CN116875904A - 一种750MPa级石油储罐用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种750MPa级石油储罐用钢板及其生产方法，属于钢材制备技术领域。所述钢板的化学成分按重量百分比计如下：C:0.1％～0.16％、Si:0.08％～0.10％、Mn:0.6％～0.8％、P:≤0.003％、S:≤0.001％、Mo：0.03％～0.045％、Nb：0.035％～0.045％，Ti：0.06％～0.075％，V:0.01％～0.02％、Cu：0.01％～0.06％，Als:0.002％～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过合理控制钢中C、Mn含量，保证钢板偏析程度较轻；同时为了保证钢板具有良好的强韧性能，在钢中添加了合金元素Nb、V、Ti、Mo，细化了晶粒，并通过析出强化确保钢板在回火和模拟焊后热处理后具有良好的综合性能。

Description

一种750MPa级石油储罐用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢材制备技术领域，具体涉及一种750MPa级石油储罐用钢板及其生产方法，特别适用于天然气及原油输送、石油炼化及存储用容器。

背景技术

石油战略储备是保证石油安全的主要途径，可以维持国家经济稳定，保证经济安全。从2004年起，国家开始在沿海地区分三期兴建石油储备基地，建设大型和超大型石油储罐进行石油储备，大型储罐用钢作为其重要的组成部分，其地位不可忽视。大型储罐用钢需确保母材钢板具有高纯净度、高强度、高韧性和良好焊接性能，以及满足低焊接裂纹敏感性的要求。

发明专利CN202110836848.8《一种抗微生物腐蚀的石油储罐用钢板及其制造方法》公开了一种抗微生物腐蚀的石油储罐用钢板及其制造方法，其钢板以质量分数计含有C：0.03％～0.10％，Si：0.1％～0.5％，Mn：0.80％～1.40％，P：0.02％以下，S：0.003％以下，Cu：0.10％～1.0％，Cr：0.3％～1％，Ni：0.2％～1.3％，Mo：0.05％～0.4％，Ti：0.01％～0.05％，V：0.02％～0.06％，RE：0.05％～0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。钢板中添加稀土元素RE，使得钢板生产成本较高，且仅研究了20mm厚度规格钢板的生产，不适用于大规模全系列广泛应用。

针对上述情况，现亟需研究开发一种具有优良的综合性能，其强度和韧性优于常规钢材，而焊接性能相近甚至更优，且成本较低的大型液化石油存储用钢板。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供了一种良好综合性能的高强度高韧性低裂纹敏感性石油储罐用钢板及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种750MPa级石油储罐用钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比计如下：C:0.1％～0.16％、Si:0.08％～0.10％、Mn:0.6％～0.8％、P:≤0.003％、S:≤0.001％、Mo：0.03％～0.045％、Nb：0.035％～0.045％，Ti：0.06％～0.075％，V:0.01％～0.02％、Cu：0.01％～0.06％，Als:0.002％～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学元素的作用机理如下：

C：在钢中常与其他合金元素形成碳化物起到强化作用，保证钢板强度维持在较高水平，但较高的C含量容易在钢内产生偏析，造成钢板韧塑性能的明显下降，不利于保证钢板的低焊接裂纹敏感性，针对此问题本发明采用TiC细化晶粒予以解决。因此在保证钢板强度的前提下，控制C含量在0.1％～0.16％。

Si：在钢中具有脱氧和脱硫作用且通过固溶强化能提高钢板强度，Si采购成本低，而且在钢中添加适当含量的Si，能够保证钢中铁素体硬度和强度在较高水平，且可改善钢板局部腐蚀抗力。但如果Si含量较高，钢板热影响区低温冲击吸收功降低，因此设计钢Si中含量不宜大于0.1％，因此将Si含量限定在0.08％～0.10％。

Mn：元素是钢中是常用的脱硫剂，且Mn易与S形成硫化物夹杂，过高含量的Mn易偏析产生硬纸相，降低钢板焊接性能，升高钢板焊接裂纹敏感性。考虑保证钢板强度韧性和焊接性能等方面因素考虑，在成分设计时，将Mn含量设定在0.6％～0.8％范围内。

P、S是钢中的脆化元素，同时也是极易偏析元素，故其含量越低越好，二者对钢的低温韧性也具有很大的损害，但考虑到炼钢可操作性、炼钢成本以及满足使用需求等因素，将P、S的含量分别控制在0.003％以下和0.001％以下。

Mo：是弱固溶强化元素，在钢中的可细化组织，强化钢板且对冲击韧性和脆性转化温度具有良好的影响。但Mo不利于钢板的焊接性能，且采购造价高。因此本发明中把Mo的含量控制在0.03％～0.045％。

Nb：作为本专利钢板的重要元素，对细化晶粒的作用明显，易与C结合，形成的NbC在热轧过程中阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，促进非再结晶区轧制的变形奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，对钢板强度和韧性产生积极影响。因此本发明将Nb含量设定为0.035％～0.045％

Ti：作为本专利钢板的重要元素，是强碳氮化物形成元素，形成稳定的碳化钛在加热时很难溶解，能有效抑制晶界的扩展，降低奥氏体晶粒尺寸、提高铁素体的形核率，降低钢板在热处理时过热机率。其次，Ti也易与C形成稳定的TiC，起到固C的目的，减少了与钢中游离C与H的反应，减少甲烷等危害物质的产生，降低钢板脱碳、鼓包以及开裂倾向。TiC粒子在加热过程中会在奥氏体区析出，其会抑制奥氏体再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大。此外，研究表明过量的Ti会造成晶粒发生异常长大，不利于钢板的低温韧性和焊接性能，因此将Ti的含量控制在0.06％～0.075％范围内。

V:与Ti作用相似，配合Nb、Ti元素，与钢中的C结合，起到析出强化、细晶强化沉淀强化作用，有利于保证钢板的强韧性以及焊接性能，但过量的V会造成钢板混晶现象。因此将V含量设定在0.01％～0.02％

Cu：在钢中通过固溶强化作用提高钢的强度，同时保证钢板淬透性，但过量的Cu不利于钢板的焊接性能，因此本发明将Cu含量限定在0.01％～0.06％。

Als：作为钢中脱氧元素，在钢中可有效细化晶粒，含量在0.002％～0.03％较为合适。

基于上述技术方案，进一步地，所述钢板的厚度80～100mm，抗拉强度750～850MPa，屈服强度550～650MPa，断后延伸率20％～25％，-20℃冲击功200～250J；模焊态的力学性能：抗拉强度730～760MPa，屈服强度550～600MPa，断后延伸率25％～30％，-20℃冲击功210～280J。

本发明另一方面提供上述750MPa级石油储罐用钢板的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)连铸坯的加热：连铸坯加热温度为1170～1250℃，均热时间2～4h，加热温度低于1170℃时，连铸坯中一次析出物溶解不完全，影响奥氏体化进程，无法有效达到粗轧开轧及终轧温度；且对钢板晶粒度产生不利影响；

(2)连铸坯的轧制：粗轧开轧温度≥1060℃，单道次压下率6～9％，在此阶段采用大变形量进行快速轧制，确保钢板近表面发生动态再结晶进程完全；精轧开轧温度≥1000℃，终轧温度≥820℃，单道次压下率3～5％，此阶段采用小变形量进行快速轧制，确保钢板近表面无再结晶发生；

(3)回火处理：回火温度控制在600～650℃，在炉时间2～4h。

基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中连铸坯加热温度为1170～1220℃。

基于上述技术方案，进一步地，步骤(2)中粗轧开轧温度1060～1170℃，终轧温度1040～1060℃；精轧开轧温度1000～1020℃，终轧温度820～840℃。

基于上述技术方案，进一步地，步骤(3)中回火温度控制在620～630℃。

基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中所述的连铸坯的制备包括如下步骤：

铁水预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—RH真空处理—连铸；

其中，连铸过程中钢水浇铸温度≤1540℃，以细化原始铸态组织，为减少连铸坯中心偏析、疏松的产生几率，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，铸坯轻压下率控制在5～7％。

基于上述技术方案，进一步地，钢水浇铸温度为1530～1540℃。

基于上述技术方案，进一步地，铁水预处理包括脱硫和脱磷，铁水硫质量分数降低到0.003％以下，磷质量分数降低到0.001％以下。

基于上述技术方案，进一步地，采用LF炉精炼调整成分并进行深脱硫处理，RH真空处理并进一步调整成分；其中RH真空处理是脱气(氮、氢、氧等)，使钢水中夹杂物(硫化物、氧化物、硅酸盐等)充分上浮，从根本上保证钢质纯净的有效途径，同时也是对钢进行微合金化处理的有效手段。

基于上述技术方案，进一步地，转炉冶炼出钢时加挡渣球挡渣。

基于上述技术方案，进一步地，所述钢板的模拟焊接热处理温度570～590℃，净保温时间2～4h。

本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：

1.为确保钢板的高纯净度、高强度、高韧性和良好焊接性能以及满足低焊接裂纹敏感性的要求，本发明通过合理控制钢中C、Mn含量，保证钢板偏析程度较轻；同时为了保证钢板具有良好的强韧性能，在钢中添加了合金元素Nb、V、Ti、Mo，细化了晶粒，并通过析出强化确保钢板在回火和模拟焊后热处理后具有良好的综合性能。

2.本发明采用分阶段轧制和回火的热处理方式保证成品钢板在整个厚度方向具有均匀的晶粒尺寸和高强度的同时兼具良好焊接性能，以及满足低焊接裂纹敏感性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。

图1为实施例制备的钢板的金相组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。

实施例1-6

本实施例提供一种750MPa级石油储罐用钢板，所述钢板的厚度、化学成分及重量百分比见表1；

表1实施例1-6的石油储罐钢板的化学成分(wt％)

生产方法包括如下步骤：

铁水预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—RH真空处理—连铸—加热—轧制—回火—切边—检查、检验；

其中，铁水预处理包括脱硫和脱磷，铁水硫质量分数降低到0.003％以下，磷质量分数降低到0.001％以下；

采用LF炉精炼调整成分并进行深脱硫处理，采用RH真空处理并进一步调整成分；

连铸过程中钢水浇铸温度、铸坯轻压下率的参数见表2；

加热过程中连铸坯加热温度、均热时间见表2，

连铸坯的轧制采用两阶段控轧工艺，其中粗轧开轧温度、终轧温度、单道次压下率以及精轧开轧温度、终轧温度、单道次压下率见表2。

表2实施例1-6的石油储罐钢板的连铸及轧制工艺参数

轧后钢板进行回火处理，回火温度、升温速率以及在炉时间见表3，模拟焊后热处理温度及净保温时间见表3。

表3实施例1-6的石油储罐钢板的热处理工艺参数

制备得到的750MPa级石油储罐用钢板的力学性能见表4，模焊态的力学性能见表5，晶粒度及非金属夹杂试验结果见表6，钢板的组织为回火索氏体，钢中组织均匀，偏析较低。

表4实施例1-6的石油储罐钢板的力学性能

表5实施例1-6的石油储罐钢板模焊态的力学性能

表6实施例1-6的石油储罐钢板的晶粒度及非金属夹杂试验结果

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种750MPa级石油储罐用钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比计如下：C:0.1％～0.16％、Si:0.08％～0.10％、Mn:0.6％～0.8％、P:≤0.003％、S:≤0.001％、Mo：0.03％～0.045％、Nb：0.035％～0.045％，Ti：0.06％～0.075％，V:0.01％～0.02％、Cu：0.01％～0.06％，Als:0.002％～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的750MPa级石油储罐用钢板，其特征在于，所述钢板的厚度80～100mm，抗拉强度750～850MPa，屈服强度550～650MPa，断后延伸率20％～25％，-20℃冲击功200～250J；模焊态的力学性能：抗拉强度730～760MPa，屈服强度550～600MPa，断后延伸率25％～30％，-20℃冲击功210～280J。

3.权利要求1或2所述的750MPa级石油储罐用钢板的生产方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)连铸坯的加热：连铸坯加热温度为1170～1250℃，均热时间2～4h；

(2)连铸坯的轧制：粗轧开轧温度≥1060℃，单道次压下率6～9％；精轧开轧温度≥1000℃，终轧温度≥820℃，单道次压下率3～5％；

(3)回火处理：回火温度控制在600～650℃，在炉时间2～4h。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中连铸坯加热温度为1170～1220℃。

5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中粗轧开轧温度1060～1170℃，终轧温度1040～1060℃；精轧开轧温度1000～1020℃，终轧温度820～840℃。

6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中回火温度控制在620～630℃。

7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述的连铸坯的制备包括如下步骤：

铁水预处理—转炉冶炼—LF炉精炼—RH真空处理—连铸；

其中，连铸过程中钢水浇铸温度≤1540℃，采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，铸坯轻压下率控制在5～7％。

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，钢水浇铸温度为1530～1540℃。

9.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，铁水预处理包括脱硫和脱磷，铁水硫质量分数降低到0.003％以下，磷质量分数降低到0.001％以下。

10.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，转炉冶炼出钢时加挡渣球挡渣。