一种钒氮复合微合金化高强度压力容器钢板及制备方法
【专利摘要】一种钒氮复合微合金化高强度压力容器钢板及制备方法，属于压力容器用钢板生产【技术领域】。钢的成分wt％为：碳：0.12～0.20％；硅：0.20～0.40％；锰：1.2～1.8％；硫：≤0.010％；磷：≤0.015％；钼：0.40～0.60％；钒：0.05～0.25％；氮：0.010～0.030％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明在传统压力容器钢18MnMoNb的基础上，用钒、氮复合添加取代铌元素，通过促进形成针状铁素体细化组织来改善钢的力学性能，尤其是提高韧性。冶炼、连铸符合成分要求的铸坯，经过热轧制备出力学性能优良的压力容器钢板，最终力学性能满足：屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥20％，夏比冲击功KV20℃≥70J。
【专利说明】一种钒氮复合微合金化高强度压力容器钢板及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高强度压力容器用钢板生产【技术领域】，特别是提供了一种钒氮复合 微合金化高强度压力容器钢板的制备方法，适用于以钒氮为主要强韧化元素的压力容器 钢板生产，尤其是屈服强度彡550MPa，抗拉强度彡800MPa，延伸率彡20%，夏比冲击功 Kv2 ((TC )> 70J，采用热轧工艺直接生产的高强度压力容器钢板。
【背景技术】
[0002] 用于制造各种化工容器的压力容器钢板，要求具有一定强度的同时，更要保证足 够的塑性和韧性。国内目前使用最广泛的容器钢板是16Mn系列，通用压力容器用钢板主力 钢号仍然是Q345R，其前身是16MnR，是中国石油化工设备用低合金钢中使用量最大的一个 钢号，主要用于低中压和常温压力容器，强度等级一直保持在345MPa。国外相继发展了强度 等级在420MPa和460MPa的正火+回火或热轧态通用压力容器用钢，如JIS体系的SPV450、 SPV490，EN标准的P420M，P460M等，显然我国的主力钢种强度级别偏低。更高强度等级的压 力容器用钢采用调质处理，国内目前纳入标准的最高强度级别为490MPa级，而日本、欧洲、 美国均已经应用到690MPa级以上的牌号。
[0003] 中国专利申请号：201010622957. 1公开了"一种为钒钛复合处理锅炉和压力容器 用钢及其制造方法"，通过钒钛复合处理提高力学性能，但是其制造的是Q345R级别容器钢， 强度等级较低。中国专利申请号：201310083417. 4公开了"一种压力容器钢18MnMoNbR及其 IOOmm厚度板生产工艺"，该技术需要在轧后进行复杂的热处理，生产成本高，技术难度大。
[0004] 我国拥有丰富的钒资源，使用钒微合金化可在很大程度上降低成本，另外，钒与氮 复合添加对改善钢的韧性有独特作用。钒与铌、钛等元素相比，其碳氮化物溶解度大，因而 钒微合金化钢容许采用较低的再加热温度和较高的终轧温度，适合进行再结晶控制轧制， 具有强烈的沉淀强化作用；而且氮化钒溶解度比碳化钒低约两个数量级，增加氮含量，能够 使钒在奥氏体中析出，促进铁素体晶内形核，形成针状铁素体组织，使钢在热轧态就具有较 好的韧性，省去后续复杂的热处理过程，有效降低成本。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种钒氮复合微合金化高强度压力容器钢板的制备方法， 通过钒氮复合微合金化技术结合相匹配的控制轧制控制冷却工艺，充分发挥钒氮复合微合 金化促进形成针状铁素体细化组织和析出强化的作用，提高压力容器钢的强度和韧性，本 发明生产工艺简单，对生产设备要求不高，可获得综合力学性能优异的高强度压力容器用 钢。
[0006] 本发明在传统压力容器钢ISMnMoNb的基础上，采用钒、氮复合取代铌元素，以细 化组织和析出强化来提高钢的力学性能，更重要的是通过增加氮含量，使钒在奥氏体内析 出，促进晶内铁素体形核，形成随机取向的针状铁素体，并细化M组织，改善韧性。
[0007] 本发明钒氮复合微合金化压力容器钢板的化学成分（wt%)为：碳：0.12? 0· 20% ;硅：0· 30 ?0· 40% ;锰：1. 2 ?I. 8% ;硫：彡 0· 010% ;磷：彡 0· 015% ;钥：0· 40 ? 0. 60% ;钒：0. 05?0. 20% ;氮：0. 010?0. 030%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0008] 本发明制备方法的工艺步骤及其控制的技术参数如下：
[0009] 将铸坯加热到1200?1250°C，使铸坯完全透热，完全奥氏体化，采用奥氏体区再 结晶轧制，粗轧温度1000?Il〇〇°C，压下量50%;精轧温度800?870°C，压下量50?70%; 轧后以1?15°C /s冷至500?550°C。
[0010] 本发明利用钒和氮微合金化提高钢的强度和韧性，获得屈服强度> 550MPa，抗拉 强度彡800MPa，延伸率彡20%，夏比冲击功Kv2 ((TC )彡70J的高强度压力容器钢板，乳后 组织为针状铁素体+粒状贝氏体。
[0011] 本发明采用低碳，添加钥、钒微合金元素，增加氮含量的成分设计体系，基于以下 原理：
[0012] 碳起固溶强化作用，能显著提高钢的强度，但是降低韧性，且碳当量显著提高，使 焊接性能恶化。因此，将碳含量控制在0. 12?0.20%的范围内。
[0013] 锰有固溶强化作用，另外扩大奥氏体相区，提高奥氏体过冷能力，在钢中促进准多 边形铁素体、针状铁素体、贝氏体等组织的形成，细化铁素体晶粒，有利于提高钢的强度级 别和低温韧性水平。同时，过高的锰易形成中心偏析，且锰显著增加碳当量和裂纹敏感性指 数。因此，将锰含量控制在1.20?1.80%。
[0014] 钥抑制铁素体相变，促进贝氏体转变、降低贝氏体转变开始点Bs，从而有利于贝氏 体铁素体的细化。因此，在钢中添加适量的钥元素。
[0015] 钒是钢中溶解度最大的微合金元素，能够产生强烈的沉淀强化作用。将钒含量控 制在 0· 05 ?0· 20%。
[0016] 氮在钒微合金钢中起到重要作用，VN的析出温度比VC高得多，增加氮含量，可 以促进VN在奥氏体内析出，析出物一方面能够钉扎晶界，抑制奥氏体长大，另一方面增加 了铁素体形核位置，促进晶内铁素体相变，得到针状铁素体，提高韧性。将氮含量控制在 100 ?300ppm。
[0017] 本发明的优点：通过钒氮微合金化，结合控轧控冷工艺得到强度和韧性匹配良好 的高强度压力容器用钢板，无需调质处理，降低生产成本。通过增加氮含量，促进钒的析出， 一方面节约了钒的用量，降低成本，另一方面促进针状体铁素体形成，提高韧性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为钒氮复合微合金化钢（实施例1)的典型形貌。
[0019] 图2为低氮钒钢（比较例6)的典型形貌。
[0020] 图3为18MnMoNb钢（比较例8)的典型形貌。
【具体实施方式】
[0021] 下面通过不同的实施例和比较例来描述本发明，实施例仅用于解释的目的，本发 明并不局限于这些实施例中。
[0022] 表1为实施例和比较例各种钢的化学成分，其中实施例1?5为钒氮复合处理的 试验钢，比较例6为低钒低氮钢，比较例7为高钒低氮钢，比较例8为18MnMoNb钢。各试验 钢由真空炉冶炼，钢坯重新加热至1200°C保温2小时，按照表2所示的工艺进行轧制，表3 为实施例和比较例钢的常规力学性能。图1、图2和图3分别为实施例1、比较例6和比较 例8钢的微观组织。
[0023] 由表1?3可以看出，在同样的强度水平上，本发明钢具有较高的韧性。
[0024] 表 1
【权利要求】
1. 一种钒氮复合微合金化压力容器钢板，其特征在于，化学成分重量％为：碳：〇. 12? 0? 20% ;硅：0? 30 ?0? 40% ;锰：1. 2 ?1. 8% ;硫：彡 0? 010% ;磷：彡 0? 015% ;钥：0? 40 ? 0. 60% ;钒：0. 05?0. 20% ;氮：0. 010?0. 030%，其余为铁和不可避免的杂质。
2. -种权利要求1所述的钒氮复合微合金化压力容器钢板的制备方法，其特征在于， 按化学成分重量％为：碳：〇. 12?0. 20% ;硅：0. 30?0. 40% ;锰：1. 2?1. 8 % ;硫： 彡 0? 010%;磷：彡 0? 015%;钥：0? 40 ?0? 60%;钒：0? 05 ?0? 20%;氮：0? 010 ?0? 030%， 其余为铁和不可避免的杂质；冶炼、连铸，冷却至室温；工艺步骤中控制的技术参数如下： 将铸坯加热到1200?1250°C，使铸坯完全透热，完全奥氏体化，采用奥氏体区再结晶 车L制，粗轧温度1〇〇〇?1 l〇〇°C，压下量50%;精轧温度800?870°C，压下量50?70%;乳 后以1?15°C /s冷至500?550°C ; 用钒和氮促进针状铁素体形成，细化MA组元及基体组织，提高钢的强度和韧性，最 终力学性能满足：屈服强度彡550MPa，抗拉强度彡800MPa，延伸率彡20%，夏比冲击功 KV2((TC ) > 70J。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：钒的质量百分比为0. 05?0. 15%。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：乳后组织为针状铁素体+粒状贝氏 体。
【文档编号】C22C38/12GK104328339SQ201410613657
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】王瑞珍, 苏航, 潘涛, 柴锋, 陈雪慧, 杨才福, 马江南 申请人:钢铁研究总院, 中联先进钢铁材料技术有限责任公司