具有良好的-50℃低温韧性正火型高强度压力容器钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低合金钢制造领域，具体地指一种具有良好的-50°C低温韧性正火型 高强度压力容器钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济快速发展，对压力容器的需求呈现出高参数方向发展的趋势，这些 压力容器具有两个方面的特征之一：
[0003] 1)先进技术和工艺的使用、原料的多样化和劣化，使压力容器服役条件极端化，表 现为更高的压力、更低的温度；
[0004] 2)为提高经济效益，促使极端尺寸的压力容器出现，表现为更大直径、更薄壁厚、 更大的长度或高度。
[0005] 微合金化高强度低合金钢的屈服强度是热轧可焊接碳素钢的2~3倍。通过代换 可以达到的重量降低不仅取决于强度的差别，也取决于加载方式，对拉伸的连续加载，重量 的降低与强度的差别成正比。屈服强度提高一倍，则钢的重量可以降低50%。如果把安全 系数考虑在内，可以认为低合金高强度钢的强度是碳素钢的两倍，所以重量至少可将25%。 这种高强替代普通碳素钢的方法对生产这和用户都用经济上的吸引力，一方面生产厂因节 约成本而产生与减重成正比的收益关系而更青睐带有附加值的微合金钢，而对用户来说， 用高强微合金化钢替代不同碳素钢，可降低生产成品的材料费用。
[0006] 目前的屈服强度不小于460MPa，抗拉强度不小于630MPa，屈强比< 0. 80的高强高 韧性压力容器用钢无法通过热轧工艺、TMCP+回火工艺或离线的淬火+回火工艺实现，这是 因为TMCP+回火及离线淬火+回火工艺生产的低合金高强度钢普遍存在屈强比> 0. 85的 现象，无法满足该类钢的设计要求，而热轧钢板强度虽然能实现屈强比< 0. 80要求，但是 热轧态钢板的低温冲击韧性普遍较低，无法满足压力容器低温断裂韧性的要求。
[0007] 普通的低合金正火压力容器钢的含碳量虽然不高，但是合金元素的含量较多，这 类钢的淬硬倾向比热轧钢要大些，焊接冷裂纹比碳素钢敏感，一般钢材随着强度级别的提 高焊接冷裂纹敏感性增大。低合金正火钢焊接接头的热影响区中的过热区是焊接接头的薄 弱区。低合金正火钢焊接时，当热输入量较大时，会使氮化钛、碳化钛等难熔质点溶入奥氏 体，不仅会使热影响区的过热区晶粒长大严重，还会在过热区出现上贝氏体，M-A组元等，再 加上粗晶区金属碳、氮固溶量增多，从而使过热区脆化、时效敏感性增大、焊接接头的韧性 下降。但是本发明钢的焊接解决了不同低合金正火压力容器钢的焊接性能、特别是焊接接 头的薄弱区。
[0008][0009][0010] 申请号为200710113574. X的中国发明专利公开了一种低温压力容器用钢板及其 生产方法，并未提及该发明钢的焊接性能。
[0011] 申请号为CN201010200825.X的中国发明专利公开了一种正火型高强度压力容器 钢的制造方法，抗拉强度级别570MPa，且未提及该发明钢的焊接性能。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种具有良好的-50°C低温韧性正火型高强 度压力容器钢板及其制造方法。该钢板的屈服强度彡460MPa，抗拉强度630~740MPa，延 伸率多25%，屈强比< 0.80,并具有良好焊接性能。
[0013] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种具有良好的-50°C低温韧性正火型高 强度压力容器钢板，该钢板的化学成分重量百分比为C :0. 10~0. 22%、Si彡0. 40%、 Mn :1. 10 ~L 74%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 010%、Ni 彡 0· 40%、V 彡 0· 18%、N :0· 0070 ~ 0. 0190%、A1S:0~0. 025%和Ti :0~0. 018% ;其余为Fe及不可避免的夹杂；同时满足： 3. 5 ^ (V+Ti)/N ^ 15, Ti/(3. 5N) ^ C+V+2Ti ^ 5V/(C+V) 〇
[0014] 进一步地，该钢板的化学成分重量百分比为C :0. 15~0. 22%、Si :0. 10~ 0· 40%、Mn :1· 50 ~L 74%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 010%、Ni :0· 10 ~0· 40%、V :0· 08 ~ 0· 18%、N :0· 090 ~0· 0190%、A1S:0 ~0· 025%和 Ti :0 ~0· 018% ;其余为 Fe 及不可避 免的夹杂。
[0015] 再进一步地，该钢板的化学成分重量百分比为C :0. 15~0. 18%、Si :0. 10~ 0· 30 %、Mn : L 50 ~L 74 %、P 彡 0· 010 %、S 彡 0· 003 %、Ni :0· 10 ~0· 40 %、V :0· 09 ~ 0. 16%、N :0. 090~0. 0160% ;其余为Fe及不可避免的夹杂，
[0016] 再进一步地，所述钢板的化学成分重量百分比为C :0. 17%、Si :0.20 %、Mn: L 52%、P :0· 012%、S :0· 003%、Ni :0· 22%、V :0· 16%、N :0· 0110% ;其余为 Fe 及不可避 免的夹杂。则钢板的力学性能可实现最佳综合力学性能。
[0017] 再进一步地，所述钢板力学性能：屈服强度彡460MPa，抗拉强度630~740MPa，屈 强比彡0. 80,延伸率彡25%，钢板横向-50°C KV2S 190J，焊接热影响区-50°C KV2S 150J， 金相组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度达到10~13级
[0018] 本发明还提供了一种具有良好的_50°C低温韧性正火型高强度压力容器钢板，包 括以下步骤
[0019] 1)经转炉冶炼实现钒微合金化、钢包炉底吹氮气升温、真空去除气体夹杂并控制 钢中N含量的水平实现钒氮微合金化，经连铸成坯后，对铸坯加热，控制加热温度在1100~ 1230°C，控制加热速率为8~14min/cm ;
[0020] 2)进行热轧，控制开轧温度不低于1070°C，控制最后三道次累计压下率不低于 30% ;控制终轧温度不低于850°C ;
[0021] 3)采用正火工艺进行热处理，控制正火温度在860~940°C，并保温，保温时间： 30~40min+以毫米为单位的板厚X 1分钟/mm。
[0022] 本发明的主要元素的作用有如下特征：
[0023] C :0· 15 ~0· 22%，
[0024] C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，随着碳含量的增加，钢种Fe3C增 加，淬硬性也增加，钢的屈服强度和抗拉强度回提高，二延伸率缺口冲击韧性回下降。碳含 量每增加0. 1 % ;抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40_50MPa。但是，随着碳含 量增加，钢材的延伸率和冲击韧性下降，尤其是低温韧性下降的幅度更大。而且，焊接C含 量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向。钢 中C含量在不大于0. 22%的范围内时，既可提高钢的强度有适合生产操作，提高其在工业 生产中的适用性和可行性。
[0025] Si :0· 10 ~0· 40%，
[0026] Si能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度，但Si会加剧杂 质元素在晶界的偏聚，故其含量不宜高，一面降低钢的韧性和焊接性。
[0027] Mn : L 50 ~L 74%，
[0028] Mn对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著地作用。含1%的Mn约可提高抗拉 强度lOOMPa。一般说来，Mn含量在2%以下对提高焊缝金属的韧性是有利的，因此，在低碳 尚强度钢中，普遍提尚Mn的含量，最尚可达2%。另外，Mn还能提尚Nb、V等在钢中的溶解 度。但Mn有促进晶粒长大的作用，对过热较敏感，故应控制钢中Mn含量在1.50-1. 70%以 内。
[0029] P^0.0 15%, S ^ 0. 010%,
[0030] 由于钢中的P、S含量必须控制在较低的范围，只有冶炼纯净钢，才能保证本发明 钢的性能。
[0031] Ni :0· 10 ~0· 40%，
[0032] Ni具有一定的强化作用，加入1%的Ni可提高钢材强度约20MPa。Ni还能显著地 改善钢材的韧性，特别是低温韧性。钢中加入Ni，无论是基材，还是焊接热影响区的低温韧 性都明显提高。但Ni含量过高时，会造成轧制时钢板氧化铁皮难以脱落且增加生产成本， 本发明钢将其控制在〇. 10~〇. 40%。
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