专利名称：一种厚规格压力容器用钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种压力容器用钢及其制备方法，属于低合金钢领域，特别涉及厚规 格(60 80mm)压力容器用钢及其制备方法。
背景技术：
我国最常用的压力容器用钢板为Q245R和Q345R，占锅炉和压力容器总用钢量的 60%以上。近几年国家电力供应的严重不足，特别是长三角地区存在电力的严重不足，引发 全国各地区都在大力发展电力事业，随着国内发电事业的大力发展，锅炉用钢将会有飞跃 性的发展。我国高压锅炉管及高压容器管的自给率及占有率一直较低，不足70%，即每年有 近40%的高压锅炉管及高压容器管依赖进口。预计至2010年我国的锅炉和压力容器用钢 板的消费需求至少达到100万吨，Q245R和Q345R压力容器用钢板的开发具有广阔的市场 前景。通常，Q345R压力容器钢板交货状态有热轧、控轧、正火几种。虽然正火后钢板延 伸率、冲击功值都会提高，但屈服强度大幅度降低，且成本高，难以得到成本低廉且综合性 能优良的钢板。本发明涉及的Q345R压力容器钢板制备方法为采用添加和控制各种合金元 素，直接通过控轧工艺，不经过正火处理，简化生产工序，得到成本低廉，且产品强度、断后 伸长率、冲击韧性和一级探伤等综合性能优良的钢板。国家标准GB 713-2008提供了一种Q345R钢的化学成分以及力学和工艺性能要 求，如表1、表2所示。表1Q345R 化学成分(％ wt)
CSiMPSAlt ξ 0. 20 Ξ 0. 551. 20-1. 60 ξ 0. 025 ξ 0. 015彡 0. 020表2Q345R力学和工艺性能要求
牌号厚度 (mm)Rm, MPaReL, MPaA，%冲击功(横向 O0C) Akv/J180°弯曲 d= 弯心直径 a=钢板厚度交货 状态不小于Q345R>60-80490-6203052034d=3a正火 但在实际应用中，往往因为使用条件和应用领域的不同，客户会提出各种附加要 求。这就需要在国标的基础上，适当添加微量元素，提高产品性能。
发明内容
本发明提供一种厚规格(60 80_)压力容器用钢及其制备方法。
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本发明所述的厚规格压力容器为厚度60 80_的压力容器。本发明的技术方案如下一种厚规格压力容器用钢，其特征在于，钢的化学成分及重量百分比含量为C 0. 10 0. 20 Si 0. 25 0. 50 Mn 1. 35 1. 60 S ^ 0. 010 P 彡 0.020 %、Nb :0. 010 0. 050 %、Ti :0. 010 0. 050 %、AlsO. 015 0. 05 [N] ( 40X10—6、
( 40X10—6、[H] ( 2 X 10_6，其余为铁和不可避免的杂质。钢种成分的确定Q345R容器钢长年在高温、高压或高压低温下运行，工作条件苛 刻，故用户对其纯洁度、残余元素、氮氧含量、酸溶铝含量以及钢板表面质量等提出严格要 求；同时钢板必须具有良好的强度、塑性、韧性、成形、焊接工艺性能、高温持久强度、蠕变极 限、持久断裂塑性。优选的，钢的化学成分重量百分比含量为C 0. 16-0. 19 Si 0. 30-0. 45 Mn 1. 35-1. 60 S 0. 003-0. 008 P 0. 010-0. 020%,Nb 0. 015-0. 035%,Ti 0. 015-0. 035%, [N] ( 40Χ1(Γ6、
( 40Χ1(Γ6、 [H] < 2X10_66、Als :0. 0015-0. 040%。进一步优选的，钢的化学成分重量百分比含量为C 0. 18 Si 0. 40 %, Mn 1. 50 S 0. 005 P 0. 015 Nb 0. 030 Ti 0. 020%, [Ν+0] ( 80Χ1(Γ6、[H] ( 2X1(T6、A1s :0· 020%。对于厚规格Q345R压力容器用钢产品为防止因时效产生冲击功值大幅度下降， 通过添加Ti固N的方式减少游离N对钢材时效性能的影响；为保证钢板具有足够的强度， 一方面通过添加Nb，充分发挥Nb的细晶强化作用，另一方面采用低温大压下控轧工艺来细 化晶粒。另外，本发明为保证厚规格Q345R产品的探伤要求，一方面在冶炼环节通过LF精 炼和RH精炼提高钢水的纯净度，对S、P元素提出了控制要求S彡0. 008%,P彡0. 020%, N彡40X 10_6、0彡40X 10_6、H彡2X 10_6s，另一方面在热轧环节的精轧工序采用低温大压 下工艺，轧后采用缓冷工艺。一种厚规格(60 80mm)压力容器用钢的制备方法，包括铁水预处理、顶底复吹转 炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、4300mm宽厚板轧制，其特征在于，控制钢的化学成分 百分比含量为c 0. 10 0. 20%, Si 0. 25 0. 50%, Mn 1. 35 1. 60%, S 彡 0. 010%, P 彡 0. 020%,Nb :0. 010 0. 050%,Ti :0. 010 0. 050%, [N]彡 40Χ1(Γ6、
彡 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X IO"6, Als 0. 015-0. 055% ；控制轧制温度如下钢坯出炉温度1150-1200°C，钢坯 粗轧开轧平均温度1130-1170°C，终轧平均温度1050-1100°C，精轧开轧温度840-900°C，终 冷温度为650-700°C，冷却速度为5-12°C /s。优选的，粗轧总压缩比> 50%。优选的，所述铁水预处理是指铁水脱硫，铁水硫控制在0. 001 % 0. 015 %，温度 1250 1320°C，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。优选的，所述的顶底复吹转炉冶炼，是预处理后的铁水进入转炉，造渣料于终点前 1-5分钟加完，终渣碱度控制在R = 3. 0 5. 0，终点压枪时间30 120秒。采用铝锰钛脱 氧，铝锰钛1. 5 4. 5kg/t。出钢时顺钢流加入400kg/炉 700kg/炉脱硫剂，在放钢1/2 时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入高锰、硅锰、铌铁，钢水出至四分 之三时加完。
所述高锰为含锰55% 75%的铁合金。所述高锰的加入量为2 7kg/t。所述硅锰为含硅13% 25%，含锰55% 75%的铁合金。所述硅锰的加入量为 15 23kg/t。所述铌铁为含铌50% 65%的铁合金。所述铌铁的加入量为0. 5 1. 5kg/t。本领域的技术人员可以根据钢种要控制的元素比例，来调节高锰、硅锰、铌铁的加入量。LF精炼采用全程底吹氩搅拌，软吹氩之前喂CaFe线200 400米/炉，软吹氩9 15分钟。根据实际情况加入石灰进行造渣。采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣必须为 黄白渣或白渣，且保持时间10 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0。采用铌铁对成分进 行微调，喂铝线增铝，喂钛线增钛。铝线、钛线的加入量，本领域技术人员可根据实际需要调节，优选的，铝线的加入 量为0 400米/炉，钛线的加入量为100 400米/炉。RH精炼采用轻处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间3 12分钟。所述的轻处理模式为RH真空处理时，真空槽内的真空度为80 200mbar。板坯连铸步骤中，板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。二水冷采 用弱冷模式。钢坯堆垛缓冷24小时以后再送轧。所述中碳保护渔成分为SiO2 :25 % 35 %，CaO :35 45 %，MgO 1. 90 % 3. 00%, Al2O3 3. 00 4. 00%。所述弱冷模式为单位时间内连铸机二冷段喷出的水量与拉出的铸坯重量的比值， 范围0. 3 0. 61/kg。4300mm宽厚板轧制是采用二阶段轧制，粗轧和精轧轧制采用四辊可逆式轧机。钢 坯出炉温度1150-1200°C，粗轧总压缩比> 50%，当成品规格为60_70mm时，中间坯厚度为 130mm ；当成品规格为70_80mm时，中间坯厚度为140mm。精轧开轧温度850_900°C，终冷温 度为660-690°C，冷却速度为6-10°C /s。进一步优选的，厚规格(60 80mm)压力容器用钢的制备方法可考虑以下工艺条 件进行操作1、铁水预处理铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0.001% 0.012%，温度1250 1290°C，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。2、转炉冶炼预处理后的铁水进入转炉，造渣料于终点前2分钟加完，终渣碱度控制在R = 3. 0 4. 5，终点压枪时间40 100秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛1. 5 3. 5kg/t。出钢时 顺钢流加入400kg/炉 600kg/炉脱硫剂，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。 钢水出至四分之一时，分批加入高锰、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。3、LF 精炼采用全程底吹氩搅拌，软吹氩之前喂CaSi线200 350米/炉，软吹氩大于9 13分钟。根据实际情况加入石灰进行造渣。采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣必须为 黄白渣或白渣，黄白渣或白渣保持时间10 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 3. 5。采用铌 铁对成分进行微调，喂铝线增铝，喂钛线增钛。
4、RH 精炼采用轻处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间3 10分钟，冶炼周 期控制在30分钟左右。5、板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。二水冷采用弱冷模式，一级为 softing-cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0. 8 1. 6m/min。钢坯堆垛缓冷 24小时以后再送轧。6、4300mm宽厚板轧机4300mm宽厚板轧制是采用二阶段轧制，粗轧和精轧轧制采用四辊可逆式轧机，钢 坯出炉温度1150-1200°C，钢坯粗轧开轧温度1130-1170°C，终轧温度1050-1100°C，粗轧总 压缩比> 50%，成品规格60-70mm，中间坯厚度为130mm，成品规格70_80mm，中间坯厚度为 140mm，精轧开轧温度840-900°C，终冷温度为650-700°C，冷却速度为5_12°C /s。本发明是一种经济型低合金碳素钢，适用于锅炉、压力容器等长年在高温、高压或 高压低温下运行设备的结构件。与现有技术相比本发明的有益效果如下本发明的厚规格Q345R压力容器用钢提供了比较精确的C、S、P控制范围，并且给 出了 Mn、Nb、Ti的控制范围；炼钢生产成本较低，生产过程容易稳定控制，化学成分也容易 稳定控制；产品不需要经过热处理工序，极大的简化了生产工艺和降低了生产成本；通过 LF精炼和RH精炼控制合金成分，铸坯缓冷和产品轧后缓冷的工艺就可以满足一级探伤的 要求，钢板的其它综合性能优良。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步地说明，但不限于此。实施例1 1.压力容器用钢的化学成分重量百分比如下C 0. 16%,Si 0. 38%,Mn 1. 42%,P 彡 0. 016%,S 彡 0. 004%,Nb 0. 026% Ti 0. 029%, Als 0. 034% ο2.压力容器用钢的制造方法，生产工艺流程包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、 LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、4300mm宽厚板轧制、成品缓冷。操作步骤如下铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0. 008%，温度1250°C，脱硫完毕扒净 铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R =4.0,终点压枪时间65秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛2. 5kg/t。出钢时顺钢流加入400kg 脱硫剂，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入 高锰、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际 情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为13分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩 之前喂CaSi线200米/炉，并软吹氩气11分钟。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉， RH精炼采用轻处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间5分钟，冶炼周期控制 在45分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。二水冷采用弱冷模式，一级为 softing-cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0. 85m/min。要求探伤的钢坯堆 垛缓冷24小时以后再送轧。
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连铸坯规格为300mm* 1800mm*3460mm成品钢规格为79. 65mm*2600mm*7400mm控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1150-1200°C; ⑵钢坯粗轧开轧平均温度1130-1170°C，终轧平均温度彡1050°C，粗轧总压缩比> 50% ； (3)成品规格70-80mm，中间坯厚度为140mm，精轧开轧温度840-900°C，终冷温度为 650-700°C，冷却速度为 5-12°C /s。本实施例的钢板性能列于表4中。性能测试方法采用国际通用方法。实施例2 1.压力容器用钢的化学成分重量百分比如下C 0. 19%,Si 0. 42%,Mn 1. 35%,P ≤ 0. 016%,S ≤ 0. 004%,Nb 0. 029%,Ti 0. 025%, Als 0. 021。2.压力容器用钢的制造方法，生产工艺流程包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、 LF精炼、RH精炼、板坯连铸、4300mm宽厚板轧制。操作步骤同实施例1 :本实施例的钢板性能列于表4中。性能测试方法采用国际通用方法。实施例3 压力容器用钢的化学成分重量百分比如下C 0. 17%, Si 0. 230%, Mn 1. 50%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 004%, Nb 0. 035%, Ti 0. 035%, Als 0. 040。压力容器用钢的制造方法，生产工艺流程包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF 精炼、RH精炼、板坯连铸、4300mm宽厚板轧制。铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0. 002%，温度130(TC，脱硫完毕扒净 铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，造渣料于终点前5分钟加完，终渣碱度控制在R = 5. 0， 终点压枪时间100秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛3. 5kg/t。出钢时顺钢流加入600kg脱硫 剂，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入高锰、 硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加 入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为13分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩之前喂 CaSi线300米/炉，并软吹氩气15分钟。采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣必须为黄 白渣或白渣，且保持时间10 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0。采用铌铁对成分进行 微调，喂铝线增铝，喂钛线增钛。铝线的加入量为100米/炉，钛线的加入量为100米/炉。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用轻处理模式。RH处理时避免化 学升温，确保纯脱气时间5分钟，冶炼周期控制在45分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。二水冷采用弱冷模式，一级为 softing-cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0. 85m/min。要求探伤的钢坯堆 垛缓冷24小时以后再送轧。控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1150-1200°C; (2)钢坯粗轧开轧平均温度1130-1170°C，终轧平均温度1050-1100°C，粗轧总压缩比> 50% ； (3)当成品规格为60-70mm，中间坯厚度为130mm。精轧开轧温度860-900°C，终冷温 度为660-700°C，冷却速度为6-10°C /s。
本实施例的钢板性能列于表4中。性能测试方法采用国际通用方法。表4:实施例中钢板性能
权利要求
1.一种厚规格压力容器用钢，其中钢的化学成分重量百分比为C 0. 10 0. 20%,Si 0. 25 0. 50%,Mn :1. 35 1. 60%、S 彡 0. 010%,P^O. 020%, Nb 0. 010 0. 050 Ti 0. 010 0. 050 AlsO. 015 0. 05 [N]彡 40Χ1(Γ6、
( 40Χ10-6、[H] ( 2 X 10_6，其余为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的厚规格压力容器用钢，其特征在于钢的化学成分重量百 分比为:C 0. 16-0. 19 Si :0. 30-0. 45 Mn 1. 35-1. 60 S :0· 003-0. 008 P 0. 010-0. 020%,Nb :0. 015-0. 035%,Ti :0· 015-0. 035%, [N] ( 40Χ1(Γ6、
( 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X1(T6、A1s :0. 0015-0. 040%。
3.如权利要求1或2所述的厚规格压力容器用钢的制备方法，包括铁水预处理、顶底复 吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、4300mm宽厚板轧制，其特征在于，控制钢的化学成 分百分比含量为C 0. 10 0. 20%,Si 0. 25 0. 50%,Mn :1. 35 1. 60%、S 彡 0. 010%,P^O. 020%, Nb 0. 010 0.050 Ti 0. 010 0.050 [N]彡 40Χ1(Γ6、
彡 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X1(T6、A1s 彡 0. 015%。控制轧制温度如下钢坯出炉温度控制在1150 120(TC，钢坯粗轧开轧温度 1130-1170°C，终轧温度1050 1100°C，精轧开轧温度为850 900°C，终冷温度为660 690°C，冷却速度为6 10°C /s。
4.如权利要求3所述的厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于所述铁水预处理 是指铁水脱硫，，铁水硫控制在0. 001 % 0. 015%，温度1250 1320°C，脱硫完毕扒净铁水 表面的渣。
5.如权利要求3所述的一种厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于，所述的顶 底复吹转炉冶炼，是预处理后的铁水进入转炉，造渣料于终点前1-5分钟加完，终渣碱度控 制在R = 3. 0 5. 0，终点压枪时间30 120秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量1. 5 4. 5kg/t。出钢时顺钢流加入400kg/炉 700kg/炉脱硫剂，在放钢1/2时开始加入至3/4 时加完。钢水出至四分之一时，分批加入高锰、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。所述高锰为含锰55% 75%的铁合金。所述高锰的加入量为2 6kg/t。所述硅锰为含硅13% 25%，含锰55% 75%的铁合金。所述硅锰的加入量为15 22kg/t。所述铌铁为含铌50% 65%的铁合金。所述铌铁的加入量为0. 5 1. 4kg/t。
6.如权利要求3所述的厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于，LF精炼采用全 程底吹氩搅拌，软吹氩之前喂CaFe线200 400米/炉，软吹氩9 15分钟。加入石灰进 行造渣。采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣必须为黄白渣或白渣，且保持时间10 30 分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0。采用铌铁对成分进行微调，喂铝线增铝，喂钛线增钛。
7.如权利要求6所述的厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于，铝线的加入量 为0 400米/炉，钛线的加入量为100 400米/炉。
8.如权利要求3所述的一种厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于RH精炼中， RH真空处理时，真空槽内的真空度为80 200mbar ；RH处理时避免化学升温，确保纯脱气 时间3 12分钟。
9.如权利要求3所述的一种厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。所述中碳保护渣成分为SiO2 :25% 35%，Ca0 35 45%，MgO 1. 90% 3. 00%, Al2O3 3. 00 4. 00% ； 二水冷采用弱冷模式。钢坯堆垛缓冷24小时以后再送轧。
10.如权利要求3所述的一种厚规格压力容器用钢的制备方法，其特征在于4300mm 宽厚板轧制是采用二阶段轧制，粗轧和精轧轧制采用四辊可逆式轧机。钢坯出炉温度 1150-1200°C，粗轧总压缩比> 50%，当成品规格为60 70mm时，中间坯厚度为130mm，当 成品规格为70 80mm时，中间坯厚度为140mm ；精轧开轧温度850 900°C，终冷温度为 660 690°C，冷却速度为6 10°C /s。
全文摘要
本发明涉及一种厚规格(60～80mm)压力容器用钢及其制备方法。该压力容器用钢的化学成分及重量百分比含量为C0.10～0.20％、Si0.25～0.50％、Mn1.35～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb0.010～0.050％、Ti0.010～0.050％、Als≥0.015％、N≤40×10-6、O≤40×10-6、H≤2×10-6。本发明利用常规设备，通过调整部分元素含量，进行微合金化处理，不需要热处理，直接通过控制轧制工艺条件，就可以生产出组织均匀、各项性能优异，满足一级探伤要求的厚规格压力容器用钢。
文档编号C22C33/04GK102002635SQ20101056164
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者任继银, 刘军刚, 周平, 张鹏, 李文钱, 李灿明, 李辉, 杨建勋, 王建景, 高立福, 麻衡 申请人:莱芜钢铁股份有限公司