压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板及生产方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板及生产方法。

背景技术：

近年来，随着国民经济建设的迅猛发展，对于压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的需求日益突出，市场对于压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的需求越来越大。长期以来由于缺乏必要的生产设备和技术支撑，同时由于国内没有生产压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的成熟经验，致使不能满足国内市场的需求，严重制约了我国国民经济建设的发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板；本发明还提供了压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取如下技术方案：一种压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板，所述高强钢板的化学成分及质量百分含量如下：C：0.13～0.16%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.45～0.60%，P≤0.010%，S≤0.005%，Al：0.020～0.050%，Cr：0.90～1.10%，Mo：0.45～0.60%，Cu≤0.20%，Sb≤0.0025%，Sn≤0.010%，As≤0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板的最大厚度为75mm。

本发明还提供一种基于上述压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的生产方法，所述生产方法包括加热、轧制和热处理工序；所述钢板成分的重量百分含量为：C：0.13～0.16%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.45～0.60%，P≤0.010%，S≤0.005%，Al：0.020～0.050%，Cr：0.90～1.10%，Mo：0.45～0.60%，Cu≤0.20%，Sb≤0.0025%，Sn≤0.010%，As≤0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述加热工序：连铸坯最高加热温度1280℃，均热温度1240～1260℃，加热段和均热段总时间≥11min/cm。

本发明所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～950℃；单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％；晾钢厚度≥1.5倍成品钢板板厚。

本发明所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度860～910℃，终轧温度为800～850℃；单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％，轧制后得到半成品钢板。

本发明所述热处理工序：采用淬火＋回火工艺；淬火温度为910～930℃，保温系数2.5min/mm，最低保温时间≥90min，厚度≤40mm的钢板辊速10m/mim，40mm＜厚度≤70mm的钢板辊速5m/mim，厚度≥70mm的钢板辊速2m/mim，水冷加速冷却，回火温度为750～760℃，保温时间4.0～4.5min/mm，最低保温时间≥120min。

本发明所述生产方法还包括连铸工序，冶炼后的钢水进行浇铸得到连铸坯，拉速控制在0.75～1.05m/min，过热度15～25℃，铸坯下线堆垛≥24小时缓冷后温送轧钢，温清温度≥150℃。

本发明所述生产方法还包括冶炼工序，钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3～5kg/t钢水和Si-Ca线5～7m/t钢水，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min。

本发明所述热处理工序，淬火介质为水。

本发明所述钢板各化学组分及含量的作用机理是：

C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性，碳含量过低则降低钢的淬透性。

Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

P、S：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，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

Al：铝是钢中常用的脱氧剂。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。

Cr：在低合金钢范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

Mo：具有较强的碳化物形成能力，能够阻止奥氏体化的晶粒粗大，同时还会造成C曲线右移，减小了过冷度极大地提高了淬透性。但是过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的焊接性。同时Cr和Mo复合强化可以大幅度提高钢板的抗硫化氢腐蚀性能

本发明方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，使钢板具有良好的组织、力学性能、抗硫化氢腐蚀性能和焊接性能。本发明方法主要采用适当二阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、有优良的综合性能，能够更好的满足更高强度级别抗硫化氢腐蚀性能的要求， -10℃冲击韧性优良，另外钢板延伸率有相当大的富裕量，可广泛用于压力容器行业，应用前景广阔。本发明方法采用提高钢水纯净度、降低硫含量、进行Ca处理、优化连铸坯的加热和轧制条件等措施，能够更好的满足压力容器用抗硫化氢腐蚀用钢的要求。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，该钢板具有致密度高，强度级别较高，-10℃低温冲击韧性优良，硬度适中和抗硫化氢腐蚀性能优良等特点，能够满足压力容器用抗硫化氢腐蚀用钢的要求，具有良好综合性能和焊接性能。

本发明高强钢板屈服强度≥230MPa，抗拉强度410～530MPa，-10℃横向冲击功≥100J，硬度190HB～240HB，HIC检验均无裂痕。本发明钢板钢质更纯净，P≤0.010%、S≤0.005%，强度硬度适中；-10℃低温韧性良好；钢板最大厚度可达到75mm；抗硫化氢腐蚀性能优良。

附图说明

图1为实施例1钢板试样HIC试验的711检测面显微图；

图2为实施例1钢板试样HIC试验的311检测面显微图；

图3为实施例1钢板试样HIC试验的511检测面显微图；

图4为实施例1钢板试样HIC试验的411检测面显微图；

图5为实施例1钢板试样HIC试验的611检测面显微图；

图6为实施例1钢板试样HIC试验的211检测面显微图。

具体实施方式

本压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的生产方法采用下述工艺：

（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3～5kg/t钢水和Si-Ca线5～7m/t钢水，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min，解决了钢水钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.75～1.05 m/min，过热度15～25℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷≥24小时后温送，带温(≥150℃)清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1280℃，均热温度1240～1260℃，加热段和均热段总时间≥11min/cm。

（4）轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～950℃；单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％；晾钢厚度≥1.5倍成品钢板板厚；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度860～910℃，终轧温度为800～850℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％，轧制后得到半成品钢板。

（5）热处理：对钢板粗品进行淬火处理，采用淬火＋回火工艺；淬火温度为910～930℃，保温系数2.5min/mm，最低保温时间≥90min，厚度≤40mm的钢板辊速10m/mim，40mm＜厚度≤70mm的钢板辊速5m/mim，厚度≥70mm的钢板辊速2m/mim，最大水量水冷加速冷却，回火温度为750～760℃，保温时间4.0～4.5min/mm，最低保温时间≥120min。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.14%，Si：0.24%，Mn：0.49%，P：0.003%，S：0.003%，Al：0.024%，Cr：0.94%，Mo：0.49%，Cu：0.01%，Sb：0.001%，Sn：0.001%，As：0.001%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度75mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3.5kg/t和Si-Ca线5.5m/t，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.95m/min，过热度23℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷24小时后温送，带温160℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1280℃，均热温度1250℃，总加热时间为11min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，终轧温度为920℃，道次压下率10%，累计压下率40%；晾钢厚度为150mm,第二阶段的开轧温度为880℃，终轧温度为820℃，单道次压下率为12%，累计压下率为45%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.5min/mm，辊速2m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为755℃，保温时间4.5min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度381MPa，抗拉强度525MPa，-10℃横向冲击功平均250J，硬度215～225HB，HIC检验结果见下表1和图1（其余检测面与711相同，省略图）。

表1 实施例1钢板HIC检验结果

实施例2

压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.13%，Si：0.30%，Mn：0.51%，P：0.006%，S：0.003%，Al：0.030%，Cr：1.00%，Mo：0.48%，Cu：0.02%，Sb：0.002%，Sn：0.002%，As：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度65mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1585℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3.0kg/t和Si-Ca线5.0m/t，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间25min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.95m/min，过热度23℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷24小时后温送，带温160℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1275℃，均热温度1250℃，总加热时间为11min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，终轧温度为915℃，道次压下率10%，累计压下率40%；晾钢厚度为140mm,第二阶段的开轧温度为890℃，终轧温度为830℃，单道次压下率为12%，累计压下率为45%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.5min/mm，辊速5m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为755℃，保温时间4.5min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度394MPa，抗拉强度537MPa，-10℃横向冲击功平均200J，硬度215～225HB，HIC检验结果见下表2和图2（其余检测面与311相同，省略图）。

表2 实施例2钢板HIC检验结果

实施例3

压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.28%，Mn：0.50%，P：0.006%，S：0.003%，Al：0.035%，Cr：0.98%，Mo：0.50%，Cu：0.03%，Sb：0.002%，Sn：0.003%，As：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度52mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1600℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3.5kg/t和Si-Ca线5.3m/t，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间25min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.95m/min，过热度20℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷24小时后温送，带温150℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1280℃，均热温度1250℃，总加热时间为11min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为925℃，累计压下率40%；晾钢厚度为130mm,第二阶段的开轧温度为900℃，终轧温度为835℃，单道次压下率为12%，累计压下率为45%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.5min/mm，辊速5m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为755℃，保温时间4.5min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度429MPa，抗拉强度547MPa，-10℃横向冲击功平均230J，硬度215～230HB，HIC检验结果见下表3和图3（其余检测面与511相同，省略图）。

表3 实施例3钢板HIC检验结果

实施例4

压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.14%，Si：0.30%，Mn：0.49%，P：0.006%，S：0.003%，Al：0.030%，Cr：0.96%，Mo：0.49%，Cu：0.02%，Sb：0.001%，Sn：0.002%，As：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度64mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1610℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线3.0kg/t和Si-Ca线5.0m/t，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间25min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.95m/min，过热度19℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷24小时后温送，带温150℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1280℃，均热温度1250℃，总加热时间为11min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；晾钢厚度为120mm,第二阶段的开轧温度为900℃，终轧温度为830℃，单道次压下率为12%，累计压下率为45%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.5min/mm，辊速5m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为755℃，保温时间4.5min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度411MPa，抗拉强度529MPa，-10℃横向冲击功平均220J，硬度219～230HB，HIC检验结果见下表4和图4（其余检测面与411相同，省略图）。

表4 实施例4钢板HIC检验结果

试验结果表明，采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，性能完全满足压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的使用要求。

实施例5

压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.20%，Mn：0.45%，P：0.006%，S：0.005%，Al：0.050%，Cr：0.90%，Mo：0.45%，Cu：0.02%，Sb：0.002%，Sn：0.002%，As:0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度75mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1605℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线5.0kg/t和Si-Ca线5.5m/t，真空处理时真空度64Pa，真空保持时间15min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在0.75m/min，过热度15℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷20小时后温送，带温150℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1270℃，均热温度1260℃，总加热时间为11.5min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1100℃，道次压下率18%，终轧温度为950℃，累计压下率30%；晾钢厚度为130mm,第二阶段的开轧温度为910℃，终轧温度为850℃，单道次压下率为30%，累计压下率为50%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为910℃，保温系数2.5min/mm，辊速2m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为750℃，保温时间4.0min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度380MPa，抗拉强度520MPa，-10℃横向冲击功平均200J，硬度210HB～230HB，HIC检验结果见下表5和图5（其余检测面与611相同，省略图）。

表5 实施例5钢板HIC检验结果

实施例6

压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板采用下述成分配比以及生产工艺。成分配比（wt）：C：0.16%，Si：0.40%，Mn：0.60%，P：0.010%，S：0.004%，Al：0.020%，Cr：1.10%，Mo：0.60%，Cu：0.03%，Sb：0.003%，Sn：0.002%，As:0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质，厚度30mm。

生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线4.0kg/t和Si-Ca线7m/t，真空处理时真空度63Pa，真空保持时间22min。

（2）连铸工序：采用连铸工艺，将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，拉速控制在在1.05m/min，过热度25℃，尽可能减少连铸坯偏析，钢坯避风堆垛，缓冷16小时后温送，带温160℃清理。

（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1280℃，均热温度1240℃，总加热时间为12min/mm。

（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1080℃，道次压下率30%，终轧温度为940℃，累计压下率50%；晾钢厚度为45mm,第二阶段的开轧温度为860℃，终轧温度为800℃，单道次压下率为10%，累计压下率为30%。

（5）热处理：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为930℃，保温时间90min，辊速10m/mim,最大水量水冷加速冷却，回火温度为760℃，保温时间4.2min/mm。

本实施例所得压力容器用抗硫化氢腐蚀低合金高强钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度380MPa，抗拉强度530MPa，-10℃横向冲击功平均210J，硬度219HB-225HB，HIC检验结果见下表6和图6（其余检测面与211相同，省略图）。

表6 实施例6钢板HIC检验结果