穩定性，從而保證了鋼板在高溫環境中使用的安全性。本發明的制造方法，在現有設備條件下采用轉爐冶煉，冶煉過程嚴格控制非金屬夾雜物，實現了潔凈鋼的生產。本發明的壓力容器用合金鋼板，屈服強度彡325MPa，抗拉強度彡585MPa，屈強比(0.75，350°C高溫性能 Rpa2S 220MPa。

　　【具體實施方式】

　　[0025]下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。

　　[0026]實施例1:生產壓力容器用合金鋼板，其厚度為50mm

　　1.化學成分為(重量百分數):碳(C)0.24%，硅(Si)0.90%，錳(Mn) 1.35%，磷(P)0.012%、硫(S) 0.003%，鉻(Cr) 0.55%，余量為鐵和不可避免的雜質。

　　[0027]2.制備工藝:

　　采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　[0028]采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.5，終點目標:C:0.09%，P:0.010%，S:0.008%。出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣，嚴格控制轉爐下渣。出鋼時間6分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬。脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰810 kg，螢石260kg。出鋼完畢，在CAS站吹氬15分鐘(含出鋼吹氬)，喂鋁線1.6m/t。

　　[0029]采用LF + VD或RH爐外精煉。LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間20分鐘。純脫氣時間20分鐘。喂鈣線1.2m/t，軟吹時間20分鐘。

　　[0030]采用板還連鑄,連鑄過程中動態二冷配

　　水采用AmedC配水,靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑。板還拉速1.lm/min,中間包過熱度25。。。

　　[0031]板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1160°C。

　　[0032]板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度880°C，軋制后弛豫停頓時間控制在30s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度10°C /S。

　　[0033]3、對本實施制備的生產壓力容器用合金鋼板的性能檢測

　　屈服強度400MPa，抗拉強度650MPa，屈強比0.60，350°C高溫性能Rpa2 245MPa。

　　[0034]實施例2:生產壓力容器用合金鋼板，其厚度為20mm

　　1.鋼板的化學成分為(重量百分數):碳(C)0.23%，硅(Si) 0.80%,錳(Mn) 1.30%,磷(P)0.013%、硫(S) 0.005%，鉻(Cr) 0.50%，余量為鐵和不可避免的雜質，

　　2.制備工藝:

　　采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　[0035]采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.2，終點目標:C:0.10%，P:0.009%，S:0.006%。出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣，嚴格控制轉爐下渣。出鋼時間6分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬。脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰800 kg，螢石260kg。出鋼完畢，在CAS站吹氬18分鐘(含出鋼吹氬)，喂鋁線1.6m/t。

　　[0036]采用LF + VD或RH爐外精煉。LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間17分鐘。純脫氣時間17分鐘。喂鈣線1.2m/t，軟吹時間19分鐘。

　　[0037]采用板坯連鑄，連鑄過程中動態二冷配水采用AmedC配水，靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑。板還拉速1.0m/min,中間包過熱度23。。。

　　[0038]板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1180°C。

　　[0039]板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度900°C，軋制后弛豫停頓時間控制在26s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度18°C /s。

　　[0040]3、對本實施制備的生產壓力容器用合金鋼板的性能檢測

　　屈服強度430MPa，抗拉強度680MPa，屈強比0.62，350°C高溫性能Rpa2 265MPa。

　　[0041]實施例3:生產壓力容器用合金鋼板，其厚度為6_

　　1.鋼板的化學成分為(重量百分數):碳(C)0.21%，硅(Si)0.75%，錳(Mn) 1.25%，磷(P)

　　0.013%、硫(S) 0.004%，鉻(Cr) 0.40%，余量為鐵和不可避免的雜質，

　　2.制備工藝:

　　采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　[0042]采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.0,終點目標:C:0.06%, P:0.008%, S:0.005%。出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣，嚴格控制轉爐下渣。出鋼時間4分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬。脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰800 kg，螢石260kg。出鋼完畢，在CAS站吹氬10分鐘(含出鋼吹氬)，喂鋁線1.6m/t。

　　[0043]采用LF + VD或RH爐外精煉。LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間15分鐘。純脫氣時間15分鐘。喂鈣線1.2m/t，軟吹時間15分鐘。

　　[0044]采用板還連鑄,連鑄過程中動態二冷配水采用AmedC配水,靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑。板還拉速0.9m/min,中間包過熱度15。。。

　　[0045]板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1130°C。

　　[0046]板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度870°C，軋制后弛豫停頓時間控制在20s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度25°C /s。

　　[0047]3、對本實施制備的生產壓力容器用合金鋼板的性能檢測

　　屈服強度420MPa，抗拉強度705Pa，屈強比0.59，350°C高溫性能Rpa2 280MPa。

　　[0048]實施例4:生產壓力容器用合金鋼板，其厚度為36mm

　　1.鋼板的化學成分為(重量百分數):碳(C)0.22%，硅(Si ) 0.85%，錳(Mn) 1.31%，磷(P)0.015%、硫(S) 0.004%，鉻(Cr) 0.52%，余量為鐵和不可避免的雜質，

　　2.制備工藝:

　　采用頂底復吹轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　[0049]采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.3，終點目標:C:0.08%，P:0.007%，S:0.007%。出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣，嚴格控制轉爐下渣。出鋼時間5分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬。脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰800 kg，螢石260kg。出鋼完畢，在CAS站吹氬16分鐘(含出鋼吹氬)，喂鋁線1.6m/t。

　　[0050]采用LF +VD或RH爐外精煉。LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間16分鐘。純脫氣時間16分鐘。喂鈣線1.2m/t，軟吹時間18分鐘。

　　[0051]采用板還連鑄,連鑄過程中動態二冷配水采用AmedC配水,靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑。板還拉速1.0m/min,中間包過熱度20。。。

　　[0052]板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1158°C。

　　[0053]板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度900°C，軋制后弛豫停頓時間控制在28s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度17°C /s。

　　[0054]3、對本實施制備的生產壓力容器用合金鋼板的性能檢測

　　屈服強度403MPa，抗拉強度692Pa，屈強比0.58，350°C高溫性能Rpa2 284MPa。

　　【主權項】

　　1.一種壓力容器用合金鋼板，其特征在于，所述合金鋼板包括重量百分比計的下述組分:碳 0.21 ?0.24%,硅 0.75 ?0.95%,錳 1.25 ?1.35%,磷(0.020%、硫(0.010%,鉻0.40?0.55%，余量為鐵和不可避免的雜質。

　　2.一種如權利要求1所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:采用轉爐冶煉，LF + VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產。

　　3.根據權利要求2所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:采用頂底復吹轉爐冶煉，堿度3.0 — 3.5,終點目標:C為0.06%?0.10%, P彡0.010%, S彡0.008% ;出鋼時加擋渣棒、擋渣塞擋渣；出鋼時間> 4分鐘，出鋼過程中保證鋼包全程吹氬；脫氧合金化:合金在出鋼4/5前加完，出鋼過程中加小顆粒石灰、螢石；出鋼完畢，在CAS站吹氬>10分鐘，喂鋁線1.6m/t。

　　4.根據權利要求2所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:采用LF+ VD或RH爐外精煉；LF精煉造白渣處理，VD或RH保真空時間15?20分鐘，純脫氣時間15?20分鐘，喂鈣線1.2m/t，軟吹時間彡15分鐘。

　　5.根據權利要求2所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:采用板坯連鑄，連鑄過程中動態二冷配水采用AmedC配水，靜態二冷配水采用弱冷，使用中碳合金鋼保護洛，中包使用低碳堿性覆蓋劑，板坯拉速0.9?1.2m/min，中間包過熱度15?25°C。

　　6.根據權利要求2所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:板坯再加熱，加熱時間8min/cm，加熱后出爐溫度1130?1180°C。

　　7.根據權利要求2所述的壓力容器用合金鋼板的制造方法，其特征在于:板坯軋制，板坯加熱出爐后進行高壓水除磷，采用粗軋和精軋兩階段軋制，精軋終軋溫度870°C?900°C，軋制后弛豫停頓時間20?30s，弛豫后進行快速冷卻，冷卻速度10?25°C /s。

　　8.根據權利要求1所述的壓力容器用合金鋼板，其特征在于，所述合金鋼板的厚度^ 50mm。

　　【專利摘要】本發明涉及一種壓力容器用合金鋼板及其制造方法。本發明合金鋼板包括重量百分比計的下述組分：碳0.21～0.24%，硅0.75～0.95%，錳1.25～1.35%，磷≤0.020%、硫≤0.010%，鉻0.40～0.55%，余量為鐵和不可避免的雜質。本發明采用頂底復吹轉爐冶煉，LF＋VD或RH爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、板坯軋制等工藝生產，屈服強度≥325MPa，抗拉強度≥585MPa，屈強比≤0.75，350℃高溫性能Rp0.2≥220MPa。本發明具有較高的強度、較低的屈強比、良好的高溫性能和焊接性能等，保證了該鋼板制造的壓力容器在高溫環境中使用的安全性。

　　【IPC分類】C22C38-18, C21D8-02, C22C33-04

　　【公開號】CN104711479

　　【申請號】CN201510126787

　　【發明人】蔣善玉, 夏茂森, 劉曉東, 周蘭聚, 馮勇, 彭海紅, 胡新亮, 張爾康

　　【申請人】山東鋼鐵股份有限公司

　　【公開日】2015年6月17日

　　【申請日】2015年3月23日