专利名称：抗hic压力容器用钢q345r-z35特厚板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及到钢材，具体涉及到一种抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板及其
生产方法。
背景技术：
随着容器、管线用钢强度等级的提高，钢板厚度的增加，使用时间的增长，氢致裂 纹(HIC)的问题便不断出现，氢致裂纹导致钢构件承载能力下降，引发灾难。抗层状撕裂性 能钢又称Z向钢，它主要采用钢板厚度方向拉伸试验的断面收缩率ΨΖ来评价抗层状撕裂 能力，为保证钢构件的安全性，在制造中通常也考虑要钢板的抗层状撕裂性能。对于即抗氢 致裂纹又抗层状撕裂的压力容器钢板，国内外很少有研究和报道。
发明内容
针对上述问题，发明人经过摸索，获得了一种抗氢致裂纹又抗层状撕裂的抗HIC 压力容器用钢Q345R-Z35特厚板及其生产方法，从而完成了本发明。因此，本发明的目的在于提供一种抗氢致裂纹又抗层状撕裂的抗HIC压力容器用 钢Q345R-Z35特厚板。本发明的另一目的在于提供该钢板的生产方法。为达到上述第一个目的，本发明采取的技术方案是该抗HIC压力容器用钢 Q345R-Z35特厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，C 彡 0. 20,Si 彡 0. 55,Mn 1. 20 1. 60,P 彡 0. 025,S 彡 0. 005、微合金化元素 (V+Nb+Ti) ^ 0. 10、Als 彡 0. 015，其它为 Fe 和残留元素。上述化学元素的作用分析如下C 是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性。综合 考虑，碳的含量尽量控制的低一些。Si 是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。Mn 是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。P:对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量 低。S:易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的 尽量低。Nb、Ti、V 在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和 弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。Al 可以起到强脱氧作用和细化晶粒强化作用。为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括以下步骤铁水KR脱硫、转炉冶炼、 LF精练、VD真空脱气、模铸浇注、钢锭加热、3800轧机轧制、ACC冷却、矫直、钢板堆冷、正火 热处理等工艺；其中，在所述轧制步骤中，粗轧阶段采取高温低速大压下工艺，二阶段采取> 2. OH的晾钢厚度轧制，ACC采用合适的辊速和3 10°C /S的冷速；在所述热处理步骤 中，正火温度选择在Ar3+(20 60°C )区间，采用(1. 8 2. 0)min/mm+30min的保温时间， 加热温度为1250 1280°C，保温时间为10 12h，冷却采用风冷到400士30°C后再空冷； 在所述转炉冶炼步骤中，出钢碳≥0. 05%，出钢≤0. 015%, S≤0. 012% ；点吹次数小于 2次；在所述控轧控冷步骤中，采用II阶段控制轧制，在第一阶段的轧制中，使道次压下率 大于静态再结晶的临界压下率且总变形量大于50%，二阶段开轧温度小于880°C，同时总 变形量50% 80%，第一阶段开轧温度控制在1050 1150°C之间，采用高温低速大压下轧 制，道次压下量30 50mm ；当温度不低于960°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度的2. 0 倍以上；当轧件温度为880°C时，开始第二阶段轧制，道次压下量控制在15 30mm，最后三 道次压下率> 13%，逐道递增；终轧温度控制在800 860°C;轧制完毕后采用ACC控冷，终 冷温度控制在650 720°C之间。本发明采用模铸浇注、3800mm轧机轧制、正火热处理工艺开发并批量生产了 82mm 厚Q345R-Z35锅炉压力容器用钢板，钢板超声波探伤全部符合JB/T 4730-2008 一级标准， 钢板屈服强度平均为350MPa，比标准相富余45MPa ；抗拉强度平均为520MPa，比标准富余 30MPa，伸长率平均值为28%，比标准富余8% ；平均冲击功为144J，抗层状撕裂厚度拉伸 性能全部合格，抗氢致开裂性(HIC)试验检测结果表明，裂纹敏感率CSR(%)、裂纹长度率 CLR(%)、裂纹宽度率CTR(%)均为0。通过进行合理的成分设计、工艺路线设计，开发出了 特厚压力容器用钢板Q345R-Z35，检测结果表明，一级探伤合格率、性能初验合格率均达到 100%，此外抗层状撕裂性能达到Z35级别，抗氢致裂纹检测结果优异。
下面结合附图，对本发明做进一步阐述。图1是本发明Q345R-Z35TMCP组织图。图2是本发明Q345R-Z35正火后组织图。
具体实施例方式本发明所述抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板包含如下质量百分比的化学成 分(单位，)C ≤ 0. 20,Si ≤ 0. 55,Mn 1. 20 1. 60,P ≤ 0. 025,S ≤ 0. 005、微合金化元素
(V+Nb+Ti) ≤0. 10、Als ≥ 0. 015，其它为 Fe 和残留元素。上述化学元素的作用分析如下C 是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性。综合 考虑，碳的含量尽量控制的低一些。Si 是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。Mn 是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。P:对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量 低。S:易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的 尽量低。
Nb、Ti、V 在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和 弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。Al 可以起到强脱氧和细化晶粒强化作用。本发明采取的生产方法包括以下步骤铁水KR脱硫、转炉冶炼、LF精练、VD真空脱 气、模铸浇注、钢锭加热、3800轧机轧制、ACC冷却、矫直、钢板堆冷、正火热处理等工艺；其 中，在所述轧制步骤中，粗轧阶段采取高温低速大压下工艺，二阶段采取> 2. OH的晾钢厚 度轧制，ACC采用合适的辊速和3 10°C /S的冷速；在所述热处理步骤中，正火温度选择在 Ar3+(20 60°C )区间，采用(1. 8 2. 0)min/mm+30min的保温时间，加热温度为1250 1280°C，保温时间为10 12h，冷却采用风冷到400士30°C后再空冷；在所述转炉冶炼步骤 中，出钢碳彡0. 05%，出钢P彡0. 015%，S彡0. 012% ；点吹次数小于2次；在所述控轧控 冷步骤中，采用II阶段控制轧制，在第一阶段的轧制中，使道次压下率大于静态再结晶的 临界压下率且总变形量大于50 %，二阶段开轧温度小于8800C，同时总变形量50 % 80 %， 第一阶段开轧温度控制在1050 1150°C之间，采用高温低速大压下轧制，道次压下量30 50mm;当温度不低于960°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度的2.0倍以上；当轧件温度为 880°C时，开始第二阶段轧制，道次压下量控制在15 30mm，最后三道次压下率> 13%，逐 道递增；终轧温度控制在800 860°C ；轧制完毕后采用ACC控冷，终冷温度控制在650 720°C之间。抗氢致裂纹性能指标是本次试验开发的难点之一。抗氢致裂纹由于钢吸收由腐蚀 而产生的氢所引起的，当材料中存在硫化夹杂物时，氢致开裂敏感性增大。为了提高材料的 抗氢致开裂性能，应控制其含量与形态。可通过以下措施来提高钢板的抗HIC能力，S卩提 高钢水的洁净度；提高成分和组织的均勻性，在降低硫含量的同时，进行钙处理，限制带状 组织；细化晶粒；尽量降低控制C、Mn含量，添加Re，Cu等合金元素。抗层状撕裂性能指标是本次试验开发的另一难点。Z35是抗层状撕裂性能的最高 级别，再加上客户需求的特厚板，假若采用300mm厚的连铸坯进行轧制，压缩比仅仅为3.6， 因此必须采取模铸浇注与轧制，确保钢板的压缩比大于6。此外，抗层状撕裂与钢材的含硫 量有很大关系，几乎所有层状撕裂事故都发生在含硫量> 0. 020%的钢材上，钢板夹杂物含 量、铸坯的凝固质量(诸如中心偏析、中间裂纹)及钢材的氢含量等都与抗层状撕裂有较大 关联。本发明成分采取低碳、低锰，低S、P，适量添加微合金元素V、Nb Ti。采取洁净钢工艺控制，确保五大有害元素(S、P、N、H、0)控制在150ppm以下；适当 延长精炼时间，确保夹杂物级别；加入适量的硅钙线，对硫化物进行改性处理、钢板进行正 火热处理，确保组织均勻，晶粒细化。机械力学性能标准参考GB 713-2008，厚度方向性能钢板-执行标准GB5313_85具体要求见表1。表1Q345R-Z35机械力学性能要求
权利要求
1.一种抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板，其特征在于该抗HIC压力容器用钢 Q345R-Z35特厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，C ≤ 0. 20、Si ≤ 0. 55、Mn 1. 20 1. 60、P ≤ 0. 025、S ^ 0. 005、微合金化元素 (V+Nb+Ti) ^ 0. 10、Als ≤0. 015，其它为 Fe 和残留元素。
2.一种如权利要求1所述抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板的生产方法，该生产 方法包括以下步骤铁水KR脱硫、转炉冶炼、LF精练、VD真空脱气、模铸浇注、钢锭加热、 3800轧机轧制、ACC冷却、矫直、钢板堆冷、正火热处理等工艺；其特征在于在所述轧制步骤 中，粗轧阶段采取高温低速大压下工艺，二阶段采取> 2. 0H的晾钢厚度轧制，ACC采用合适 的辊速和3 10°C /S的冷速。
3.根据权利要求2所述抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板的生产方法，其特征 在于在所述热处理步骤中，正火温度选择在Ar3+(20 60°C )区间，采用(1. 8 2. 0) min/mm+30min的保温时间，加热温度为1250 1280°C，保温时间为10 12h，冷却采用风 冷到400士30°C后再空冷；在所述转炉冶炼步骤中，出钢碳彡0. 05%，出钢0.015%， S≥0. 012% ；点吹次数小于2次。
4.根据权利要求2或3所述抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板的生产方法，其特 征在于在所述控轧控冷步骤中，采用II阶段控制轧制，在第一阶段轧制中，使道次压下率 大于静态再结晶的临界压下率且总变形量大于50%，二阶段开轧温度小于880°C，同时总 变形量50% 80%，第一阶段开轧温度控制在1050 1150°C之间，采用高温低速大压下轧 制，道次压下量30 50mm ；当温度不低于960°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度的2. 0 倍；当轧件温度为880°C时，开始第二阶段轧制，道次压下量控制在15 30mm，最后三道次 压下率> 13%，逐道递增；终轧温度控制在800 860°C;轧制完毕后采用ACC控冷，终冷温 度控制在650 720°C之间。
全文摘要
本发明公开了一种抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板及其生产方法，其主要特征是该抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)C≤0.20、Si≤0.55、Mn1.20～1.60、P≤0.025、S≤0.005、微合金化元素≤0.10、A1s≥0.015，其它为Fe和残留元素。其采取的生产方法包括以下步骤铁水KR脱硫、转炉冶炼、LF精练、VD真空脱气、模铸浇注、钢锭加热、轧制、ACC冷却、矫直、钢板堆冷、正火热处理等工艺；本发明通过进行合理的成分设计、工艺路线设计，开发出了特厚压力容器用钢板，检测结果表明，一级探伤合格率、性能初验合格率均达到100％，此外抗层状撕裂性能达到Z35级别，抗氢致裂纹检测结果优异。
文档编号C21D8/02GK102002630SQ201010572979
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者付全虎, 刘庆波, 崔冠军, 庞百鸣, 朱书成, 李忠波, 李红洋, 杨东, 许少普, 赵迪, 雷文慧, 高照海 申请人:南阳汉冶特钢有限公司