一種大厚度高韌性容器鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼板制造領(lǐng)域，具體涉及一種厚度為120~150_的特厚容器鋼板及 其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保要求的提高，燃油行業(yè)對汽柴油的潔凈度和燃燒效率的要求也更為苛 亥IJ，石化行業(yè)圍繞汽柴油油品的升級換代，重點(diǎn)開發(fā)大型石化用加氫反應(yīng)器等裝備。由于加 氫反應(yīng)器不僅要在高溫高壓和含氫條件下服役，而且要保證在寒冷地帶的使用安全，因此 要求鋼材除了要具有良好的常溫、高溫性能外，還必須具有較高的低溫沖擊性能和抗回火 脆化能力。加氫設(shè)備在加工階段需要經(jīng)過焊接和焊后熱處理，因此要求材料還需具備良好 的焊接性能以及優(yōu)良的焊后熱處理綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種厚度為120~150mm的 容器鋼板，能夠應(yīng)用于石化行業(yè)加氫反應(yīng)器的制備，具有較高的低溫沖擊韌性、Z向性能，尤 其具有較好的抗回火脆化能力以及滿足模擬焊后熱處理的低溫沖擊韌性不明顯減弱的要 求。
[0004] 本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀提供一種制造上述厚 容器鋼板的制造方法。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，一種大厚度高韌性容器鋼板，該 鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C :0. 05~0. 17%，Si :彡0. 10%，Mn :0. 40~0. 60%，P : 彡 0· 006%，S :彡 0· 003%，Ni :彡 0· 20%，Cr : L 50 ~2. 50%，Cu :彡 0· 20%，Mo :0· 90 ~L 10%， Sb :彡0· 003%，Sn :彡0· 010%，As :彡0· 012%，H :彡0· 0002%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì) 元素；所述鋼板的厚度為120~150!11111，1系數(shù)彡50，1系數(shù)=(5丨+111)*(?+511)*10 4，式中 元素為相應(yīng)元素的質(zhì)量百分比。
[0006] 進(jìn)一步講，本發(fā)明的大厚度高韌性容器鋼板，其心部-3 0 °C橫向夏比沖擊功 彡200J，Z向性能彡70%。
[0007] 本發(fā)明大厚度高韌性容器鋼板的化學(xué)成分是這樣確定的： 鋼板成分中，C能夠顯著提高鋼板的強(qiáng)度和硬度，但是對塑性和韌性有不利影響，同時(shí) C能夠增加淬透性；Si主要作為煉鋼時(shí)的還原劑和脫氧劑使用，有一定的固溶強(qiáng)化作用，但 如超過0. 80%會導(dǎo)致鋼的低溫韌性降低，所以Si控制在0. 10%以下；Mn通過固溶強(qiáng)化提高 鋼的強(qiáng)度，對韌性也有利；Ni能夠提高鋼的韌性和塑性，同時(shí)也增加強(qiáng)度，本發(fā)明的Ni控制 在0. 20%以下；Cr能大幅提高的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，提高回火穩(wěn)定性，但同時(shí)降 低鋼的韌性和塑性；Cu與Ni形成析出相Ni3Cu對鋼的高溫蠕變性能有利；Mo存在于固溶體 和碳化物中，可提高淬透性和強(qiáng)度，提高回火穩(wěn)定性；P、S是有害元素，P增加鋼的脆性，降 低鋼的焊接性能，降低塑性和冷加工性能，S降低鋼的延展性和韌性，在熱加工過程中造成 裂紋，故盡量減少P、S含量；Sb、Sn、As是有害元素，容易在晶界偏析，降低鋼的抗回火脆 化性能，應(yīng)盡量減少；H增加鋼的氫脆傾向，應(yīng)盡量降低其含量。
[0008] 本發(fā)明解決另一技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種上述大厚度高韌性容器鋼板的 制造方法，具體如下： 冶煉原料依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉：轉(zhuǎn)爐出鋼P(yáng) < 0. 008%，轉(zhuǎn)爐出爐溫度 為1610~1650°C，扒渣處理；LF精煉：白渣保持時(shí)間不小于25min，總精煉時(shí)間不小于 45min，鋼水S彡0. 003%時(shí)扒渣；RH真空脫氣精煉：真空度彡0. 5mbar，真空保持時(shí)間在 25min以上時(shí)破空；連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚度為450mm或以上的連鑄坯，對連鑄 坯加罩緩冷72小時(shí)以上，加罩是為了進(jìn)一步降低鋼坯的H含量，緩冷結(jié)束后對連鑄坯表面 帶溫清理，確保連鑄坯表面無裂紋等影響鋼板表面質(zhì)量的缺陷存在，清理溫度保持在l〇〇°C 以上；隨后再加熱連鑄坯，采用分段加熱方式：總加熱時(shí)間為10~12min/cm，預(yù)熱段溫度為 650~900°C，預(yù)熱段保溫3~3. 5min/cm，第一加熱段溫度為1000~1180°C，第一加熱段 保溫3~3. 5min/cm，第二加熱段溫度為1200~1260°C，第二加熱段保溫2~3min/cm，均 熱段溫度為1170~1260°C，均熱段保溫2~3min/cm，出鋼溫度1100~1600°C ;出爐后對 鋼坯進(jìn)行軋制：開軋溫度為1020~1100°C，前3至5道次的單道次壓下量40mm~65mm，乳 制的總壓縮比為3~5,終軋溫度800~900°C ;乳制完成后，鋼板在表面溫度400~500°C 時(shí)下線，加罩堆緩冷，緩冷72小時(shí)以上，緩冷至室溫，鋼板軋后緩冷的目的是充分降低鋼板 中殘留的H含量，減弱H的危害；最后對鋼坯依次進(jìn)行正火、淬火和回火熱處理，其中，正火 加熱溫度為910~940°C，正火保溫時(shí)間為1. 8~2. 5min/cm，出爐后空冷；淬火加熱溫度為 910~940°C，淬火保溫時(shí)間為1. 8~2. 5min/cm，出爐后用水快速冷卻至200°C以下；回火 加熱溫度為710~750°C，回火保溫時(shí)間為2. 5~4. Omin/cm，出爐后在空氣中冷卻，即獲得 鋼板成品。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)： 本發(fā)明是為了獲得高韌性的鋼板，使之適于作為壓力容器如加氫反應(yīng)器用鋼板，具有 高韌性的同時(shí)還要滿足具備較好抗回火脆化能力，鋼板性能不僅要滿足淬火+回火交貨狀 態(tài)的性能要求，還要求鋼板在經(jīng)過最大模擬焊后和最小模擬焊后熱處理以后的性能仍能達(dá) 到交貨狀態(tài)的性能要求，尤其是低溫沖擊韌性不能出現(xiàn)明顯波動(dòng)。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用優(yōu)化的組分，盡量減小功能性金屬元素添加物，簡 化鋼材的組成元素，確保元素在連鑄、乳制或熱處理過程中不發(fā)生偏析而導(dǎo)致晶界強(qiáng)度下 降。本發(fā)明將鋼板的J系數(shù)控制在50以下，控制回火過程中元素的偏析，增強(qiáng)鋼板的抗回 火脆化能力。
[0011] 在鋼水冶煉階段，通過RH生產(chǎn)，使氫含量下降至Ippm以下，確保鋼板具有較高的 抗氫致開裂能力，盡量降低氫脆對鋼板低溫韌性的影響。轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)的連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量 如中心偏析、中心疏松等缺陷得到遏制，有助于鋼板獲得優(yōu)異的心部性能。
[0012] 鋼板軋制前對鋼板再加熱，且采用階段加熱方式，對于大厚度的連鑄鋼坯來講，表 面和心部的溫差較大，溫度隨厚度呈梯度式變化，這也導(dǎo)致鋼材的晶相組織在厚度上存在 差異，難以保證鋼材表里性能的均一，尤其是心部性能難以控制。采用多級加熱方式，根據(jù) 鋼材的成分設(shè)計(jì)設(shè)置相應(yīng)各階段的加熱溫度和保溫時(shí)間，盡量消除鋼材表面和心部之間的 溫差，使鋼坯中的合金元素充分固溶，保證最終產(chǎn)品的成分均勻、組織均勻和性能均勻。
[0013] 另外，上述階段加熱方式的再加熱是隨之進(jìn)行的高溫大壓下軋制的前提，都是為 了消除表里差異、獲得組織均勻的軋鋼，高溫大壓下充分保證軋制力能夠滲透到坯料心部， 確保厚鋼板心部組織的細(xì)化，提高心部性能，為獲得較好的抗回火脆化能力打下基礎(chǔ)。
[0014] 本發(fā)明鋼板的熱處理工藝采用正火+淬火+回火的獨(dú)特工藝，通過正火先細(xì)化晶 粒、均勻成分，為后續(xù)的淬火獲得均勻細(xì)小組織打下基礎(chǔ)，淬火后獲得均勻無夾雜的均勻貝 氏體組織，然后通過合理的回火處理使鋼材在全厚度方向可以得到均勻的貝氏體回火組織 和細(xì)小的碳化物，在先進(jìn)行的正火和淬火工藝能夠盡可能地減小回火過程中元素的偏析現(xiàn) 象即異相組織形成，使最后的晶相均勻單一，從而確保鋼板的心部低溫沖擊、室溫拉伸及Z 向性能優(yōu)良，同時(shí)亦提高了鋼材的抗回火催化能力。
[0015] 本發(fā)明制造的高韌性鋼板厚度可達(dá)120~150mm，心部性能優(yōu)異，尤其是Z向性能 提高顯著，超過了標(biāo)準(zhǔn)對鋼板Z向性能35%的最高要求，表明該鋼材的致密性非常高，滿足 了對大厚度鋼材心部性能的苛刻要求；此外，心部-30°C夏比沖擊功多200J，熱處理后鋼材 的晶粒度達(dá)到了 7. 0級及以上，組織均勻，鋼板具有較好的抗回火脆化能力，經(jīng)過模擬焊后 熱處理后，組織仍保持均勻，心部拉伸和心部沖擊性能無明顯波動(dòng)，仍滿足鋼材性能要求。 此外，相應(yīng)的制備方法具有成本低、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的大厚度高韌性容器鋼板的厚度為150mm，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為： C ：0. 13%, Si ：0. 04%, Mn ：0. 53%, P ：0. 004%, S ：0. 0009%, Ni ：0. 15%, Cr ：2, 40%, Cu ：0. 01%, Mo ： 0· 98%，Sb :0· 001%，Sn :0· 001%，As :0· 001%，H :0· 00006%，0 :0· 0015%，N :0· 0035%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)元素 J系數(shù)為28. 5。
[0018] 該鋼板的制造工藝為，按上述鋼板成品的化學(xué)組分配置冶煉原料，依次經(jīng)KR鐵水 預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉：轉(zhuǎn)爐出鋼P(yáng) < 0. 008%，轉(zhuǎn)爐出爐溫度為1620°C ;LF精煉：白渣保持時(shí)間 不小于25min，總精煉時(shí)間不小于45min，鋼水S彡0. 003%時(shí)扒渣；RH真空脫氣精煉：真空 度彡0. 5mbar，真空保持時(shí)間在25min以上時(shí)破空；連鑄，采用150噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行連續(xù)澆鑄，制 造出滿足化學(xué)成分要求、厚度為450mm或以上的連鑄坯，對連鑄坯加罩緩冷72小時(shí)以上， 加罩是為了進(jìn)一步降低鋼坯的H含量，緩冷結(jié)束后對連鑄坯表面帶溫清理，確保連鑄坯表 面無裂紋等影響鋼板表面質(zhì)量的缺陷存在，清理溫度保持在l〇〇°C以上；隨后在步進(jìn)爐中 再加熱連鑄坯，采用分段加熱方式：加熱速率為llmin/cm，預(yù)熱段溫度為700°C，預(yù)熱段保 溫3. 5min/cm，第一加熱段溫度為1120°C，第一加熱段保溫3. 5min/cm，第二加熱段溫度為 1260°C，第二加熱段保溫2min/cm，均熱段溫度為1260°C，均熱段保溫2min/cm，出鋼溫度 1200°C;出爐后對鋼坯進(jìn)行軋制：開軋溫度為1100°C，前3至5道次的單道次壓下量40_~ 65mm，軋制的總壓縮比為3. 16,終軋溫度900°C ;乳制完成后，鋼板在表面溫度400~500°