一种低碳当量易焊接压力容器用钢板及其制备方法与流程

1.本发明属于微合金钢生产技术领域，涉及一种屈服强度≥415mpa低碳当量易焊接压力容器用钢板及其制备方法，为压力容器向着大型化、复杂化、专用化、高参数、严工况发展提供材料支撑，并为低碳当量易焊接要求钢板提供了一种低成本、简流程、快节奏的生产工艺途径。


背景技术：

2.随着石化工业飞速发展，钢制压力容器被广泛应用于化工、石化等行业，并向着大型化、复杂化、专用化、高参数、严工况发展，其所用材料亦日趋高强化和壁厚化。对于钢制压力容器尤其是大型钢制压力容器，其焊接工作量非常大，且多采用现场组装高效自动焊接，对所用钢板的焊接性能要求日趋严苛。目前，高端压力容器用钢板的生产多采用热处理生产，包括调质热处理和正火(正火 回火)热处理，由此带来的高合金添加、长生产周期严重压缩了钢铁企业的利润空间和生产效率。
3.中国专利cn201210219065.6公开了一种厚规格q345r
‑
z35压力容器钢板及其制造方法，钢板的化学成分按重量百分比为c：0.05～0.07％、si：0.25～0.50％、mn：1.3～1.5％、p：≤0.015％、s：≤0.005％、nb：0.02～0.05％、ti：0.007～0.012％、als：0.024～0.034％，余量为fe和不可避免的杂质。制造方法是：采用经过脱硫预处理的铁水和废钢作为原料，经过冶炼、连铸、加热、轧制和冷却等工序得到60
‑
100mm厚度规格q345r
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z35压力容器钢板。但该专利采用低碳、高si、高nb成分设计路线，势必会因贵重合金nb的添加带来成本的增加；同时该专利未提及其钢板的心部性能。
4.中国专利cn202010646121.9公开了一种低成本高强韧性压力容器钢板及其生产方法，所述钢板的化学成分按重量百分比为：c：0.13％～0.18％、si：0.25％～0.35％、mn：1.10％～1.30％、p≤0.010％、s≤0.002％、mo：0.25％～0.35％、al：0.030％～0.040％、ti：0.070％～0.130％，其余含量为fe和不可避免的杂质。但该专利添加了贵重合金mo，势必会增加生产成本；由于高ti的成分设计势必会带来冶炼环节的液析控制难度，同时亦会增加冲击性能波动；所产钢板厚度规格亦相对较薄且未提及其钢板的心部性能及z向性能。
5.中国专利cn202010127653.1公开一种低成本高强韧性压力容器钢板及其生产方法，c：0.13～0.16％、si：0.15～0.35％、mn：0.80～1.00％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni：0.30～0.40％、cr：0.25～0.35％、al：0.020～0.035、ti：0.010～0.020％、v：0.06～0.15％、cu：0.20～0.30％、n：0.010～0.020％，其余含量为fe和不可避免的杂质。完全能够满足核电站常规岛压力容器用钢的要求。但该专利添加了较多的贵重金属ni、cr，较高含量的v、cu以及n，势必会在大幅增加生产成本的同时增加铸坯冶炼难度。


技术实现要素：

6.基于上述不足，本发明的目的是，提供一种低碳当量易焊接控轧型低温压力容器用钢板及其制备方法，该钢种成本相对低廉，工艺简单易于操作，非常适合连续化大生产，
钢板综合性能良好，且能为压力容器向着大型化、复杂化、专用化、高参数、严工况发展提供材料支撑。
7.为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
8.一种低碳当量易焊接压力容器用钢板，所述钢板的成分及重量百分比含量为：c：≤0.18％，si：0.25
‑
0.35％，mn：1.20
‑
1.40％，p≤0.015％，s≤0.005％，nb≤0.015％，ti：≤0.015％，alt≥0.020％，as：≤0.0050％，并控制cev<0.39％，，其余为fe和不可避免的夹杂。
9.一种低碳当量易焊接压力容器用钢板的制备方法，步骤如下：
10.1)冶炼：
11.2)lf精炼 rh真空处理：
12.在lf精炼时，控制钢水中ca含量为0.0008
‑
0.0030wt％；
13.3)连铸：
14.采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上；
15.4)板坯加热：
16.加热温度为1150～1200℃，加热速度为8～10min/cm，以保证钢坯烧匀烧透，均热时间不少于40min；
17.5)轧制：
18.采用≥1000℃的完全再结晶区粗轧 开轧温度880～920℃的未再结晶区精轧的两阶段控轧工艺，中间待温厚度为3.0～5.0倍成品厚度；
19.6)水冷：
20.轧后钢板立即进行加速冷却，冷速为7～10℃/s，终冷温度为600～650℃，加速冷却后空冷至室温。
21.具体地，冶炼及连铸工艺：采用转炉冶炼，期间采用双渣操作以降低p含量；通过lf rh精炼，降低o、h、n等有害气体及s含量。采用包晶钢保护渣进行全保护浇注，配合轻压下工艺，轻压下量控制在5～6mm，拉坯速度控制在1.1～1.3m/min，加强连铸过程一冷、二冷工艺控制，且连铸坯下线缓冷48h以上。
22.加热工艺：严格控制加热炉内的气氛，保证其为还原性或中性。加热温度为1160～1200℃，加热参考时间按8～10min/cm，均热时间不少于40min以保证钢坯烧匀烧透。
23.轧制工艺：采用≥1000℃的完全再结晶区粗轧 开轧温度880～920℃的未再结晶区精轧的两阶段控轧工艺，粗轧阶段道次压下率采用逐道次递增设计并保证粗轧阶段最后一道次在热轧阶段的最大压下率＞15％，中间待温厚度为3.0～5.0倍成品厚度，轧后钢板立即进行加速冷却，冷速7
‑
10℃/s，终冷温度控制在600～650℃之间。
24.本发明所述钢板组织为铁素体 珠光体的复合组织，其最大厚度可达55mm。
25.本发明中，[mn]/[si]控制在4.5～5.0，以最大程度改善组织中带状组织。
[0026]
本发明中，ca含量为0.0008
‑
0.0025％，以改善夹杂物形态。
[0027]
本发明中，[n]≤0.0035％；[h]≤0.0002％；[o]≤0.0020％，[as]≤0.0050％，以保证铸坯及钢板质量。
[0028]
本发明中，cev≤0.39％。屈强比≤0.75，钢板厚度中心处
‑
40℃横向冲击功＞90j。
[0029]
本发明中，保证粗轧阶段最后一道次在热轧阶段的最大压下率＞15％以保证足够
的变形量渗透到铸坯心部，达到充分细化晶粒并均匀钢板厚度方向金相组织的作用。
[0030]
本发明的成分设计采用低碳 低锰设计，以极低微(nb ti)以最大程度发挥其析出强化和细晶强化的效果，以达到钢板同时具备优异的强塑性、低温冲击性及优异的焊接性。钢的成分及重量百分比含量为；c：≤0.18％，si：0.25
‑
0.35％，mn：1.20
‑
1.40％，p≤0.015％，s≤0.005％，nb≤0.015％，ti：≤0.015％，alt≥0.020％，as：≤0.0050％，并控制cev<0.39％，其余为fe和不可避免的夹杂。生产工艺流程为：铁水预处理
→
120t转炉冶炼
→
lf精炼
→
rh精炼
→
板坯连铸
→
铸坯缓冷
→
铸坯清理
→
再热炉加热
→
除鳞
→
粗轧
→
精轧
→
加速水冷
→
热矫直
→
钢板标识
→
钢板缓冷
→
剪切
→
标识
→
入库。其中：热变形阶段采用≥1000℃的完全再结晶区粗轧 开轧温度880～920℃的未再结晶区精轧的两阶段控轧工艺，中间待温厚度为3.0～5.0倍成品厚度，轧后钢板立即进行加速冷却，冷速7～10℃/s，终冷温度控制在600～650℃之间。运用上述成分设计和易于操作的热变形及冷却工艺，将钢板的强塑性、低温冲击韧性及焊接性能发挥到最佳水平：屈服强度≥415mpa，屈强比≤0.75；伸长率＞26％；
‑
40℃横向冲击功≥130j，钢板厚度中心处
‑
40℃横向冲击功＞90j，抗层状撕裂性能>z35，且在高温长时间pwht后，钢板的强度与低温韧性依然满足工程要求。该钢种很好地适应了压力容器建造行业发展的需要，为压力容器向着大型化、复杂化、专用化、高参数、严工况发展提供材料支撑，同时为低碳当量易焊接要求钢板提供了一种低成本、简流程、快节奏的生产工艺途径。
附图说明
[0031]
图1为35mm低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板表面处金相组织；
[0032]
图2为35mm低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板1/4厚度处金相组织；
[0033]
图3为35mm低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板1/2厚度处金相组织。
具体实施方式
[0034]
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0035]
本发明的生产工艺生产的三种化学成分配比的压力容器用钢板即实施例1、2和3，三个实施例得到的钢板化学成分配比参见表1，具体生产工艺见表2。
[0036]
实施例1
‑
3钢板的制备方法依次包括如下步骤：
[0037]
(1)冶炼工艺：采用转炉冶炼；
[0038]
(2)lf精炼 rh真空处理：通过精炼和rh真空处理工艺降低钢水中o、h、n等有害气体及s含量；在lf精炼时，控制钢水中ca含量为0.0008
‑
0.0030wt％；
[0039]
(3)连铸：采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上，得到的连铸坯尺寸为250*1800*3600(mm)；
[0040]
(4)板坯加热：加热温度为1150～1200℃，所述加热速度参考为8～10min/cm，以保证钢坯烧匀烧透，均热时间不少于40min；
[0041]
(5)轧制：采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行≥1000℃的完全再结晶轧制，待温厚度为3.0～5.0倍成品厚度；精轧机开轧温度为880～920℃；
[0042]
(6)水冷：轧后钢板立即进行加速冷却，冷速为7～10℃/s，终冷温度为600～650℃，加速冷却后空冷至室温。
[0043]
将水冷后的钢板进行实物性能检验，结果见表3。
[0044]
表1本发明q415级别低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板的化学成分及含量(wt％)
[0045]
编号csimnpsasnbalticahoncev实施例10.160.261.320.0120.0030.0040.0110.0350.0130.00080.000130.00100.00170.38实施例20.160.271.320.0120.0030.0030.0120.0340.0130.00080.000100.00130.00190.38实施例30.160.271.340.0110.0040.0040.0120.0360.0150.00080.000100.00100.00180.38
[0046]
表2本发明q415级别低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板的生产工艺
[0047][0048]
表3本发明q415级别低碳当量易焊接控轧型耐低温压力容器用钢板的实物性能
[0049][0050]
表3中钢板的屈服强度、抗拉强度和伸长率测试请参见gb/t228
‑
2002《金属材料室温拉伸试验》。钢材的冲击功测试请参见gb/t229
‑
2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。
[0051]
从以上表中数据可以看出，该工艺简单易于操作，钢板具有强度适中，塑性好，低温韧性高的特点，疲劳性能好，适合大规模工业生产。
[0052]
从图1至图3的金相组织图可以看出，钢板沿厚度方向不同位置的组织均较为均匀，晶粒度不低于10级且无明显的带状组织。
[0053]
本发明并不局限于上述实例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。
[0054]
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
[0055]
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
[0056]
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照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该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。