630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低温球罐用钢，特别涉及630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢 板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 石化行业中盛装乙烯、丙烯的低温球罐，一般采用抗拉强度大于等于610MPa的低 焊接裂纹敏感性的厚钢板制造。钢板首先经火焰切割下料，然后压制成球瓣，再对球瓣进行 拼焊，焊接完成后需要对整个球罐在570~590°C，保温2~6小时进行焊后热处理以消除 焊接时产生的应力。由于球罐制造的特殊性及球罐充填介质后要在一定压力下服役的使用 特点，除了国家标准《压力容器用调质高强度钢板》GB19189-2011中对低温球罐用钢板的基 本要求外，用户对于制作球罐的钢板还提出了更高要求。
[0003] (1)钢板成分要求：钢质纯净，P、s含量低；钢板为低焊接裂纹敏感性钢，即C元素 含量< 0. 090%，而且由化学元素成分计算的焊接冷裂纹敏感系数Pcm< 0. 20%;钢板的再 热裂纹敏感性低，即由化学元素成分计算的再热裂纹敏感性指数Psr< 0. 00%。Pcm、Psr 的计算公式分别为：
[0004] Pcm(% ) =C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
[0005]Psr(%) =Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2
[0006] (2)钢板热处理工艺要求：采用离线淬火+离线回火的调质热处理生产工艺。
[0007] (3)钢板性能的要求：钢板经6小时焊后热处理后，具有足够的强度，屈服强度 彡490MPa，抗拉强度多610MPa，板厚1/4和板厚1/2处-50°C低温韧性优良、无塑性转变温 度（NDTT) <-50°C、具有低的焊接裂纹敏感性且焊接性能良好。焊后热处理工艺制度：焊 后热处理温度为580±15°C，保温时间6h。升温速度50~80°C/h，升温至400°C以前不控 制其升温速度。降温速度30~50°C/h，降温至400°C以后自然冷却，但不允许急冷降温。
[0008] (4)钢板内应力及板形的要求：钢板内应力小，火焰切割及球瓣压制时不会产生 翘曲；钢板平整，每米不平度<5mm〇
[0009] 对目前国内生产600~610MPa级高强度钢板所采用的技术进行对比分析发现， 在化学成分、生产工艺、钢板力学性能及可生产的厚度规格上均存在一些不足，不能满足乙 烯、丙烯低温球罐用钢的生产、使用技术要求，具体分析如下：
[0010] ⑴化学成分
[0011] 如中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方 法，其P含量< 0. 015%，不够低、钢质不够纯净，含Cr且Ni、Mo、Nb的含量均较高，成本不 经济，此外化学成分无低裂纹敏感性指数Pcm的限制要求。
[0012] 中国专利CN102936695A公开了一种高强度低温压力容器钢板及其生产方法，其C 含量上限高于〇. 09%达到0. 15%且无低焊接裂纹敏感性指数的要求，不属于低焊接裂纹 敏感性钢；含Cr且Ni、Mo、Nb的含量均较高，成本不经济。
[0013] 中国专利CN1396294A公开了大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法， 其中涉及一种60Kg级的大线能量低焊接裂纹敏感性钢，其P、S含量不够低，钢质不纯净；C 元素含量最高可达〇. 13%，不满足GB19189-2011要求；成分中含B，对钢板的焊接性不利。
[0014] 中国专利CN103160747A公开了一种低焊接裂纹敏感性离线调质型特厚钢板及其 制造方法，其C含量的上限高于0. 09%，不满足GB19189-2011对低温球罐用钢板的技术要 求。
[0015] (2)轧制工艺
[0016] 轧制压缩比太小，如中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压力容器用 钢板及其制备方法，其采用220mm厚连铸坯生产60mm厚钢板，乳制压缩比仅为3. 7,板厚 1/2处的低温冲击韧性难以保证，而且其淬火温度高达930°C，会造成钢板晶粒粗大对低温 韧性不利，同时也不经济。CN102936695A公开了一种高强度低温压力容器钢板及其生产方 法，其48mm厚钢板的淬火温度高达930°C，也存在上述问题。
[0017] (3)热处理工艺
[0018] 采用TMCP+离线回火工艺生产，如中国专利CN102409260A公开了一种具有良好低 温韧性的压力容器用厚板及其生产方法；
[0019] 采用不回火的非调质热处理工艺即TMCP工艺生产，如中国专利CN102828124A 公开了一种非调质型低温压力容器用厚板、CN102605293A公开了低温韧性优异的非调质 低裂纹敏感性钢板、CN102181784A公开了一种610MPa高强度高韧性厚板制备方法。这 些热处理工艺均不能满足国家标准GB19189-2011中对低温球罐用钢板的生产工艺要求， GB19189-2011中要求采用离线调质热处理工艺生产低温球罐用钢板。
[0020] 另外，不回火的非调质热处理工艺生产的钢板也不能满足球罐制造工艺的要求， 因为按低温球罐的制造工艺，钢板制作成球罐后需要进行焊后消应力热处理，即在570~ 590°C下保温2~6小时，未经高温回火工艺生产的钢板经焊后消应力热处理后，其抗拉强 度不能满足610MPa级的要求。
[0021] ⑷力学性能
[0022] 钢板抗拉强度不符合610MPa级的要求，如中国专利CN101358319A公开了一种低 碳610MPa级高强压力容器用钢板及其生产方法，其性能仅能保证屈服强度彡460MPa，抗拉 强度多570MPa;中国专利CN102409260A公开了一种具有良好低温韧性的压力容器用厚板 及其生产方法，其抗拉强度大于等于690MPa。
[0023] 钢板不符合-50°C低温韧性的要求，中国专利CN1932064A和CN1932063A公开的 都是一种610MPa级低焊接裂纹敏感性厚钢板，其钢板仅能满足-20°C的韧性要求；中国 专利CN1396294A公开了大线能量低焊接裂纹敏感性系列钢及其生产方法，其钢板仅能满 足-20°C的韧性要求；中国专利CN101096738A公开了一种低焊接裂纹敏感性钢板及其生 产方法，其钢板仅能满足-20°C的韧性要求；中国专利CN102877007A公开了一种厚度大于 等于80mm低裂纹敏感性压力容器用钢板及制备方法，仅能满足-20°C的韧性要求冲国专 利CN101358319A公开了一种低碳610MPa级高强压力容器用钢板及其生产方法，其仅能保 证-40°C的低温冲击韧性；中国专利CN101476080A公开了一种高强度低焊接裂纹敏感性调 质高强度钢板及其制造方法，其钢板仅能满足_40°C的韧性要求。中国专利CN103484766A 公开了一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法，其钢 板仅能满足-40°C的韧性要求。
[0024] 钢板-50°C低温韧性值不高，中国专利CN102876999A公开了一种调质型低温压 力容器用钢板及其制备方法，其60_厚钢板-50°C的冲击功仅95~144J。
[0025] 力学性能不符合用户使用技术的要求，低温球罐用钢板的力学性能均要求力学性 能试板经焊后热处理之后测试性能，中国专利CN102936695A所述钢板的性能为调质热处 理后的性能。
[0026] (5)厚度规格
[0027] 中国专利CN102876999A公开了 一种调质型低温压力容器用钢板及其制备方法， 其目的是生产60mm厚调质型低温压力容器用钢板；中国专利CN102936695A公开了一种 高强度低温压力容器钢板及其生产方法，其板厚仅为12~50mm;中国专利CN103160747A 公开了一种低焊接裂纹敏感性离线调质型特厚钢板及其制造方法，其钢板厚度80mm~ 100mm;中国专利CN101476080A公开了一种高强度低焊接裂纹敏感性调质高强度钢板及 其制造方法，但是其钢板厚度仅为12~30mm;中国专利CN102877007A公开了一种厚度大 于等于80mm低裂纹敏感性压力容器用钢板及制备方法；中国专利CN103484766A公开了一 种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法，但是其钢板厚 度仅为12~40mm。以上专利均不能覆盖10~60mm的厚度范围。
【发明内容】
[0028] 本发明的目的在于提供一种630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板及其制 造方法，保证球罐整体结构的安全性，钢板的屈服强度彡510MPa，抗拉强度彡630MPa，延伸 率彡18%，板厚1/4处一 50°C夏比缺口冲击功平均值彡200J、单值彡150J，板厚1/2处一 50°C夏比缺口冲击功平均值彡150J、单值彡100J，钢板无塑性转变温度（NDT) < -50°C;钢 板厚度范围：1〇~60mm，钢板最大宽度4800mm〇
[0029] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0030] 630MPa级调质型低温球罐用高强高韧性钢板，其成分重量百分比为：
[0031] C:0? 07 ~0? 09%，
[0032] Si:0? 15 ~0? 25%，
[0033] Mn:1. 40 ~1. 50%，
[0034] P ^ 0. 008%,
[0035] S ^ 0. 001%,
[0036] Ni:0? 30 ~0? 40%，
[0037] Mo:0. 16 ~0. 20%，
[0038] Nb:0. 015 ~0. 025%，
[0039] V:0? 02 ~0? 06%，
[0040] Ti:0. 007 ~0. 015%，
[0041] 0^ 0. 0030%,
[0042] N ^ 0. 0040%,
[0043] A1 :0? 020 ~0? 040%，
[0044] Ca:0? 0005~0? 0030 %，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，
[0045]Mn/8+Ni/60+Cr/6+Mo/5:0?22~0?24%，
[0046] (2Nb+3V+3Ti) A2C+10N) :0?95~1. 20%。
[0047] 进一步，所述钢板焊接冷裂纹敏感系数？〇11值为0.16%~0.20%，？〇11(%)=〇+ Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
[0048] 又，所述钢板再热裂纹敏感性指数Psr< 0? 00%，Psr( % )= Cr+Cu+2Mo+10