专利名称：低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种低温压力容器钢，特别涉及一种低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法。
背景技术：
随着我国石油化学工业的迅速发展，气体的液化、分离和液化气体的生产、储运及应用已相当普遍，国民经济的高速发展促进了低温压力容器用钢的市场需求。综合考虑技术经济效果、工艺性能，特别是压力容器使用安全可靠性等方面的因素，低温压力容器用钢向两个方向发展一是提高强度，二是确保良好的低温韧性和焊接性能。同时，随着现代压力容器大型化和高参数化的发展，高强度级别和大厚度压力容器钢板的市场需求正逐渐增加。-70°C及更低温度低温压力容器用钢，凭借其优越的低温韧性在乙烯、化肥、城市煤气、 二氧化碳等低温装置中得到了广泛应用，具有非常广阔的市场需求。目前已有不少关于低温压力容器钢的专利。主要问题存在从成分上看公开号为CN101497961B的“一种低温韧性I. 5Ν 钢及其制造方法” 专利，添加了较高的Ni (I. 20 I. 60%)，虽然其冲击性能可以达到-100°C，但生产成本较高；公开号为CN101255528B “超低温韧性优异铌钢板及其轧制方法”专利，添加了较高的 Nb (O. 04 O. 10% )，且其冲击性能只能达到-600C。从性能上看，公开号为CN101144138B “一种低温压力容器用钢板的生产方法”专利，虽然添加了较少的Ni (O. I O. 35% )，但其冲击性能只能达到-40°C要求；公开号为 CN100430506C “一种无Ni微合金低温压力容器钢及其制造方法”专利，采用无Ni成分和 TMCP工艺，但其冲击性能只能达到_60°C，厚度只能达到32_，且生产难度较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法，通过合理的成分设计，采用控轧控冷和正火(或正火加回火)工艺，使其钢板厚度在12 80mm，组织为铁素体加珠光体，屈服强度彡340MPa，抗拉强度彡475MPa，-80°C冲击功> 200J。为实现此目的，本发明采用如下技术方案所述钢以重量百分比计的化学成分如下C O. 05 O. 10%，Si O. 20 O. 30%， Mn I. 35 I. 50%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni O. 30 O. 40%, Cr O. 05 O. 10%, NbO. 02 O. 03%，V O. 005 O. 015%，B O. 0003 O. 0010%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明C C是保证强度的主要元素，但含量过高会对低温韧性和焊接性能产生不利的影响，因此，本发明C含量选择为O. 05 O. 10%。Si =Si主要起脱氧作用，并以固溶强化形式提高钢的强度，但含量过高会造成韧性下降，因此本发明Si含量控制在O. 20 O. 30%。
Mn :Mn起固溶强化作用，可显著提高钢的强度，并提高淬透性，改善热加工性能， 但过多的Mn易产生偏析，恶化钢的性能，因此本发明Mn含量控制在I. 35 I. 50%。Ni :Ni可以显著改善钢的低温韧性，对冲击韧性和韧脆转变温度具有有利的作用，但考虑到成本因素，本发明中将Ni含量控制在O. 30 O. 40%。Nb :Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相， 产生细化晶粒和析出强化的效果，改善强韧性，但含量过高时强化效果的增加不明显，因此 Nb的含量控制在O. 02 O. 03 %。Cr =Cr起固溶强化作用，显著提高钢板强度，同时降低钢的塑性和韧性，本发明中 Cr的含量控制在O. 05 O. 10 %。V :V是强碳化物形成元素，可以形成碳化物阻止奥氏体晶粒长大而细化晶粒，并通过沉淀析出提高钢材的强度，但V含量过高时会降低钢的韧性，本发明中V含量控制在 O. 005 O. 015%。B :B是提高淬透性最有效的元素之一，微量B即可使钢的淬透性大大提高，本发明中B含量控制在O. 0003 O. 0010%。P、S :P、S作为钢中的有害元素，理论上要求越低越好，但是考虑到炼钢可操作性和生产成本，本发明钢P含量控制在彡O. 012%，S含量控制在彡O. 005%。一种低成本高韧性低温压力容器钢的制造方法，包括如下步骤I)在炼钢、连铸工序中，采用铁水脱硫、LF精炼、RH处理、保护浇注技术，按照C O. 05 O. 10%, Si O. 20 O. 30%, Mn I. 35 I. 50%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni O. 30 O. 40%, Cr O. 05 O. 10%, Nb O. 02 O. 03%, V O. 005 O. 015%, B0. 0003
O.0010%，其余为Fe及不可避免的杂质的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；2)在热轧工序中，板坯加热温度为1150 1250°C，保温时间为I. 5 2. 5h ;奥氏体再结晶区轧制开始轧温度为980 1150°C，未再结晶区轧制开始温度为850 950°C，终轧温度为800 900°C ；3)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为6 12°C /s，终冷温度为630 730°C，之后空冷至室温；4)在热处理工序中，正火温度为880 920°C，保温时间为O. 5 3h ;或采用正火温度为880 920°C，保温时间为O. 5 3h，回火温度为620 660°C， 保温时间为I 4h。同现有技术相比，本发明的有益效果至少在于1)合金成分少，成分添加量低，大大降低了该钢种的生产成本；2)生产工艺简单，本发明采用了两种不同的热处理工艺，生产的钢板各项性能更加优异。
图I实施例I中钢板纵截面的显微组织照片；图2实施例3中钢板纵截面的显微组织照片；图3实施例5中钢板纵截面的显微组织照片；
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。实施例I 6的化学成分见表1，采用的热轧和热处理工艺参数为加热温度 1180 1230°C，保温2小时，开轧温度1000 1120°C，终轧温度820 880°C，冷却速度 6 12°C /s，终冷温度650 710°C，正火温度890 910°C，保温O. 5 3小时，回火温度 620 650°C，保温I 4小时。实施例I 6的钢板厚度、热处理工艺、力学性能见表2。表I本发明实施例I 6涉及的低成本高韧性低温压力容器钢的化学成分 (wt. % )
CSiMnPSNiCrNbVB实施例I0.090.241.47O. 00900.00200.360.050.025O. 006O. 0003实施例2O. 080.231.400.00740.00300.320.070.0240.008O. 0005实施例3O. 08O. 21I. 380.00920.00170.320.060.0250.011O. 0004实施例4O. 09O. 25I. 48O. 0095O. 00200.360.050.0220.013O. 0004实施例5O. 07O. 23I. 49O. 0084O. 0030O. 36O. 05O. 0260.009O. 0003实施例60.070.221.380.00710.0020O. 33O. 06O. 023O. 010O. 0004表2本发明实施例I 6涉及的低成本高韧性低温压力容器钢的力学性能
厚度 mm热处理工艺屈服强度 ReL MPa抗拉强度 Rm MPa断后伸长率 A %-80°C冲击功 Akv J实施例I12正火36549038.0313,318,303实施例224正火38551038.0315,320,284实施例342正火36049035.0358,356,338实施例480正火34548035.0257,237,255实施例528正火+回火35048540.0382,368,375实施例650正火+回火34047536.0331,381,300尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
权利要求
1.一种低成本高韧性低温压力容器钢，其特征在于是由下述重量百分比的成分组成 C O. 05 O. 10%, Si O. 20 O. 30%, Mn I. 35 I. 50%, P ( O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni O. 30 O. 40%, Cr O. 05 O. 010%, Nb O. 02 O. 03%, V O. 005 O. 015%, B0. 0003 O. 0010%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的低成本高韧性低温压力容器钢，其特征在于所制得钢板的组织为铁素体加珠光体。
3.根据权利要求I所述的低成本高韧性低温压力容器钢，其特征在于所述钢成品厚度为 12 80mm。
4.根据权利要求I所述的低成本高韧性低温压力容器钢，其特征在于，所述钢的屈服强度彡340MPa，抗拉强度彡475MPa，_80°C冲击功> 200J。
5.根据权利要求I所述的一种低成本高韧性低温压力容器钢，其特征在于，该钢是按照如下步骤制造的1)在炼钢、连铸工序中，采用铁水预脱硫、LF精炼、RH处理、保护浇注等技术，按照权利要求I所述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；2)在热轧工序中，板坯加热温度为1150 1250°C，保温时间为I.5 2. 5h ;奥氏体再结晶区轧制开始轧温度为980 1150°C，未再结晶区轧制开始温度为850 950°C，终轧温度为800 900°C ；3)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为6 12°C/s，终冷温度为630 730°C， 之后空冷至室温；4)在热处理工序中，正火温度为880 920°C，保温时间为O.5 3h ;或采用正火温度为880 920°C，保温时间为O. 5 3h，回火温度为620 660°C，保温时间为I 4h。
6.一种低成本高韧性低温压力容器钢的制造方法，包括如下步骤1)在炼钢、连铸工序中，采用铁水脱硫、LF精炼、RH处理、保护浇注技术，按照CO. 05 O. 10%, Si O. 20 O. 30%, Mn I. 35 I. 50%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 005%, Ni O. 30 O. 40%,Cr O. 05 O. 10%,Nb O. 02 O. 03%，V O. 005 O. 015%，B0. 0003 O. 0010%， 其余为Fe及不可避免的杂质的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；2)在热轧工序中，板坯加热温度为1150 1250°C，保温时间为I.5 2. 5h ;奥氏体再结晶区轧制开始轧温度为980 1150°C，未再结晶区轧制开始温度为850 950°C，终轧温度为800 9000C ；3)在冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为6 12°C/s，终冷温度为630 730°C， 之后空冷至室温；4)在热处理工序中，正火温度为880 920°C，保温时间为O.5 3h ;或采用正火温度为880 920°C，保温时间为O. 5 3h，回火温度为620 660°C，保温时间为I 4h。
全文摘要
本发明公开了一种低成本高韧性低温压力容器钢及其制造方法，包括下述重量百分比含量的化学成分组成C 0.05～0.10％，Si 0.20～0.30％，Mn 1.35～1.50％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni 0.30～0.40％，Cr 0.05～0.10％，Nb 0.02～0.03％，V 0.005～0.015％，B 0.0003～0.0010％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过合理的成分设计，采用控轧控冷和正火(或正火加回火)工艺，制得的钢板厚度为12～80mm，组织为铁素体加珠光体，屈服强度≥340MPa，抗拉强度≥475MPa，-80℃冲击功＞200J。本发明钢成本低廉，生产工艺简单，具有良好的低温韧性，可广泛用于制造乙烯、化肥、城市煤气、二氧化碳等低温装置。
文档编号C22C38/54GK102605283SQ20121011379
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者曲锦波, 杨汉, 杨浩, 镇凡 申请人:江苏省沙钢钢铁研究院有限公司