一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14?0.18%，Si 0.25?0.35%，Mn 0.75?0.85%，Mo 0.25?0.35%，Al 0.02?0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%，Cr ≤0.20%，Ni 0.20?0.30%，Nb：0.010?0.020%和/或Ti：0.010?0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36?0.40。工制造艺流程为转炉?LF精炼?真空脱气?连铸?缓冷?加热?轧制?控冷?缓冷?热处理?精检?探伤?性能检验?包装入库。本申请钢板具有较高的高温强度，同时具有较好的低温冲击韧性，较低的碳当量，焊接性能优良，钢板为铁素体+珠光体组织，正火态交货。
【专利说明】
-种高溫高强度、低溫冲击初性优良的含Mo钢板及其制造 方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金钢板技术领域，具体设及一种在高溫环境下仍具有较高强度，同 时低溫冲击初性优良的含Mo钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 含Mo的合金钢板，且正火态交货，主要应用于压力容器、汽轮机、冶金机械等领域， 与其他普通C-Mn钢铁材料比较，其适用溫度范围广，尤其是高溫适应范围更广；与常规Cr- Mo钢比较，具有生产容易，交货期短、成本低、应用领域广泛的优势；与调质钢板比较，正火 态钢板材料生产过程中更节省能源，钢板焊接后性能更稳定。
[0003] 目前，高溫环境下仍保持高强度的含Mo合金钢板所制造的设备，主要应用于高溫 环境，尤其是400-500°C高溫环境，一般要求相应的钢板要保证足够的高溫拉伸性能;但对 于冲击初性，则W〇°C或20°C要求为主。一般而言，高溫下钢板具有良好的冲击初性;但设备 在寒冷地区的冬季也会不可避免的会发生故障，或进行停车检修等操作，此时设备处于停 机状态下，钢板溫度迅速恢复在环境溫度，若钢板的低溫冲击初性较低则极容易出现冷裂 纹的问题。因此，产品设计单位、机械制造厂家W及设备使用厂家也开始关注高溫作业钢板 的低溫(-20°C)初性，并对钢板的低溫冲击功的提出了更加具体要求。
[0004] 对于高溫作业的钢板，由于Mo的存在，有利于提升和稳定钢板的高溫性能，使钢板 在高溫条件下仍具有较高的强度，尤其是抗蠕变性能，但一定的Mo含量却对钢板低溫冲击 性能极不利，严重恶化钢板的低溫冲击初性，两者矛盾。理论上，通过添加功能性合金能够 提高低溫初性，但是合金的添加会造成钢材的碳当量过高，影响钢板的焊接性能。因此，钢 板的高溫强度、低溫冲击初性、焊接性能等需要综合考虑，W满足在寒冷地区作业的高溫设 备所用钢板之需。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述现有技术提供一种具有高溫高强度、低溫冲击初性优良 的含Mo钢板，钢板的化学成分基于化10028标准，并在此基础上进行了创造性改善，该钢板 含有0.25~0.35%的Mo含量，通过其他微合金化作用，采用合理的社制及热处理手段，正火 态交货，所得到的钢板具有高溫强度高、低溫冲击初性优良及碳当量低便于焊接的综合性 能，可广泛应用于低溫环境下使用的高溫作业压力容器、汽轮机、冶金机械等领域。
[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种高溫高强度、低溫冲击初性优良 的含Mo钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14-0.18%，Si 0.25-0.35%，Mn 0.75-0.85%,Mo 0.25-0.35%,Al 0.02-0.05%,P ^0.012%,S ^0.005%,Cu ^0.20%, Cr 《0.20%，Ni 0.20-0.30%，抓:0.0 lO-0.020%和/或Ti : 0.0 lO-0.025%，余量为Fe及不可避免 的杂质，碳当量〔69=[〔+]?11/6+(化+]\1〇+￥)/5+(化+〇1)/15]*100%，〔69介于0.36-0.40。
[0007] 上述钢板厚度方向1/4处及1/2处横向冲击试样的-20°C低溫冲击功>31J;钢板 500°C高溫拉伸屈服强度> 200MPa。
[000引优选地，该钢板的化学成分按质量百分比计为C: 0.16%，Si : 0.30%，Mn: 0.82%，Mo: 0.300/0，Al:0.0300/0，P:0.0120/0，S:0.0020/0，N: 0.0040/0，Cr:0.040/0，Cu:0.020/0，Ni:0.270/0,师： 0.018%，余量为化及不可避免的杂质。
[0009] 优选地，该钢板的化学成分按质量百分比计为：0.16%，Si : 0.30%，Mn: 0.80%，M〇 : 0.30〇/〇，Al:0.033〇/〇，P:0.01P/〇，S:0.002〇/〇，N: 0.004〇/〇，Cr:0.04〇/〇，Cu:0.02〇/〇，Ni:0.27〇/〇，Ti: 0.020%，余量为化及不可避免的杂质。
[0010] 钢板化学成分的设计原理如下 由碳当量公式可知，C、Mn对Ceq的贡献系数较高，为改善钢板焊接性能，同时为了保证 钢板强度，本发明严格设计C与Mn成分范围的上限与下限。
[0011] OC含量的确定 考虑到钢的塑性、初性、冲击性能和焊接性，C含量不宜过高，选用低碳较合适。本发明C 含量的范围确定为0.14-0.18%，优选，0.16-0.18〇/〇; 2) Si含量的确定 此处的Si为强化铁素体，可提高材料的基体强度，对材料抗拉强度有贡献，但过高含量 的Si对钢板表面涂覆性能不利。本发明的Si含量范围确定为0.25-0.35%; 3) Mn含量的确定 由碳当量公式可W看出，Mn的系数较高，对焊接性能的害处较大;但Mn元素能有效提升 钢板的强度，本发明Mn含量的范围确定为0.75-0.85%; 4) Mo含量的确定 Mo存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，能改善钢的热稳定性，在高溫时保 持足够的强度和抗蠕变能力;对正火态钢板而言，过量的Mo能使组织从珠光体形态向贝氏 体形态转变。本发明Mo含量的范围确定为0.25-0.35%。
[0012] 5)A1含量的确定 添加Al元素主要是用来细化晶粒。本发明Al含量的范围确定为0.02-0.05%。
[0013] 6)P、S含量的确定 硫在钢中常W硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的初 性;钢材中的憐能全部溶于钢中，使其在室溫下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。本发 明p、S含量的范围确定为P《0.012%，S《0.005〇/〇。
[0014] 7)Nb、Ti含量的确定 Nb、Ti均是微合金元素，在钢中与C、N等元素形成第二相粒子，通过钉扎效应，在社制过 程中阻止高溫下奥氏体晶粒回复再结晶，与控制社制结合达到细化晶粒的作用。本发明Nb、 Ti含量的范围确定为Nb:0.0 lO-0.020%和/或Ti :0.0 lO-0.025〇/〇。
[0015] 8)Ni含量的确定 Ni在钢中为纯固溶元素，它与铁W互溶形式存在于a和丫铁相中，通过其在晶粒内的内 吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的冲击初度。但Ni也是扩大奥氏体的元素，可使Ac3溫度 点降低，由于临界点的降低和Ni使钢中其它元素扩散速度的降低，因而可提高钢的泽透性， 易使钢中出现贝氏体和马氏体，于焊接即为不利。因此，控制合适的Ni含量，使其保持单一 的铁素体+珠光体是改善初性的关键。本发明Ni含量的围确定为0.20-0.30。
[0016] 9 乂 eq 的确定 碳当量Ceq是钢板强度的成分保证，但过高的Ceq会增加钢板焊接泽硬性，给焊接、冷作 带来不利的影响，容易发生冷裂纹。因此，在保证强度的前提下，严控Ceq范围0.36-0.40。
[0017] 上述高溫高强度、低溫冲击初性优良的含Mo钢板的制造方法，工艺流程为，转炉- LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-社制-控冷-缓冷-热处理-精检-探伤-性能检验-包装 入库； 主要工序的具体操作如下， 1) 冶炼工艺:高炉铁水经过转炉吹炼，采用顶底复吹，无渣出钢，随钢水加入脱氧剂预 脱氧，随后送入LF精炼炉精炼，强化脱氧，有效精炼时间> 30min;钢水随炉进行畑真空脱气 处理，真空度133PaW下，保持时间>20min;连续诱铸，开诱溫度1520-1550°C，铸巧厚度 370mm及 W上； 2) 加热:将连铸巧放入步进梁加热炉加热，均热段溫度1220-1240°C，在炉总时间1.0~ 1.3min/mm； 3) 社制:采用控社工艺，二阶段开社溫度850-900°C，开社厚度不低于2倍目标板厚;社 后水冷至500-600 °C，钢板目标厚度6-40mm; 4) 热处理:钢板正火态交货，正火保溫溫度为:Ae3W30-50)°C，根据相变公式4。3=(910- 203V万+44.7Si-15.2Ni+31.5Mo)°C进行计算，考虑Mo的充分固溶，正火溫度设定为880- 930°C，在炉时间1.5-3.0min/mm*T，T为钢板厚度，单位:mm，正火时间不低于30min。通过正 火，钢板获得较细小的铁素体+珠光体组织，实现了钢板强度与初性的良好结合。
[0018] 与现有技术相比，本发明的优点在于：提供了一种优化化学元素成分的钢板兼备 较高的高溫强度、优良的低溫冲击初性和焊接性能，钢板厚度方向1/4处及1/2处横向冲击 试样的-20°(：低溫冲击功>311;钢板500°(：高溫拉伸屈服强度>2001?曰;碳当量0.36-0.40。 另外，针对钢板的化学成分设计了对应的制造方法，钢板正火态交货，强度不会显著降低， 性能均一，具有铁素体+珠光体组织，焊后组织均匀，抑制低溫区焊接裂纹的产生。
【附图说明】
[0019] 图1为实施例3的钢板1/4厚度处金相组织； 图2为实施例3的钢板1/2厚度处金相组织。
【具体实施方式】
[0020] W下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021] 本发明各实施例的烙炼化学成分见表l(wt%)，剩余为化及不可避免的杂质元素。
[0022] 实施例1 钢板社制规格20mm*2000mm*6000mm(厚度*宽度*长度） 钢板的制造工艺流程为转炉-LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-社制-控冷-缓冷-热 处理-精检-探伤-性能检验-包装入库； 主要工序的具体操作为 冶炼步骤:高炉铁水经转炉吹炼，通过顶底复吹，去除铁水中的C，通过氧化性气氛脱P， 保证转炉无渣出钢，防止回P;出钢溫度1620°C，出钢过程加入脱氧剂脱氧，随后送入LF精炼 炉进行精炼，强化脱氧，控制夹杂物形态，有效精炼时间35min;钢水随炉进入畑真空处理， 真空度66化，保持时间28min，钢水定H含量1.化pm;最后钢水进入连铸平台，进行连续诱铸， 开诱溫度1532 °C，连铸巧370mm厚度规格。
[0023] 加热工艺：将370mm厚度规格连铸巧放入步进梁加热炉加热，均热段溫度1220- 1240°C，在炉总时间380min，均热段保溫时间40min。
[0024] 社制工艺:采用控社工艺，二阶段开社溫度880°C，开社厚度50mm;社后水冷至580 。钢板目标厚度20mm。
[0025] 热处理工艺:正火，保溫溫度890°C，在炉时间50min，出炉冷床空冷。
[0026] 钢板主要性能见附后表2、表3、表4及表5。
[0027] 实施例2 钢板社制规格8mm*2200mm*7000mm(厚度*宽度*长度） 钢板的制造工艺流程为转炉-LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-社制-控冷-缓冷-热 处理-精检-探伤-性能检验-包装入库； 主要工序的具体操作为 冶炼步骤:高炉铁水经转炉吹炼，通过顶底复吹，去除铁水中的C，通过氧化性气氛脱P， 保证转炉无渣出钢，防止回P;出钢溫度1624°C，出钢过程加入脱氧剂脱氧，随后送入LF精炼 炉进行精炼，强化脱氧，控制夹杂物形态，有效精炼时间37min;钢水随炉进入畑真空处理， 真空度66化，保持时间26min，钢水定H含量0.9ppm;最后钢水进入连铸平台，进行连续诱铸， 开诱溫度1534°C，连铸巧150mm厚度规格。
[002引加热工艺：将150mm厚度规格连铸巧放入步进梁加热炉加热，均热段溫度1220- 1240°C，在炉总时间165min，均热段时间20min。
[0029] 社制工艺:采用控社工艺，二阶段开社溫度900°C，开社厚度24mm;社后水冷至593 °C;钢板目标厚度8mm。
[0030] 热处理工艺:正火，保溫溫度890°C，在炉时间30min，出炉冷床空冷。
[0031 ]钢板主要性能见附后表2、表3、表4及表5。
[0032] 实施例3 钢板社制规格36mm*2000mm*6000mm(厚度*宽度*长度） 钢板的制造工艺流程为转炉-LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-社制-控冷-缓冷-热 处理-精检-探伤-性能检验-包装入库； 主要工序的具体操作为 冶炼步骤:高炉铁水经转炉吹炼，通过顶底复吹，去除铁水中的C，通过氧化性气氛脱P， 保证转炉无渣出钢，防止回P;出钢溫度1626°C，出钢过程加入脱氧剂脱氧，随后送入LF精炼 炉进行精炼，强化脱氧，控制夹杂物形态，有效精炼时间31min;钢水随炉进入畑真空处理， 真空度66化，保持时间30min，钢水定H含量1.化pm;最后钢水进入连铸平台，进行连续诱铸， 开诱溫度1535 °C，连铸巧370mm厚度规格。
[0033] 加热工艺：将370mm厚度规格连铸巧放入步进梁加热炉加热，均热段溫度1220- 1240°C，在炉总时间395min，均热段时间42min。
[0034]社制工艺:采用控社工艺，二阶段开社溫度880°C，开社厚度72mm;社后水冷至559 。钢板目标厚度36mm。
[00巧]热处理工艺:正火，保溫溫度890°C，在炉时间SOmin，出炉冷床空冷。
[0036] 钢板主要性能见附后表2、表3、表4及表5。
[0037] 钢板厚度方向1/4处和1/2处金相组织见图1。 圭 1
表4各实施例钢板夹杂物含量
上述各实施例所获得的钢板具有较高的高溫强度，同时具有较好的低溫冲击初性，适 应溫度范围更广，较低的碳当量，焊接性能优良，钢板为铁素体+珠光体组织，正火态交货， 性能均一，焊接后钢板仍具有较好均一的性能，无焊接热影响区出现低溫裂纹的现象。
[0039]除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换 方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于:该钢板的化学成分按 质量百分比计为C 0.14-0.18%，Si 0·25-0·35%，Μη 0·75-0·85%，Μο 0·25-0·35%，Α1 0.02-0·05%，Ρ 彡0.012%，S 彡0.005%，Cu 彡0.20%， Cr 彡0.20%，Ni 0.20-0.30%，Nb:0.010- 0.020%和/或Ti :0.010-0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+ V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq 介于0.36-0.40。2. 根据权利要求1所述的高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该 钢板的化学成分按质量百分比计为C: 0 · 16%，Si : 0 · 30%，Mn: 0 · 82%，Mo: 0 · 30%，A1:0 · 030%，P: 0.012%，S:0.002%，N: 0.004%，Cr:0.04%，Cu:0.02%，附：0.27%，恥：0.018%，余量为卩〇及不 可避免的杂质。3. 根据权利要求1所述的高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该 钢板的化学成分按质量百分比计为：〇. 16%，Si :0.30%，Mn:0.80%，M〇 :0.30%，A1:0.033%，P: 0.011%，S:0.002%，N: 0.004%，Cr:0.04%，Cu:0.02%，附：0.27%，1^:0.020%，余量为卩〇及不 可避免的杂质。4. 一种制造权利要求1所述高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板的方法，其特征 在于：工艺流程为转炉-LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-乳制-控冷-缓冷-热处理-精 检-探伤-性能检验-包装入库； 主要工序的具体操作为， 1) 冶炼工艺：高炉铁水经过转炉吹炼，采用顶底复吹，无渣出钢，随钢水加入脱氧剂预 脱氧，随后送入LF精炼炉精炼，强化脱氧，有效精炼时间多30min;钢水随炉进行RH真空脱气 处理，真空度133Pa以下，保持时间彡20min;连续浇铸，开浇温度1520-1550°C，铸坯厚度 370mm及以上； 2) 加热:将连铸坯放入步进梁加热炉加热，均热段温度1220-1240°C，在炉总时间1.0~ 1.3min/mm； 3) 乳制:采用控乳工艺，二阶段开乳温度850-900°C，开乳厚度不低于2倍目标板厚;乳 后水冷至500-600 °C，钢板目标厚度6-40mm; 4) 热处理:钢板正火态交货，正火保温温度为:Ae3+(30-50)°C，根据相变公式Ae3=(910-203、/吞+44.7Si-15.2Ni+31.5Mo)°C进行计算，考虑Mo的充分固溶，正火温度设定为880-930°C，在炉时间1.5-3.0min/mm*T，T为钢板厚度，单位:mm，正火时间不低于30min，正火后 钢板的主体组织形式为铁素体和珠光体。
【文档编号】C21D8/02GK105925904SQ201610459847
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】于雄, 李经涛, 吴小林, 林涛, 潘贵明, 袁伽利, 王柯, 周海燕
【申请人】江阴兴澄特种钢铁有限公司