具有良好的低溫高韌性正火型高強度壓力容器鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及低合金鋼制造領域，具體地指一種具有良好的低溫高韌性正火型高強 度壓力容器鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對壓力容器的需求呈現(xiàn)出高參數(shù)方向發(fā)展的趨勢，這些 壓力容器具有兩個方面的特征之一：
[0003] 1)先進技術和工藝的使用、原料的多樣化和劣化，使壓力容器服役條件極端化，表 現(xiàn)為更高的壓力、更低的溫度；
[0004] 2)為提高經(jīng)濟效益，促使極端尺寸的壓力容器出現(xiàn)，表現(xiàn)為更大直徑、更薄壁厚、 更大的長度或高度。
[0005] 微合金化高強度低合金鋼的屈服強度是熱軋可焊接碳素鋼的2~3倍。通過代換 可以達到的重量降低不僅取決于強度的差別，也取決于加載方式，對拉伸的連續(xù)加載，重量 的降低與強度的差別成正比。屈服強度提高一倍，則鋼的重量可以降低50%。如果把安全 系數(shù)考慮在內(nèi)，可以認為低合金高強度鋼的強度是碳素鋼的兩倍，所以重量至少可將25%。 這種高強替代普通碳素鋼的方法對生產(chǎn)這和用戶都用經(jīng)濟上的吸引力，一方面生產(chǎn)廠因節(jié) 約成本而產(chǎn)生與減重成正比的收益關系而更青睞帶有附加值的微合金鋼，而對用戶來說， 用高強微合金化鋼替代不同碳素鋼，可降低生產(chǎn)成品的材料費用。
[0006] 目前的屈服強度不小于460MPa，抗拉強度不小于630MPa，屈強比< 0. 80的高強高 韌性壓力容器用鋼無法通過熱軋工藝、TMCP+回火工藝或離線的淬火+回火工藝實現(xiàn)，這是 因為TMCP+回火及離線淬火+回火工藝生產(chǎn)的低合金高強度鋼普遍存在屈強比> 0. 85的 現(xiàn)象，無法滿足該類鋼的設計要求，而熱軋鋼板強度雖然能實現(xiàn)屈強比< 0. 80要求，但是 熱軋態(tài)鋼板的低溫沖擊韌性普遍較低，無法滿足壓力容器低溫斷裂韌性的要求。
[0007] 普通的低合金正火壓力容器鋼的含碳量雖然不高，但是合金元素的含量較多，這 類鋼的淬硬傾向比熱軋鋼要大些，焊接冷裂紋比碳素鋼敏感，一般鋼材隨著強度級別的提 高焊接冷裂紋敏感性增大。低合金正火鋼焊接接頭的熱影響區(qū)中的過熱區(qū)是焊接接頭的薄 弱區(qū)。低合金正火鋼焊接時，當熱輸入量較大時，會使氮化鈦、碳化鈦等難熔質(zhì)點溶入奧氏 體，不僅會使熱影響區(qū)的過熱區(qū)晶粒長大嚴重，還會在過熱區(qū)出現(xiàn)上貝氏體，M-A組元等，再 加上粗晶區(qū)金屬碳、氮固溶量增多，從而使過熱區(qū)脆化、時效敏感性增大、焊接接頭的韌性 下降。但是本發(fā)明鋼的焊接解決了不同低合金正火壓力容器鋼的焊接性能、特別是焊接接 頭的薄弱區(qū)。
[0008][0009][0010] 申請?zhí)枮?00710113574.X的中國發(fā)明專利公開了一種低溫壓力容器用鋼板及其 生產(chǎn)方法，并未提及該發(fā)明鋼的焊接性能。
[0011] 申請?zhí)枮镃N201010200825.X的中國發(fā)明專利公開了一種正火型高強度壓力容器 鋼的制造方法，抗拉強度級別570MPa，且未提及該發(fā)明鋼的焊接性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種具有良好的低溫高韌性正火型高強度 壓力容器鋼板及其制造方法。該鋼板為一種V-Nb-N合金系的具有良好的低溫高韌性正 火型高強度壓力容器鋼板，該鋼板的屈服強度彡460MPa，抗拉強度630~725MPa，延伸率 彡22 %，屈強比< 0.85,并具有良好焊接性能。
[0013] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種具有良好的低溫高韌性正火型高強度壓 力容器鋼板，所述鋼板的化學成分重量百分比包括C:0. 10~0. 22%、Si彡0. 40%、Mn: 1. 10 ~1. 80%、P彡 0? 015%、S彡 0? 010%、Ni彡 0? 40%、Nb彡 0? 035%、V彡 0? 17%、N: 0. 0070~0. 0190% ;A1s:0~0. 025%和Ti:0~0. 018% ;其余量為Fe及不可避免的夾 雜；同時：3. 5 彡（V+Ti+Nb)/N彡 15,Ti+NV(3. 5N)彡C+V+2Ti彡 5VAC+V+Nb)。
[0014] 進一步地，所述鋼板的化學成分重量百分比包括C:0. 15~0.22%、Si:0. 10~ 0? 40%、Mn:1. 50 ~1. 74%、P彡 0? 015%、S彡 0? 010%、Ni:0? 10 ~0? 40%、Nb:0? 015 ~ 0? 035%、V:0? 08 ~0? 17%、N:0? 090 ~0? 0190% ;A1 s:0 ~0? 025%和Ti:0 ~0? 018%。
[0015] 再進一步地，所述鋼板的化學成分重量百分比包括C:0. 18%、Si:0. 15%、Mn: 1. 60%,P0. 008%,S^ 0. 003%,Ni：0. 30%,Nb：0. 03%,V：0. 10%,N：0. 0120% ；A1 3:0.021%和11:0.012%。再進一步地，所述鋼板的力學性能 ：屈服強度彡46010^，抗拉強 度630~725MPa，屈強比彡0. 85,延伸率彡22%，鋼板橫向-50°CKV2> 150J，焊接熱影響 區(qū)-50°CCTODS〇. 70mm，金相組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度達到10~13級。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種具有良好的低溫高韌性正火型高強度壓力容器鋼板的制備 方法，包括以下步驟：
[0017] 1)經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉實現(xiàn)釩微合金化、鋼包爐底吹氮氣升溫、真空去除氣體夾雜并控制 鋼中N含量的水平實現(xiàn)釩氮微合金化，經(jīng)連鑄成坯后，對鑄坯加熱，控制加熱溫度為1100~ 1230°C，控制加熱速率為8~14min/cm;
[0018] 2)進行熱軋，控制開軋溫度不低于1070°C，控制最后三道次累計壓下率不低于 30% ;控制終軋溫度不低于850°C;
[0019] 3)采用正火工藝進行熱處理，控制正火溫度在860~940°C，并保溫，保溫時間： 30~40min+以毫米為單位的板厚X1分鐘/mm。
[0020] 本發(fā)明的主要元素的作用有如下特征：
[0021] C:0.15 ~0.22%
[0022] C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，隨著碳含量的增加，鋼種？6不增 加，淬硬性也增加，鋼的屈服強度和抗拉強度回提高，二延伸率缺口沖擊韌性回下降。碳含 量每增加0. 1 % ;抗拉強度大約提高90MPa，屈服強度大約提高40-50MPa。但是，隨著碳含 量增加，鋼材的延伸率和沖擊韌性下降，尤其是低溫韌性下降的幅度更大。而且，焊接C含 量較高的鋼材時，在焊接熱影響區(qū)還會出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象，這將加劇焊接時產(chǎn)生冷裂的傾向。鋼 中C含量在不大于0. 22%的范圍內(nèi)時，既可提高鋼的強度有適合生產(chǎn)操作，提高其在工業(yè) 生產(chǎn)中的適用性和可行性。
[0023] Si:0? 10 ~0? 40%
[0024] Si能降低鋼中碳的石墨化傾向，并以固溶強化形式提高鋼的強度，但Si會加劇雜 質(zhì)元素在晶界的偏聚，故其含量不宜高，一面降低鋼的韌性和焊接性。
[0025] Mn:1. 50 ~1. 74%
[0026]Mn對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著地作用。含1%的Mn約可提高抗拉 強度lOOMPa。一般說來，Mn含量在2%以下對提高焊縫金屬的韌性是有利的，因此，在低碳 尚強度鋼中，普遍提尚Mn的含量，最尚可達2%。另外，Mn還能提尚Nb、V等在鋼中的溶解 度。但Mn有促進晶粒長大的作用，對過熱較敏感，故應控制鋼中Mn含量在1.50-1. 70%以 內(nèi)。
[0027] P^ 0. 015%,S^ 0. 010%
[0028] 由于鋼中的P、S含量必須控制在較低的范圍，只有冶煉純凈鋼，才能保證本發(fā)明 鋼的性能。
[0029] Ni:0? 10 ~0? 40%
[0030] Ni具有一定的強化作用，加入1%的Ni可提高鋼材強度約20MPa。Ni還能顯著地 改善鋼材的韌性，特別是低溫韌性。鋼中加入Ni，無論是基材，還是焊接熱影響區(qū)的低溫韌 性都明顯提高。但Ni含量過高時，會造成軋制時鋼板氧化鐵皮難以脫落且增加生產(chǎn)成本， 本發(fā)明鋼將其控制在〇. 10~〇. 40%。
[0031] V:0.08 ~0.17
[0032] V是強烈的碳氮化物形成元素，它通過形成碳化物組織奧氏體晶粒長大而細化晶 粒，提高鋼材的常溫和高溫強度。V能促進珠光體的形成，還能細化鐵素體板條。碳氮化釩 相對較高的溶解度加上氮化釩的溶解度遠低于碳化釩，使得釩成為一種容易控制且其有強 烈沉淀強化作用的元素，因為VN和VC溶解度的差異使得N成為釩鋼中一個重要