超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法，其包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，所述钢板化学成分的重量百分含量为：C0.07%～0.10%，Si0.15%～0.30%，Mn0.70%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni4.90%～5.25%，Alt0.020%～0.050%，As≤0.012%，Sn≤0.015%，Sb≤0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。本方法采用低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的8～50mm厚连铸型5%Ni钢板；产品具有纯净度较高、成分均匀、力学性能优良；低温冲击韧性好、焊接性能优良、生产成本较低、-125℃横向冲击功优良等特点；且工艺简单、生产成本低、可实现批量生产。
【专利说明】超低温压力容器用5…钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力容器用钢，尤其是一种超低温压力容器用5附钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着石油工业的发展，石油产品的深度加工日益受到重视，原料油经过加热、裂化、焦化、裂解、加氢等反应，把裂化、裂解气中的烯烃分离出来，用于合成各种化工产品，而裂解产物的分离法中“深冷分离”用得广泛，因此，在设备中，比如储罐，输送管道、船等将会大量使用低温钢，例如聚乙烯装置中所用低温钢温度区间-451?-1201，大部分正是5附钢(5%附钢)使用温度范围。
[0003]近几年，我国正加快80万吨?100万吨规模的大型乙烯项目的建设步伐，2012年，我国液化乙烯的需求量将达到2500万吨左右，需新增80?100万吨级乙烯成套装置约8套，液态乙烯的温度为-104-(:,这个温度的设备使用3.5^1钢已经超出其使用范围，而使用9附钢则价格较高，而最低使用温度为-1201的5附钢则比较合适，因此对于生产、加工、储运和运输乙烯所需的低温材料5附钢的需求逐年增加。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种低生产成本、具有良好强韧性匹配的超低温压力容器用5附钢板；本发明还提供了一种超低温压力容器用5附钢板的生产方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明化学成分的重量百分含量为:0 0.07%?0.10%，81 0.15% ?0.30%，胞 0.70% ?0.80%，？彡 0.008%，8 ^ 0.003%，附 4.90% ?5.25%，八1 七0.020%?0.050%，八8彡0.012%，811彡0.015%，8^彡0.003%，余量为和微量不可避免的杂质。
[0006]本发明所述钢板的最大厚度为50111111。
[0007]本发明采用超低碳设计，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能。31主要以固溶强化形式提高钢的强度，但不可含量过高，以免降低钢的韧性。III主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用，胞能显著提高钢的淬透性，随胞含量的增加，钢板的塑性和低温冲击韧性略有下降，强度显著提高，因此为保韧性胞含量也不易过高。在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。在铁-碳相图上，附使共析点向左下方移动，降低钢的临界点八。3点；附是非碳化物形成元素，它与碳作用不形成碳化物，但附与？6能形成0或V固溶体，随着附含量的提高，奥氏体的稳定性增大，能显著提高铁素体的韧性，从而提高低温钢的低温韧性；附能减小低温时的位错在基体金属中运动的阻力，故能提高韧性；附还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时位错的交滑移，使裂纹扩展消耗功增力口，也使韧性增加；因此，附是保证-1251横向冲击功的最主要元素。铝是钢中常用的脱氧齐U，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。As、Sn、Sb是原料中所带的杂质元素，其在钢中易向晶界偏聚而产生回火脆性，因此其含量应尽可能低。
[0008]本发明方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，所述钢板采用上述重量百分含量的化学成分。
[0009]本发明方法所述轧制工序:采用II型控轧工艺；第一阶段的轧制温度为950°C?1100°C，道次压下率为8%?25%，累计压下率彡50% ;第二阶段的开轧温度彡850°C，终轧温度彡810°C，累计压下率彡50%，轧制后得到半成品钢板；
所述冷却工序:所述半成品钢板水冷后堆垛缓冷；水冷时的返红温度< 650°C ;堆垛温度彡250°C，堆垛缓冷时间彡24小时；
所述热处理工序:冷却后钢板进行两次淬火+回火处理；两次淬火温度分别为8400C ±10°C和750°C ± 10°C，两次淬火的总加热时间分别为2.5min/mm(钢板厚度)，水冷；回火温度为600±10°C，总加热时间为4min/mm (钢板厚度)，空冷。
[0010]本发明方法所述加热工序:钢坯最高加热温度1180°C?1200°C，均热温度1160。。?1180°C，总加热时间彡12min/cm (钢坯厚度)。
[0011]本发明方法所述连铸工序:采用300mm断面连铸坯生产，连铸避风堆垛缓冷，缓冷时间> 24小时。
[0012]本发明方法所述连铸工序:浇铸温度为1560°C?1580°C，过热度为15°C?30°C，拉还速率为 0.70m/min ?1.05m/min。
[0013]本发明方法中，钢板的化学成分设计在采用Ni作为主要的提高钢板_125°C低温冲击韧性的元素；采用连铸工艺生产，成本较低，市场竞争力强；轧制时采用晾钢控制轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均问题，具有优良的综合性能。本发明方法所得钢板的低温韧性有相当大的富裕量，板厚1/4处及1/2处的_125°C横向冲击功均大于100J ；Z向性能优良，能满足最高级别Z35的要求且有较大富裕量；所得钢板的组织均匀、细小、非金属夹杂极微，板厚1/4处晶粒度在8.5级以上，板厚1/2处晶粒度在8.0级以上。
[0014]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明具有良好的低温冲击韧性；C含量极低，因此具有良好的焊接性；z向性能优良，能达到最高的Z35级别；可广泛用于低温设备的制造，应用前景广阔。
[0015]本发明方法采用低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的8?50mm厚连铸型5%Ni钢板；产品具有纯净度较高、成分均匀、力学性能优良；低温冲击韧性好、焊接性能优良、生产成本较低、_125°C横向冲击功优良等特点；且工艺简单、生产成本低、可实现批量生产。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0017]本超低温压力容器用5Ni钢板采用下述工艺方法生产而成。
[0018](I)冶炼工序:原料先经电炉或转炉冶炼，送入LF钢包炉精炼，并喂Al线600米?750米，大包温度彡1600°C时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块10kg?150匕，真空度? 66？^真空保持时间? 15分钟后破坏真空，防止出现钢水仅靠八1线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象。所得钢水成分的质量百分含量为? 0.07%?0.10%，81 0.15% ?0.30%，胞 0.70% ?0.80%，？彡 0.008%，8 ^ 0.003%，附 4.90% ?5.25%，八1 七0.020%?0.050%，八8彡0.012%，811彡0.015%，8^彡0.003%，余量为？6和微量不可避免的杂质。
[0019](2)连铸工序:采用300111111断面连铸坯，上述钢水在15601?15801进行浇铸，过热度为151?301，拉坯速率为0.70111/111111?1.05111/111111，得到连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间? 24小时。
[0020](3)加热工序:连铸坯放入连续炉内加热；为了保证钢板的表面质量，铸坯实现温清、温装、慢速低温加热，钢坯最高加热温度11801?12001，均热温度11601?11801，总加热时间彡12111111/0111 (即按钢还每厘米厚度加热1分钟计算
[0021](4)轧制工序:采用II型控轧工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在9501?11001之间，此阶段道次压下率为8%?25%，累计压下率彡50 %，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度彡8501，终轧温度(8101，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率彡50%，轧制后得到半成品钢板。
[0022](5)冷却工序:采用水冷及热堆垛工艺；经轧制后的钢板在快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为彡6501；钢板下线后堆垛温度彡2501，堆垛缓冷时间彡24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹。
[0023](6)热处理工序:对钢板进行两次淬火+回火处理；一次淬火温度为8401 ± 101，总加热时间为2.5-=/臟(即按钢板每毫米厚度加热2.5分钟计算),水冷；二次淬火温度为75000 ±101，总加热时间为2.5111111/111111 (即按钢板每毫米厚度加热2.5分钟计算),水冷；回火温度为600±101，总加热时间为4-11/臟(即按钢板每毫米厚度加热4分钟计算)，空冷；即可得到所述的5附钢板。
[0024]实施例1:本超低温压力容器用5附钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
[0025]钢板成分(被):00.09%，81 0.21%，胞 0.74%，？ 0.005%，8 0.003%，附 5.03%，八1七0.036%，八8 0.008%，811 0.003%，8? 0.002%，余量为？6和微量不可避免的杂质。
[0026]生产工艺:(1)冶炼:精炼时喂八1线650米，大包温度彡16001时吊包至乂0炉真空处理，真空前加入&-31块120匕，真空度65？3，保持18分钟。
[0027](2)连铸:钢水在15601?15801进行浇铸，过热度为241，拉坯速率为0.75^/111111 ；缓冷时间26小时。
[0028](3)加热:最高加热温度 12001，均热温度0111)0
[0029](4)轧制:第一阶段轧制温度为9801，道次压下率为12%?18%，累计压下率为55% ；第二阶段轧制温度为8451，终轧温度8001，累计压下率为60%。
[0030](5)冷却:返红温度为6301 ；堆垛温度3001，堆垛缓冷时间26小时。
[0031](6)热处理:一次淬火温度为8431，总加热时间为750111 (2.5-11/111111):二次淬火温度为7521，总加热时间为75-11 (2.5111111/111111):回火温度为6001，总加热时间为120-11(4min/mm)n
[0032]本实施例5Ni钢板的厚度为30mm，力学性能为:屈服强度498MPa，抗拉强度600MPa，延伸率30% ;_125°C横向冲击功:264J、280J、260J ;厚度方向断面收缩率:65%、70%、
68%。
[0033]实施例2:本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
[0034]钢板成分(wt):C0.10%, Si 0.20%, Mn 0.75%, P 0.006%, S 0.002%, Ni 5.01%, Alt0.037%, As 0.009%, Sn 0.003%, Sb 0.002%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
[0035]生产工艺:(I)冶炼:精炼时喂Al线700米，大包温度彡1600°C时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块100kg，真空度64Pa，保持20分钟。
[0036](2)连铸:钢水在1560°C?1580°C进行浇铸，过热度为25°C，拉坯速率为0.75m/min ;缓冷时间24小时。
[0037](3)加热:最高加热温度1190 °C，均热温度1175 °C，总加热时间6.2小时(12.4min/cm)。
[0038](4)轧制:第一阶段轧制温度为990°C，道次压下率为16%?20%，累计压下率为55% ;第二阶段轧制温度为845°C，终轧温度810°C，累计压下率为60%。
[0039](5)冷却:返红温度为620°C ;堆垛温度320°C，堆垛缓冷时间25小时。
[0040](6)热处理:一次淬火温度为839°C，总加热时间为125min (2.5min/mm);二次淬火温度为755°C，总加热时间为125min(2.5min/mm);回火温度为600°C，总加热时间为200min(4min/mm)n
[0041 ] 本实施例5Ni钢板的厚度为50mm，力学性能为:屈服强度457MPa，抗拉强度591MPa，延伸率28.5% ;_125°C横向冲击功:263J、182J、212J ;厚度方向断面收缩率:71%、69%、67%。
[0042]实施例3:本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
[0043]钢板成分(wt):C0.08%, Si 0.30%, Mn 0.72%, P 0.008%, S 0.001%, Ni 4.92%, Alt0.042%, As 0.010%, Sn 0.009%, Sb 0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
[0044]生产工艺:(I)冶炼:精炼时喂Al线610米，大包温度彡1600°C时吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块150kg，真空度58Pa，保持15分钟。
[0045](2)连铸:钢水在1560°C?1580°C进行浇铸，过热度为15°C，拉坯速率为0.85m/min ;缓冷时间30小时。
[0046](3)加热:最高加热温度1185°C，均热温度1160°C，总加热时间15min/cm。
[0047](4)轧制:第一阶段轧制温度为950°C，道次压下率为8%?12%，累计压下率为50% ;第二阶段轧制温度为830°C，终轧温度780°C，累计压下率为55%。
[0048](5)冷却:返红温度为650°C ;堆垛温度350°C，堆垛缓冷时间30小时。
[0049](6)热处理:一次淬火温度为830°C,总加热时间为2.5min/mm ;二次淬火温度为760°C,总加热时间为2.5min/mm ;回火温度为610°C,总加热时间为4min/mm。
[0050]本实施例5Ni钢板的厚度为8mm，力学性能为:屈服强度500MPa，抗拉强度650MPa，延伸率 25% ;_125°C横向冲击功:178J、180J、203J。
[0051]实施例4:本超低温压力容器用5Ni钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
[0052]钢板成分(wt):C 0.07%, Si 0.26%, Mn 0.80%, P 0.004%, S 0.002%, Ni 5.12%, Alt0.050%，八8 0.003%，811 0.015%，8? 0.001%，余量为和微量不可避免的杂质。
[0053]生产工艺:(1)冶炼:精炼时喂八1线750米，大包温度彡16001时吊包至乂0炉真空处理，真空前加入&-31块130匕，真空度60？3，保持25分钟。
[0054](2)连铸:钢水在15601?15801进行浇铸，过热度为301，拉坯速率为0.70^/111111 ；缓冷时间28小时。
[0055](3)加热:最高加热温度11801^，均热温度11651^，总加热时间12111111八111。
[0056](4)轧制:第一阶段轧制温度为11001，道次压下率为18%?22%，累计压下率为70% ；第二阶段轧制温度为8501，终轧温度7901，累计压下率为50%。
[0057](5)冷却:返红温度为6001 ；堆垛温度2501，堆垛缓冷时间28小时。
[0058](6)热处理:一次淬火温度为8501^，总加热时间为2.5111111/111111 ；二次淬火温度为7451^，总加热时间为2.5111111/111111 ；回火温度为5901^，总加热时间为4111111/111111。
[0059]本实施例5附钢板的厚度为200111111，力学性能为:屈服强度490腿^，抗拉强度615腿^，延伸率27%；-125。〇横向冲击功:250了、213了、222了 ；厚度方向断面收缩率:66%、59%、68%。
[0060]实施例5:本超低温压力容器用5附钢板的成分和具体生产工艺如下所述。
[0061]钢板成分(被):(:0.09%？ 81 0.0.70%，？ 0.005%，3 0.002%，附 5.25%，八 1 七0.020%，八8 0.010%，811 0.006%，8? 0.002%，余量为？6和微量不可避免的杂质。
[0062]生产工艺:(1)冶炼:同实施例1。
[0063](2)连铸:钢水在15601?15801进行浇铸，过热度为201，拉坯速率为1.05111/111111 ；缓冷时间32小时。
[0064](3)加热:最高加热温度11951，均热温度11801，总加热时间
[0065](4)轧制:第一阶段轧制温度为9601，道次压下率为20%?25%，累计压下率为65% ；第二阶段轧制温度为8001，终轧温度7801，累计压下率为66%。
[0066](5)冷却:返红温度为6101 ；堆垛温度2801，堆垛缓冷时间24小时。
[0067](6)热处理:一次淬火温度为8351^，总加热时间为2.5111111/111111 ；二次淬火温度为7401^，总加热时间为2.5111111/111111 ；回火温度为6051^，总加热时间为4111111/111111。
[0068]本实施例5附钢板的厚度为40臟，力学性能为:屈服强度470腿^，抗拉强度600腿^，延伸率28%横向冲击功:280了、199了、245了 ；厚度方向断面收缩率:70%、65%、63%。
【权利要求】
1.一种超低温压力容器用5Ni钢板，其特征在于，其化学成分的重量百分含量为:C 0.07% ?0.10%, Si 0.15% ?0.30%, Mn 0.70% ?0.80%, P^0.008%, S^0.003%, Ni.4.90% ?5.25%, Alt 0.020% ?0.050%, As ( 0.012%, Sn ( 0.015%, Sb ( 0.003%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超低温压力容器用5Ni钢板，其特征在于:所述钢板的最大厚度为50mm。
3.一种超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和热处理工序，其特征在于，所述钢板化学成分的重量百分含量为:C 0.07%?0.10%，Si.0.15% ?0.30%, Mn 0.70% ?0.80%, P^0.008%, S^0.003%, Ni 4.90% ?5.25%, Alt.0.020% ?0.050%, As ( 0.012%, Sn ( 0.015%, Sb ( 0.003%，余量为 Fe 和微量不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序:采用II型控轧工艺；第一阶段的轧制温度为950°C?1100°C，道次压下率为8%?25%，累计压下率彡50% ;第二阶段的开轧温度彡850°C，终轧温度彡810°C，累计压下率> 50%，轧制后得到半成品钢板； 所述冷却工序:所述半成品钢板水冷后堆垛缓冷；水冷时的返红温度< 650°C ;堆垛温度彡250°C，堆垛缓冷时间彡24小时； 所述热处理工序:冷却后钢板进行两次淬火+回火处理；两次淬火温度分别为.8400C ±10°C和750°C ± 10°C，两次淬火的总加热时间分别为2.5min/mm，水冷；回火温度为.600±10°C，总加热时间为4min/mm，空冷。
5.根据权利要求3所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序:钢坯最高加热温度1180°C?1200°C，均热温度1160°C?1180°C，总加热时间^ 12min/cm。
6.根据权利要求3、4或5所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序:采用300mm断面连铸坯生产，连铸避风堆垛缓冷，缓冷时间> 24小时。
7.根据权利要求6所述的超低温压力容器用5Ni钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序:浇铸温度为1560°C?1580°C，过热度为15°C?30°C，拉坯速率为0.70m/min?.1.05m/mino
【文档编号】B22D11/00GK104388838SQ201410600875
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】车金锋, 庞辉勇, 叶建军, 王九清, 韦明, 李惠勇, 张晨光, 尚建雄 申请人:舞阳钢铁有限责任公司