一种压力容器用高强度合金钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料制造的技术领域，具体的涉及一种压力容器用高强度合金钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，发电、冶金、化工、食品、造纸等技术不断提高，应用于高温、低温环境中的压力容器的需求大幅增加，压力容器用高强度合金钢板的需求越来越大。
[0003]压力容器一般在高温高压等环境中使用，安全性要求较高。不仅要求钢板具有良好的耐高温性能，还需要有较低的屈强比，有利于提高成形性；而且有利于保证使用中的安全性。
[0004]人们为了保证钢的高温性能，通常忽视了钢的韧性，一般的耐高温钢板只要求20°C夏比V型冲击能量多34J，钢的脆性转变温度较高，不利于钢的使用安全。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种压力容器用高强度合金钢板及其制备方法，采用C、Si, Mn, V, Ni成分设计，并且结合转炉冶炼，精炼、板坯连铸、两阶段车L制、正火等生产工艺，使所得合金钢板的屈服强度彡500MPa，抗拉强度彡750MPa，-40°C横向夏比V型冲击吸收能量多120J。该压力容器用高强度合金钢板具有高强度、高韧性、低屈强比、良好焊接性能，广泛应用于压力容器的制造。
[0006]本发明的技术方案为:一种压力容器用高强度合金钢板，包括以下重量百分比的组分:碳 0.20 ?0.25%，硅 0.20 ?0.40%，锰 1.35 ?1.60%，磷彡 0.018%、硫彡 0.008%，钒0.14?0.18%，镍0.40?0.70%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0007]所述压力容器用高强度合金钢板，包括以下重量百分比的组分:碳0.21?0.24%，娃
0.25 ?0.35%，锰 1.45 ?1.55%，磷彡 0.015%、硫彡 0.005%，钒 0.15 ?0.17%，镍 0.50 ?0.60%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0008]所述压力容器用高强度合金钢板，包括以下重量百分比的组分:碳0.23%，硅0.37%，锰1.54%，磷0.015%、硫0.002%，钒0.18%，镍0.63%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0009]所述压力容器用高强度合金钢板，包括以下重量百分比的组分:碳0.22%，硅0.30%，锰1.47%，磷0.012%、硫0.005%，钒0.17%，镍0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0010]所述压力容器用高强度合金钢板，包括以下重量百分比的组分:碳0.21%，硅0.28%，锰1.38%，磷0.014%、硫0.003%，钒0.16%，镍0.47%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0011]一种所述压力容器用高强度合金钢板的制备方法，包括以下步骤:
(O转炉冶炼:电解镍随废钢一起加入转炉内，碱度目标2.8?3.2，终点目标C0.08%?0.12%，P彡0.012%，S彡0.007% ;出钢过程中保证钢包全程吹氩； (2)脱氧合金化:出钢时加入复合脱氧剂AlMnTi预脱氧，大包加钢液净化剂净化钢液，合金在出钢4/5如加完，合金加入顺序依次为尚碳猛铁、猛娃合金、销块、I凡铁，出钢完毕，吹氩时间多12分钟，含出钢吹氩，喂铝线脱氧；
(3)精炼:采用LF精炼与VD真空脱气相结合或LF精炼与RH精炼相结合的方式；脱氧、脱氢、脱硫，去除夹杂物，纯净钢质；向钢中喂入CaFe线，改善夹杂物的分布与形态；
(4)板还连铸:中包使用碱性覆盖剂，连铸过程中动态二冷配水采用AmedC配水，静态二冷配水采用弱冷，使用中碳钢保护渣，中包使用碱性覆盖剂；结晶器锥度1.10?1.15%，板坯拉速0.9?1.0m/min，中间包过热度15?25°C;采用轻压下，减轻铸坯偏析；铸坯低倍要求:中心偏析C类彡1.5级、中心疏松彡0.5级、无内部裂纹。
[0012](5)两阶段轧制:板坯加热出炉后进行高压水除磷，采用粗轧和精轧两阶段轧制，粗轧阶段加大压下量，要求总压下量多60%，破碎奥氏体晶粒；精轧终轧温度840?860°C，轧制后弛豫停顿时间控制在21?29s，弛豫后进行空冷；
(6)正火:正火温度870?890°C，保温时间1.1?1.4min/mm，得到铁素体+珠光体+贝氏体组织，使钢具有具有高强度、高韧性、低屈强比、良好焊接性能等。
[0013]本发明的有益效果为:本发明所述压力容器用高强度合金钢板针对压力容器的特殊性能而对其所用合金钢板的成分作出独特的设计:
C:对钢的强度、焊接性能产生显著影响，适当提高碳可有效提高钢的强度，特别是抗拉强度，有利于降低钢的屈强比；但是碳太高，不利于焊接；因此本发明C 0.20?0.25%。
[0014]Mn:作为脱氧元素和合金元素加入钢中，钢中加入Mn元素，可消除FeS和FeO引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，同时还可降低冷脆性。锰可溶于铁素体(α — Fe)中，又可溶于渗碳体中形成碳化物[Mn3C;(Fe、Mn)3]，增加钢的强度。锰能扩大γ区，使钢的热塑性加工温度范围扩大，有利于生产控制工艺的实施。但是锰也是增加碳当量的元素，太高则不利于焊接；因此本发明Mn:1.35?1.60%
S1:硅与氧的亲合力很强，作为脱氧元素使用。硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体中。本发明S1:0.20?0.40%ο
[0015]V:钒是很强的碳化物形成元素，钒以细小而弥散的碳化物和氮化物存在于钢中，在正常的热处理温度下不分解，可以抑制晶粒长大，起到晶粒细化的作用。钒还有很强的沉淀强化作用。钒的主要作用是提高热强性，其效果与钼接近，但存在最佳含量区间。加入量较多会降低热稳性，本发明0.14?0.18%。
[0016]N1:在钢中为纯固溶元素，具有明显降低冷脆转折温度的作用。Ni与铁以互溶形式存在于a和Y铁相中，通过其在晶粒内的吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的冲击韧性。但同时Ni是扩大奥氏体元素，降低奥氏体的转变温度，从而影响到碳与合金元素的扩散速度，阻止奥氏体向珠光体转变，降低钢的临界冷却速度，可提高钢的淬透性，易使钢中出现贝氏体及马氏体。因此，控制合适的Ni含量，使其保持单一的铁素体+珠光体是改善韧性的关键。
[0017]S、P等元素作为有害元素，应该严格控制其含量，避免造成严重偏析，以提高钢的韧度、冷加工性能和焊接性能等。本发明P彡0.018%、S彡0.008%。
[0018]本发明采用C、Mn、V、Ni成分设计，合金含量低，降低了成本，不仅保证了钢板常温高强度、高温性能要求，还使钢板同时具有高韧性，有效降低了屈强比和脆性转变温度，提高了钢板在高温环境中使用的安全性。
[0019]本发明在上述化学成分设计基础上，为了使钢板具有高强度、高韧性、低的强比、良好的高温性能等，采用转炉冶炼、LF + VD或RH炉外精炼、板坯连铸、两阶段轧制、正火等工艺生产。
[0020]其中(5)两阶段轧制:板坯加热出炉后进行高压水除磷，采用粗轧和精轧两阶段车L制，减少钢板性能的各向异性，粗轧阶段加大压下量，要求总压下量多60%，破碎奥氏体晶粒。使晶粒细化，精轧终轧温度840?860°C，提高钢板的性能，轧制后弛豫停顿时间控制在21?29s，弛豫后进行空冷，得到铁素体+贝氏体复相组织，在塑性变形过程中软相铁素体先发生屈服，在进一步的形变过程中硬相贝氏体可提高抗拉强度，使钢的屈服强度较低而抗拉强度较高，屈强比较低。
[0021](6)正火:正火温度870?890°C，保温时间1.1?1.5min/mm,得到铁素体+珠光体+贝氏体组织，细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织和带状组织使钢具有具有高强度、高韧性、低屈强比、良好焊接性能等。
[0022]所述制备方法，在现有设备条件下采用转炉冶炼，冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产。
[0023]本发明所述合金钢板具有高强度、高韧性、良好焊接性能等，屈强比低，脆性转变温度低。有较高的耐高温持久强度和持久塑性，良好的抗氧化性能，以及足够的韧性、冷热加工性、焊接性和组织稳定性，从而保证了钢板在高温环境中使用的安全性。
[0024]本发明所述压力容器用高强度合金钢板，屈服强度彡500MPa，抗拉强度彡750MPa，_40°C横向夏比V型冲击吸收能量彡120J。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例对本发明进行详细的说明。
[0026]实施例1
生产钢板的厚度为100mm。
[0027]1.化学成分为(重量百分比):碳0.23%，硅0.37%，锰1.54%，磷0.015%、硫0.002%，钒0.18%，镍0.63%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0028]2.制备方法:
(1)转炉冶炼:电解镍随废钢一起加入转炉内，碱度目