一种复合坯轧制大厚度500MPa级高Z向层状性能低温容器钢板及其制造方法与流程

本发明涉及钢铁技术领域，更具体地说，涉及一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板及其制造方法。

背景技术：

根据绿色、环保、清洁能源的要求，石油化工、煤化工行业得到迅速发展。能源运输用压力容器钢的发展趋势逐步转向大型化和高压化，这必然对压力容器钢力学性能尤其是大厚度方面，提出了更加复杂的技术要求。高强度大厚度高等级容器钢已成为液化低温吸收塔、大型气体冷凝器、储气储罐等石化低温容器设备制造的重要金属材料，市场需求大。

国内很多钢厂均在研究高强度大厚度高等级容器钢的生产工艺，但对于采用铸坯组成的复合坯生产大厚度高等级高z向性能容器钢板具有高心部冲击韧性、高强度、高z向层状性能的生产制造方法目前尚未见报道，已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。高强度、高韧性、高z向等层状性能容器用钢研制开发对大厚度超低温容器钢市场开发具有指标性引领意义。

经检索，公开号为cn107287527b的一种优良低温韧性的160mm特厚钢板及其生产方法，该申请案通过合理的工艺设计，描述了一种低碳+0.07％nb低碳当量成分设计，且采用2块或多块连铸坯复合轧制得到合理对的性能，但该申请案通篇主要介绍是160mm厚度生产方法，在最终得到的性能描述中，冲击温度均为-20℃，且对冲击方向没有明确，ndt性能没有描述，探伤仅能到gb/t2970ⅰ级，与能标ⅰ级相比，探伤缺陷面积检测相差很大。

又如公开号为cn108070792a的一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法，该申请案采用合理的成分设计，生产200-350mm厚度钢板，通过正火+回火工艺，得到合理的性能，但该申请案只介绍了硬度性能，其它性能均没有介绍。

又如公开号为cn110605530a的一种生产特厚钢板的组坯方法，该申请案通过合理的工艺设计，描述了一种低碳+0.028％nb及cu+ni合计成分设计，且采用2块不同厚度连铸坯复合轧制得到合理对的性能，但该申请案通篇主要介绍是不同厚度坯料化学成分差异性控制情况，在最终得到的性能描述中，冲击温度均为-40℃，但冲击方向为纵向，ndt性能没有描述，探伤仅能到gb/t2970ⅰ级，与能标nb/t47013.3ⅰ级相比，探伤缺陷面积检测相差很大。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中高强度、高韧性、高z向层状性能容器用钢难以生产的不足，考虑到复合坯轧制大厚度高强度高z向层状性能的容器钢需要有良好的低温冲击性能和高强度，还要求有良好的ndt性能和高标准的探伤性能，所有的要求均要易于生产且成本较低的需求，拟提供一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板及其制造方法，本发明根据gb713-2014标准，通过低碳合金化成份设计，采用铸坯组成的复合坯生产大厚度500mpa级高断面性能容器钢，经过轧制+正火热处理后，制得钢板的力学性能达到技术标准要求，其实际水平达到：容器钢板具有210mm厚度，试样的1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平，良好强韧性性能。本发明的制造方法成功解决了大厚度钢板需要钢锭或电渣重熔坯料，生产低温高强度容器钢1/2厚度位置低温冲击性能不稳定、探伤等级不高及ndt性能不稳定技术难点。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括c：0.13-0.15％，si：0.30-0.40％，mn：1.40-1.60％，p≤0.008％，s≤0.001％，ni：0.20-0.30％，nb：0.015-0.025％，v：0.035-0.05％，alt：0.035-0.065％，ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15≤0.43％，余量为fe及不可避免的杂质。

更进一步地，该钢板的1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平。

更进一步地，该钢板显微组织为珠光体+铁素体组织，晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在10级。

本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板的制造方法，包括以下步骤：

s1、转炉炼钢：

其中熔炼钢水化学成分以重量百分比计，包括c：0.13-0.15％，si：0.30-0.40％，mn：1.40-1.60％，p≤0.008％，s≤0.001％，ni：0.20-0.30％，nb：0.015-0.025％，v：0.035-0.05％，alt：0.035-0.065％，ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15≤0.43％，余量为fe及不可避免的杂质；

s2、加热及轧制处理：将两块同炉号同厚度等尺寸坯料通过真空焊接复合后，对复合坯料进行加热；复合坯料轧制采用二阶段控制轧制；

s3、热处理：正火处理，正火温度890-900℃，在炉时间3.7±0.1min/mm。

更进一步地，步骤s2中加热处理中，加热段温度为1250-1260℃，均热段温度：1220-1240℃，均热段时间为80-100min，坯料总在炉时间为1510-1520min，出钢温度介于1200-1220℃。

更进一步地，步骤s2中将复合坯料轧制210mm厚度成品钢板，采用二阶段进行控制轧制，一阶段轧制道次形变率≥10％，二阶段道次形变率≥15％。

更进一步地，步骤s2中粗轧开轧温度≥950℃，粗轧终扎温度≥930℃，待温坯厚度控制在≥1.4h，h为成品钢板厚度，精轧开轧温度900-920℃，精轧终扎温度860-880℃，轧后空冷。

更进一步地，步骤s2中待温坯阶段增加中间冷却工序，待温坯穿水1～2道，辊速为1.5-2m/s。

更进一步地，所得钢板力学性能达到以下水平：1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平。

更进一步地，所得钢板的显微组织为珠光体+铁素体组织，晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在10级。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，各力学性能指标均达到标准要求，其实际的生产水平达到：试样的1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平，获得良好强韧性性能。

(2)本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板的制造方法，通过合理的低碳合金化成份设计采用铸坯组成的复合坯生产大厚度500mpa级高z向层状性能容器钢，配合合理的控轧工艺、正火工艺生产210mm厚度高强度、高z向层状性能低温容器钢，减少大厚度铸坯的炼钢难度，生产工序简单、成本低廉。

(3)本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板的制造方法，成功解决了大厚度钢板需要钢锭或电渣重熔坯料，生产低温高强度容器钢1/2厚度位置低温冲击性能不稳定、探伤等级不高及ndt性能不稳定技术难点。

(4)本发明的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板的制造方法，实现了在四辊单机架可逆的5000mm轧机生产线能够生产大厚度、高强度、高心部冲击韧性、高z向层状性能低温容器钢，设备投入低廉。

附图说明

图1为本发明中210mm厚钢板正火后1/2厚度金相组织示意图，正火组织为珠光体+铁素体组织，且钢板1/2厚度处晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在10级。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括c：0.13％，si：0.35％，mn：1.60％，p：0.007％，s：0.0009％，ni：0.30％，nb：0.020％，v：0.035％，alt：0.055％，ceq：0.42％，余量为fe及不可避免的杂质。

本实施例中该钢板的制造方法如下：

s1、转炉炼钢：

其中熔炼钢水化学成分以重量百分比计，包括c：0.13％，si：0.35％，mn：1.60％，p：0.007％，s：0.0009％，ni：0.30％，nb：0.020％，v：0.035％，alt：0.055％，ceq：0.42％，余量为fe及不可避免的杂质。

s2、加热及轧制处理：

将两块同炉号320mm厚度等尺寸坯料通过真空焊接复合后，采用台车炉对复合坯料进行加热；加热段温度为1260℃，均热段温度：1240℃，均热段时间为80min，出钢温度为1220℃，为避免轧制出现“红黑”相间的钢温出现，坯料总在炉时间为1510min。然后将复合坯料轧制210mm厚度成品钢板，采用二阶段进行控制轧制，一阶段轧制道次形变率≥10％，二阶段道次形变率≥15％，确保表面到心部组织足够细小，避免轧制过程中出现心部偏析。具体轧制时，粗轧开轧温度958℃，粗轧终扎温度938℃，待温坯厚度控制为294mm，成品钢板厚度h为210mm，中间坯穿水1道，辊速为2m/s，精轧开轧温度920℃，精轧终扎温度880℃，轧后空冷。

本实施例的容器钢板轧制必须采用高温大压下轧制，为降低高温态奥氏体晶粒长大速度，在待温阶段，增加中间坯冷却工艺，中间坯穿水一道次，冷却装置的辊道速度控制为2.0m/s，从而保障获取高强度、高心部冲击性能，改善减轻铸坯低倍质量影响；钢板轧后在820-840℃温度下进行在线预矫，保证原始板形。

s3、热处理：

本实施例采用正火处理，正火温度890℃，在炉时间798min。

本实施例制造得到的复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板具有210mm厚度，具体图1所示，钢板显微组织为珠光体+铁素体组织，晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在10级。其力学性能达到：试样的1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平，具有良好强韧性性能。

本实施例的制造方法，在坚持低成本生产要求的基础上，采用优化的正火工艺，确保钢板完全奥氏体化，轧制应力得到充分回复，解决了大厚度需要采用钢锭或电渣重熔原材料的苛刻冶炼设备要求。

本实施例根据根据gb713-2014标准，通过低碳合金化成份设计采用铸坯组成的复合坯生产大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢，经过控制轧制+正火热处理后，力学性能达到技术标准要求，其实际水平达到：容器钢板具有210mm厚度，试样的1/2厚度抗拉强度≥500mpa，同时z向性能≥71％，z向试样拉伸抗拉强度≥514mpa，同时-40℃，1/2厚度横向冲击功单值akv≥133j，ndt试验达到-30℃正反面均无裂纹，钢板实物探伤满足nb/t47013.3ⅰ级水平，获得良好强韧性性能。本实施例所获得的这些强度、塑性、-40℃，1/2厚度横向冲击韧性、ndt落锤性能、探伤性能指标均达到技术标准要求。本实施例利用全纵向复合坯轧制设计方法，采用控轧+待温坯中间冷却穿水工艺结合优化的正火热处理设计工艺，从而弥补了常规轧制生产线因装备能力有限而不能够生产大厚度、高强度、高韧性、高z向层状性能的低温容器钢的缺陷。

实施例2

本实施例的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括c：0.14％，si：0.30％，mn：1.45％，p：0.008％，s：0.0009％，ni：0.25％，nb：0.015％，v：0.045％，alt：0.060％，ceq：0.41％，余量为fe及不可避免的杂质。

本实施例中该钢板的制造方法如下：

s1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

s2、加热及轧制处理：

将两块同炉号320mm厚度等尺寸坯料通过真空焊接复合后，采用台车炉对复合坯料进行加热；加热段温度为1255℃，均热段温度：1238℃，均热段时间为95min，出钢温度为1218℃，坯料总在炉时间为1516min。然后将复合坯料轧制成210mm厚度成品钢板，粗轧开轧温度950℃，粗轧终扎温度930℃，待温坯厚度控制为300mm，中间坯穿水1道，辊速为1.5m/s，精轧开轧温度918℃，精轧终扎温度877℃，轧后空冷。

s3、热处理：

本实施例采用正火处理，正火温度894℃，在炉时间795min。

实施例3

本实施例的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括c：0.15％，si：0.35％，mn：1.40％，p：0.006％，s：0.0007％，ni：0.20％，nb：0.025％，v：0.050％，alt：0.025％，ceq：0.41％，余量为fe及不可避免的杂质。

本实施例中该钢板的制造方法如下：

s1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

s2、加热及轧制处理：

将两块同炉号320mm厚度等尺寸坯料通过真空焊接复合后，采用台车炉对复合坯料进行加热；加热段温度为1258℃，均热段温度：1227℃，均热段时间为97min，出钢温度为1218℃，坯料总在炉时间为1517min。然后将复合坯料轧制成210mm厚度成品钢板，粗轧开轧温度955℃，粗轧终扎温度933℃，待温坯厚度控制为298mm，中间坯穿水2道，辊速为1.5m/s，精轧开轧温度911℃，精轧终扎温度865℃，轧后空冷。

s3、热处理：

本实施例采用正火处理，正火温度898℃，在炉时间777min。

实施例4

本实施例的一种复合坯轧制大厚度500mpa级高z向层状性能低温容器钢板，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中该钢板的化学成分组成，按照重量百分比计，包括c：0.15％，si：0.40％，mn：1.50％，p：0.008％，s：0.001％，ni：0.26％，nb：0.023％，v：0.044％，alt：0.035％，ceq：0.43％，余量为fe及不可避免的杂质。

本实施例中该钢板的制造方法如下：

s1、转炉炼钢：其中熔炼钢水化学成分如上；

s2、加热及轧制处理：

将两块同炉号320mm厚度等尺寸坯料通过真空焊接复合后，采用台车炉对复合坯料进行加热；加热段温度为1250℃，均热段温度：1220℃，均热段时间为100min，出钢温度为1200℃，坯料总在炉时间为1520min。然后将复合坯料轧制成210mm厚度成品钢板，粗轧开轧温度955℃，粗轧终扎温度937℃，待温坯厚度控制为295mm，中间坯穿水2道，辊速为2m/s，精轧开轧温度900℃，精轧终扎温度860℃，轧后空冷。

s3、热处理：

本实施例采用正火处理，正火温度900℃，在炉时间756min。

以上各实施例中的所得钢板的信息如下表所示。

如下表1为上述实施例中钢种化学成分信息表：

如下表2为上述实施例中钢板加热工艺的信息表：

如下表3为上述实施例中钢板轧制控制的工艺信息表：

如下表4为上述实施例中钢板热处理工艺信息表：

如下表5为上述实施例中加工所得钢板的力学性能信息表：

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。