CN109972039A - 一种高强韧性临氢压力容器用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧性临氢压力容器用钢板及其生产方法，属于冶金技术领域。钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.08‑0.12%，Si：0.50‑0.65%，Mn：0.40‑0.65%，P≤0.007%，S≤0.004%，Cr：1.00‑1.20%，Mo：0.45‑0.60%，Ni：0.10‑0.20%，Al：0.025‑0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序。本发明对炼钢成分进行优化，采用低C及低合金元素Cr、Mo成分设计，炼钢过程中严格控制Al含量，采用两阶段控轧及轧后ACC水冷、热处理工艺，所得钢板强度指标及冲击韧性良好，钢板的探伤及性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强韧性临氢压力容器用钢板及其生产方法。
背景技术
1.25Cr-0.5Mo-Si为低合金系列钢板，由于Cr、Mo元素的添加，使得钢板具有良好的热强性，主要应用于费托反应器、氨合成塔及汽化炉等高温高压、与氢或氢混合介质接触的大型设备，由于钢板使用条件严格，目前设计院对钢板的设计要求提高，强度提高接近30MPa，而冲击温度由之前的0℃降低到-30℃，由于此钢的合金含量低，要保证强度及低温冲击，生产难度增大，采用传统的生产方法已无法满足高标准要求。
组织决定性能，强度的提高及低温冲击韧性的保证，必然要通过不同组织的比例来达到。炼钢成分设计，炼钢过程成分含量控制，轧制及热处理工艺均能影响不同组织的比例，其中轧制过程中开轧温度、终轧温度及返红温度的控制可实现原始组织均匀稳定，保证后续热处理良好的组织储备，热处理工艺的优化可实现钢板的强度的提高。
综上所述，开发高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si低合金系列钢板及其生产方法，提高钢板的屈服强度，保证钢板良好低温冲击韧性，满足钢板严格的使用条件，具有重要的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强韧性临氢压力容器用钢板及其生产方法。本发明通过优化钢板的成分设计以及生产工艺，提高钢板的强韧性匹配，保证钢板的性能稳定。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高强韧性临氢压力容器用钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.08-0.12%，Si：0.50-0.65%，Mn：0.40-0.65%，P≤0.007%，S≤0.004%，Cr：1.00-1.20%，Mo：0.45-0.60%，Ni：0.10-0.20%，Al：0.025-0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为70-100mm。
本发明所述钢板屈服强度≥260MPa，抗拉强度450-585MPa，-30℃冲击≥100J。
本发明还提供了一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，所述生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序；所述轧钢工序，采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1050-1100℃，Ⅱ阶段开轧温度900-930℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度600-700℃。
本发明所述炼钢工序，冶炼过程为保证钢液脱氧充分，精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.025-0.035%，为减少夹杂物对钢板探伤的影响，抽真空后严禁加Al脱氧。
本发明所述连铸工序，浇铸温度控制在1550-1565℃，铸坯拉速控制在0.70-0.80m/s。
本发明所述轧钢工序，轧制过程中坯料加热温度1230-1250℃，总加热时间9-12min/cm。
本发明所述热处理工序，采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度900-930℃，总加热时间2-2.5min/mm，正火后水冷，出水后返红温度200-300℃；回火温度730-750℃，总加热时间3.5-4.5min/mm，出炉空冷。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明对炼钢成分进行优化，采用低C及低合金元素Cr、Mo成分设计，既保证了强度指标及良好的冲击韧性，又可以降低钢板生产成本。2、本发明炼钢过程中严格控制Al含量，采用两阶段控制轧制及轧后采用ACC水冷，保证了钢板良好的晶粒储备，通过热处理工艺进一步提高了钢板的强韧性匹配，保证钢板的探伤及性能稳定性。3、本发明钢板屈服强度≥260MPa，抗拉强度450-585MPa，-30℃冲击≥100J；钢板探伤满足NB/T47013.3Ⅰ级。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为70mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.025%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1550℃，铸坯拉速控制在0.70m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1230℃，总加热时间9min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1050℃，Ⅱ阶段开轧温度900℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度600℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度900℃，总加热时间2min/mm，正火后水冷，出水后返红温度200℃；回火温度730℃，总加热时间3.5min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度310MPa，抗拉强度475MPa，-30℃冲击112J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例2
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为75mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.035%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1565℃，铸坯拉速控制在0.80m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1250℃，总加热时间12min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1100℃，Ⅱ阶段开轧温度930℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度700℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度930℃，总加热时间2.5min/mm，正火后水冷，出水后返红温度300℃；回火温度750℃，总加热时间4.5min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度320MPa，抗拉强度510MPa，-30℃冲击130J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例3
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为85mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.030%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1560℃，铸坯拉速控制在0.75m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1240℃，总加热时间10min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1080℃，Ⅱ阶段开轧温度910℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度650℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度910℃，总加热时间2.2min/mm，正火后水冷，出水后返红温度240℃；回火温度740℃，总加热时间4.0min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度290MPa，抗拉强度487MPa，-30℃冲击135J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例4
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为100mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.027%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1555℃，铸坯拉速控制在0.72m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1245℃，总加热时间11min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1070℃，Ⅱ阶段开轧温度920℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度660℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度920℃，总加热时间2.3min/mm，正火后水冷，出水后返红温度260℃；回火温度745℃，总加热时间3.8min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度320MPa，抗拉强度564MPa，-30℃冲击145J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例5
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为80mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.028%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1562℃，铸坯拉速控制在0.77m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1235℃，总加热时间10.5min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1090℃，Ⅱ阶段开轧温度915℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度630℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度925℃，总加热时间2.1min/mm，正火后水冷，出水后返红温度210℃；回火温度735℃，总加热时间4.2min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度264MPa，抗拉强度452MPa，-30℃冲击105J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例6
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为90mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.033%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1558℃，铸坯拉速控制在0.73m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1232℃，总加热时间11.5min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1060℃，Ⅱ阶段开轧温度925℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度680℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度905℃，总加热时间2.4min/mm，正火后水冷，出水后返红温度280℃；回火温度738℃，总加热时间3.6min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度286MPa，抗拉强度472MPa，-30℃冲击115J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例7
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为95mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.026%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1564℃，铸坯拉速控制在0.78m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1247℃，总加热时间9.5min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1065℃，Ⅱ阶段开轧温度905℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度690℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度915℃，总加热时间2.2min/mm，正火后水冷，出水后返红温度220℃；回火温度746℃，总加热时间3.9min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度307MPa，抗拉强度495MPa，-30℃冲击120J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
实施例8
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板厚度为88mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
钢板的生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）炼钢工序：精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.032%；
（2）连铸工序：浇铸温度控制在1564℃，铸坯拉速控制在0.72m/s；
（3）轧钢工序：轧制过程中坯料加热温度1243℃，总加热时间10min/cm；采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1085℃，Ⅱ阶段开轧温度912℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度610℃；
（4）热处理工序：采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度922℃，总加热时间2.3min/mm，正火后水冷，出水后返红温度250℃；回火温度742℃，总加热时间4.3min/mm，出炉空冷。
本实施例高强韧性临氢压力容器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板性能：屈服强度332MPa，抗拉强度583MPa，-30℃冲击125J；钢板探伤满足NB/T47013.3 Ⅰ级。
表1 实施例1-8 1.25Cr-0.5Mo-Si钢板的化学成分组成及质量百分含量（%）
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种高强韧性临氢压力容器用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.08-0.12%，Si：0.50-0.65%，Mn：0.40-0.65%，P≤0.007%，S≤0.004%，Cr：1.00-1.20%，Mo：0.45-0.60%，Ni：0.10-0.20%，Al：0.025-0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为70-100mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥260MPa，抗拉强度450-585MPa，-30℃冲击≥100J。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括炼钢、连铸、轧钢及热处理工序；所述轧钢工序，采用两阶段控轧方式轧制，Ⅰ阶段开轧温度1050-1100℃，Ⅱ阶段开轧温度900-930℃，轧后采用ACC水冷，控制钢板返红温度600-700℃。
5.根据权利要求4所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述炼钢工序，精炼加合金后钢液中Al含量控制在0.025-0.035%。
6.根据权利要求4所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，浇铸温度控制在1550-1565℃，铸坯拉速控制在0.70-0.80m/s。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧钢工序，轧制过程中坯料加热温度1230-1250℃，总加热时间9-12min/cm。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高强韧性临氢压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，采用正火加速冷却+高温回火工艺，正火温度900-930℃，总加热时间2-2.5min/mm，正火后水冷，出水后返红温度200-300℃；回火温度730-750℃，总加热时间3.5-4.5min/mm，出炉空冷。
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