专利名称：一种加氢设备用超大厚度临氢铬钼钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板及其生产方法，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术：
近几年石化工业的发展主要围绕油品二次深加工、装置大型化，以加氢技术的应用为标帜。加氢技术是提高油品质量和改变油品结构的二次深度加工的先进工艺，是衡量一个国家石油提炼技术水平和综合国力的标志。为缩短我国石化工业和国外先进水平间的差距，1983年7月国务院国发[1983] 110号文作出了《关于抓紧研制重大技术装备的决定》。1986年国家重大技术装备乙烯领导小组决定，将镇海炼化、阳炼油厂等五厂，七套40 80万t/a加氢精制和裂解装置中的91台关键设备，列为“七五”国产化项目，并通过自研和与国外合作的方式，逐步掌握了常规Cr-Mo钢压力容器制造技术。加氢用钢板由于使用条件苛刻，材料长期处于高温、高压及临氢工况下。材料除满足基本的常温力学性能外，还需满足高温下强度、抗回火脆化及氢腐蚀的要求。因此国内外针对加氢反应器用钢进行了大量的研究和开发。1983年美国石油学会(API)制定了高温高压临氢压力容器用材开发计划，美国材料性能学会(MPC)负责具体实施。美国钢铁学会(AISI)、美国机械工程师学会(ASME)、美国材料与试验学会(ASTM)、以及部分企业用户参与了开发。开发小组首先研制了增强型2.25Cr-lMo钢，美国ASME锅炉和锅炉压力容器规范委员会1984年规范案例1960-1予以认可。与此同时，日本新能源开发组织(NEDO)制定了“阳光计划”研制开发临氢设备用钢。目前国外生产临氢设备用钢的厂家主要有法国的阿塞洛公司、德国的迪林根公司和日本的神户制钢公司。但目前可以生产50t级临氢Cr-Mo钢板只有法国的阿塞洛公司。目前，背景技术一般只能生产厚度在IOOmm以下的加氢设备用钢板，钢板厚度在向大厚度方向发展时往往会遇到各方面的性能降低的问题，如果在保持现有的成分配比和生产方法的基础上直接 增加钢板的厚度，所得到的大厚度钢板就达不到国家标准GB713-2008制定的各项性能参数。
发明内容
本发明目的是提供一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板及其生产方法，冷弯性能好，材料制作时不开裂，回弹性好，减少了劳动强度，节约了工时和提高了材料的利用率，解决背景技术中存在的上述问题。本发明的技术方案是:一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板，由以下重量百分含量的组分组成:0.12 % 彡 C 彡 0.15 %,0.02 % ^ Si ^ 0.07 %, Mn:0.50-0.60 %,P 彡 0.007%, S 彡 0.005%, Cr:2.35-2.50%, Mo:0.95-1.10%,0.012%彡 Nb ( 0.02%,Cu ( 0.20%, Ni ( 0.20%, Sb ( 0.003%, Sn ( 0.005%, As ( 0.016%, O 彡 0.003%,N彡0.008%, H彡0.0002%, Ti彡0.03余量为Fe和不可避免的 杂质。所述钢板的厚度为256mm。
一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板及其生产方法，包含冶炼工序、锻造开坯工序、加热轧制工序、热处理工序，各工序步骤如下:(I)冶炼工序:采用电弧炉方式冶炼，熔化期采用吹氧、流渣操作，真空脱碳，然后送入LF精炼炉内进行精炼，精炼后进入模铸工序，浇铸出单重达80吨的正16棱钢锭，称之为大钢锭；(2)锻造开坯工序:所述大钢锭放入加热炉中加热，随后锻造成470 X 2320 X 7450mm 的锻造坯；(3)加热轧制工序:所述大钢坯放入连续炉内加热轧制，加热至1200 1260°C，保温12小时，采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制压下量，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧后进行堆垛冷却预防钢板降温过快，保证钢板表面及内部质量；(4)热处理工序:采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度为920 950°C，然后放入加速冷却介质中进行加速冷却，之后再经过回火，回火温度为700-750°C，保温时间为2-3.5min/mm，制得成品钢板；述成品钢板由以下重量百分含量的组分组成:C 彡 0.15%,Si ( 0.10%,Mn:0.30-0.60%,P ( 0.007%,S ^ 0.005%,Cr:2.00-2.50%,Mo:0.90-1.10%,Nb ( 0.02%, Cu ( 0.20%,Ni ( 0.20%, Sb ( 0.003%, Sn ( 0.005%,As ( 0.016%, O ( 0.003%, N ( 0.008%, H ( 0.0002%, Ti ( 0.03 余量为 Fe 和不可避免的杂质。所述工序采用电炉冶炼的方式及定向凝固技术冶炼出单重达80吨、上部最大直径1950mm，下部最大直径2100mm，高2900mm巨型圆锭，满足了生产厚钢板压缩比和单重的要求。所述的加热轧制工序，钢锭在均热炉内加热时的加热速度为:温度低于700°C时，加热速度彡IOO0C /h，温度在700°C 950°C时，加热速度彡110°C /h，温度在950°C 1200°C时，加热速度彡150° C /h。所述的加热轧制工序，第一阶段的道次压下率> 20%，累计压下率> 70%。所述的加热轧制工序，第二阶段的累计压下率> 50%。所述理工序，速冷却介质为水。本发明产品采用Cr、Mo、Nb合金元素复合强化，经过合理的热处理工艺，获得了良好的强韧性匹配，同时又不降低钢板的焊接性能。本发明中C彡0.15%, Si ( 0.07%, Si主要以固溶强化形式提高钢板的强度，但不可含量过高，以免降低钢板的韧性；Mn含量选择在0.50-0.60%,Mn主要起固溶强化、降低相变温度和提高钢板强度的作用，Mn能显著提高钢板的淬透性，随Mn含量的增加，钢板的塑性和低温冲击韧性略有下降，强度显著提高；Cr含量2.35-2.50%, Mo含量0.95-110%, Cr、Mo均能增加奥氏体过冷能力，提高钢板的淬透性，促进贝氏体的形成；N1、Mo含量低，既可满足钢板强韧性需求，又节约合金，降低成本；Nb ^ 0.02%, Nb对晶粒细化作用十分明显；P彡0.007%，S彡0.005%，是为了保证钢板钢质纯净，P含量偏高影响钢板的冲击韧性和抗脆化性能。本发明钢板中加入的贵金属含量相对较少，成本较低，具有市场竞争力。本发明的生产方法，用电炉冶炼方式冶炼，P、S等杂质有害元素含量低，钢质纯净；本发明钢板采用二阶段控轧工艺即II型控轧及正差轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低问题；本发明钢板的轧制工艺简单，易于操作，适合于有淬火机、常化炉、外机炉、车底炉的普通钢铁厂生产。本发明的生产方法实现了较低的碳当量和合金含量的化学成分设计，同时得到了具有更细小的组织结构和更佳的抗脆化性能的钢板，生产的钢板各项力学性能指标均符合技术条件要求，且生产成本显著降低。经检测本发明的钢板经模拟焊后热处理后的力学性能达到下列要求:Rp0.2 > 310MPa，Rm520-680MPa，A 彡 22%, -30°C Akv 彡 80J，J 系数彡 90，P+Sn ( (λ 012%，具有良好的抗氢腐蚀和抗脆化性能。本发明为了保证生产出合格的大厚度、大单重的铬钥钢板，成分上采用增加Nb元素、增大C、Cr、Mo等合金元素的方式保证性能要求，并适当添加了 Ti元素。为了满足钢板厚度尺寸要求，采用设计超大锭模的方式，浇注出单重达80吨的大型钢锭。随后采用锻造、控制轧制、正火加速冷却、回火等热处理工艺保证钢板的力学性能。本发明优点和效果:本发明的加氢设备用大厚度铬钥钢板的最大厚度可达到256mm，钢板最大单重达到60吨，板满足了国内外压力容器制造行业对大厚度钢板的需求，可广泛用于热高压分离器、加氢反应器等石化设备上；钢板的冷弯性能好，材料制作时不开裂，回弹性好，减少了劳动强度，节约了工时和提高了材料的利用率；钢板板型良好，不平度达到< 4mm/m，可减少设备制作方的制作钢板矫平费用约50元/吨。
图1为钢板头部表面的金相组织(最大模拟焊后热处理状态)；图2为钢板尾部表面的金相组织(最大模拟焊后热处理状态)；图3为钢板头部1/2板厚的金相组织(最大模拟焊后热处理状态)；图4为钢板尾部1/2板厚的金相组织(最大模拟焊后热处理状态)。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。实例的加氢设备用大厚度铬钥钢板由以下重量百分含量的组分组成:0.12%^ C ^ 0.15 %, 0.02 % ^ Si ^ 0.07 %, Mn:0.50-0.60 %, P ^ 0.007 %, S ^ 0.005 %,Cr:2.35-2.50%, Mo:0.95-1.10%,0.012%^ Nb ( 0.02%, Cu ( 0.20%, Ni ( 0.20%,Sb ( 0.003%, Sn ( 0.005%, As ( 0.016%, O 彡 0.003%, N ( 0.008%, H ( 0.0002%,Ti ( 0.03，本实施例的加氢设备用大厚度铬钥钢板的J系数为41.3，P+Sn含量为0.007%,钢板的厚度为256mm。本实施例的加氢设备用超大厚度铬钥钢板的生产方法，具体步骤为:(I)冶炼步骤:先用100T超高功率电弧炉冶炼，熔化期采用大渣量流渣操作，真空脱碳，当钢液温度达到1600°C时，出钢。然后送入LF精炼炉内进行精炼I小时，快速脱氧，根据脱S情况，微调Mn、Mo、Nb、N1、Cr含量，精炼后进入抽真空程序，经30分钟抽真空后进入模铸工序，制备出单重达80t的大型钢锭。(2)锻造开坯步骤:所述大钢锭放入加热炉内加热，加热至1210±10度保温8个小时，开始锻制，经倒棱、拔方、拔扁等工艺锻造出470 X 2320 X 7450mm的锻造坯。(2)加热轧制步骤:所述大钢坯放入连续炉内加热轧制，加热至1200°C，保温12小时，在均热炉内加热时的加热速度为:温度低于700°C时，加热速度为100°C /h，温度在700°C 950°C时，加热速度为110°C /h，温度在950°C 1200°C时，加热速度为150°C /h，采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，该阶段内，奥氏体变形和再结晶同时进行，第一阶段的道次压下率为10%，累计压下率为60%，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段(950°C AJ，第二阶段的累计压下率为50%，该阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，轧后进行堆垛冷却；(3)热处理步骤:采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度为920-950°C，然后放入水中进行加速冷却，之后再经过回火，回火温度为670°C _750°C，保温时间为2.5-3.5min/mm,之后轧制成256mm厚的钢板。实施例的钢板经过模拟焊后，再经焊后热处理，热处理条件为690°C X32h，之后对钢板的力学性能进行测试，测试结果见表I所示。实施例1钢板经正火+回火后做冷弯试验，D = 3a，180°，冷弯试验结果均为完好。表I实施例钢板成分控制
权利要求
1.一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板，其特征在于:由以下重量百分含量的组分组成:0.12% 彡 C 彡 0.15%, 0.02% 彡 Si 彡 0.07%, Mn:0.50-0.60%，P 彡 0.007%，S 彡 0.005%,Cr:2.35-2.50%, Mo:0.95-1.10%,0.012% ^ Nb ^ 0.02%, Cu ( 0.20%, Ni ( 0.20%,Sb ( 0.003%, Sn ( 0.005%, As ( 0.016%, O 彡 0.003%, N 彡 0.008%, H 彡 0.0002%, Ti ( 0.03余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板，其特征在于所述钢板的厚度为256mm。
3.一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板的生产方法，其特征在于包含冶炼工序、锻造开坯工序、加热轧制工序、热处理工序，各工序步骤如下: (1)冶炼工序:采用电弧炉方式冶炼，熔化期采用吹氧、流渣操作，真空脱碳，然后送入LF精炼炉内进行精炼，精炼后进入模铸工序，浇铸出单重达80吨的正16棱钢锭，称之为大钢锭； (2)锻造开坯工序:所述大钢锭放入加热炉中加热，随后锻造成470X2320X7450mm的锻造坯； (3)加热轧制工序:所述大钢坯放入连续炉内加热轧制，加热至1200 1260°C，保温12小时，采用二阶段控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制压下量，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，轧后进行堆垛冷却预防钢板降温过快，保证钢板表面及内部质量； (4)热处理工序:采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度为920 950°C，然后放入加速冷却介质中进行加速冷却，之后再经过回火，回火温度为700— 750°C，保温时间为2 — 3.5min/mm，制得成品钢板；述成品钢板由以下重量百分含量的组分组成:C 彡 0.15%, Si ( 0.10%, Mn:0.30-0.60%, P 彡 0.007%, S 彡 0.005%, Cr:2.00-2.50%, Mo: 0.90-1.10%, Nb ( 0.02%, Cu ( 0.20%, Ni ( 0.20%, Sb ( 0.003%, Sn ( 0.005%, As ( 0.016%,O彡0.003%, N彡0.008%, H彡0.0002%, Ti ( 0.03余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板的生产方法，其特征在于:所述工序采用电炉冶炼的方式及定向凝固技术冶炼出单重达80吨、上部最大直径1950mm，下部最大直径2100mm，高2900mm巨型圆锭，满足了生产厚钢板压缩比和单重的要求。
5.根据权利要求3所述的一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板的生产方法，其特征在于:所述的加热轧制工序，钢锭在均热炉内加热时的加热速度为:温度低于700°C时，力口热速度彡100°C/h，温度在700°C 950°C时，加热速度彡110°C/h，温度在950°C 1200°C时，加热速度< 150°C /h。
6.根据权利要求3所述的一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板的生产方法，其特征在于:所述的加热轧制工序，第一阶段的道次压下率> 20%，累计压下率> 70% ;第二阶段的累计压下率彡50%。
7.根据权利要求3所述的一种加氢设备用超大厚度临氢铬钥钢板的生产方法，其特征在于:所述的热处理工序工序，速冷却介质为水。
全文摘要
本发明涉及一种加氢设备用超大厚度临氢铬钼钢板及其生产方法，属于钢铁冶金技术领域。技术方案是钢板由以下重量百分含量的组分组成C≤0.15%，Si≤0.10%，Mn0.30-0.60%，P≤0.007%，S≤0.005%，Cr2.00-2.50%，Mo0.90-1.10%，Nb≤0.02%，Cu≤0.20%，Ni≤0.20%，Sb≤0.003%，Sn≤0.005%，As≤0.016%，O≤0.003%，N≤0.008%，H≤0.0002%，Ti≤0.03余量为Fe和不可避免的杂质，采用电弧炉冶炼、模铸的方式生产出单重达80吨的圆型钢锭，通过锻造开坯、轧制和正火+加速冷却+回火的热处理工艺生产制备，生产的加氢设备用超大厚度铬钼钢板的最大厚度可达到256mm，单块成品钢板最大单重达60吨，钢板的冷弯性能好，材料制作时不开裂，回弹性好，减少了劳动强度，节约了工时和提高了材料的利用率。
文档编号C22C38/22GK103205645SQ20131006011
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者谢良法, 赵文忠, 袁锦程, 韦明, 刘生, 吴艳阳, 牛红星, 张萌, 蒋元春, 高雅, 王东阳, 袁忠业 申请人:舞阳钢铁有限责任公司, 河北钢铁集团有限公司