本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种压力容器用20MnMoNi55钢板及其生产方法。
背景技术：
近几年石化工业的发展对炼化装置的要求日趋大型化，对设备的安全性提出了更高的要求，对设备制造用钢板的性能要求也越来越苛刻，除通常对低温韧性的要求越来越高以外，伴随着设备的大型化，对设备的抗恶劣环境和极端环境的要求也越来越高，同时对于大型石化设备中的关键设备所使用的高端品种依然采用进口钢板。特别是20MnMoNi55钢板，作为世界知名的中厚板厂家-迪林根自主研发设计的钢种，生产难度巨大，为打破垄断，取代进口钢板，开发国产20MnMoNi55钢板是本领域亟待解决的技术问题。
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20MnMoNi55钢板；本发明还提供了一种压力容器用20MnMoNi55钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种压力容器用20MnMoNi55钢板，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.15～0.25%，Si：0.10～0.35%，Mn：1.15～1.50%，P≤0.012%，S≤0.012%，Cr≤0.20%，Mo：0.40～0.55%，Ni：0.45～0.85%，Cu≤0.12%，Al：0.010～0.050%，V≤0.020%，Ti≤0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为70～95mm，采用正火+回火热处理相结合的生产工艺。
本发明化学成分设计思路如下：本发明中C含量为0.15～0.25%，C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，使钢板强度增加；Mn的含量为1.15～1.50%，Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用；Ni的含量为0.45～0.85%，主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果；另外还能增加钢的耐大气腐蚀能力，提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；Mo的含量为0.45～0.55%，可以显著提高钢的淬透性，同时能够提高回火稳定性；杂质元素P、S等含量下限不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。
本发明还提供了一种上述压力容器用20MnMoNi55钢板的生产方法，所述生产方法包括炼钢、加热、轧钢和热处理工序。
本发明所述炼钢包括转炉冶炼、LF炉精炼及连铸工序；所述LF炉精炼工序精炼调整成分，精炼总时间≥60min，白渣保持时间≥30min，确保造渣良好。
本发明所述炼钢工序，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度≤66Pa，保持时间≥20min，软吹5～7min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
本发明所述加热工序，钢坯在加热段加热温度≤1260℃，均热段温度为1230～1250℃，总加热时间≥10min/cm。
本发明所述轧钢工序，采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1000～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%。
本发明所述轧钢工序，采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第二阶段轧制温度为860～900℃，累计压下率为30～50%，第二阶段单道次的压下率≥10%，道次≥3次，制得所需厚度钢板。
本发明所述热处理工序，采用正火+回火热处理，正火温度为910～930℃，总加热时间2～3min/mm，正火后采用水冷加速冷却。
本发明所述热处理工序，采用正火+回火热处理，对正火处理后的钢板进行回火，回火温度为630～650℃，总加热时间3～3.5min/mm；回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、钢板强韧性匹配良好，屈服强度Rel≥430MPa，抗拉强度Rm：570～710MPa，板厚1/2位置0℃横向夏比冲击功≥47J，高温抗拉强度指标良好。2、所生产的钢板具有钢质纯净度高、内部致密及性能稳定的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足标准要求，适合于制造石化设备等压力容器。3、钢板探伤满足JB/T4730.3-2015，合格级别为Ⅰ级。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细阐述。
实施例1
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.21%，Si：0.25%，Mn：1.40%，P：0.007%，S：0.005%，Cr：0.15%，Mo：0.51%，Ni：0.75%，Al：0.023%，Cu：0.07%，V：0.003%，Ti：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为70mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间65min，白渣保持时间35min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度66Pa，保持时间30min，软吹5min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1255℃，均热段温度1240℃，总加热时间11min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1050℃，此阶段单道次压下量为13%，累计压下率为35％；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为35％，第二阶阶段单道次的压下率为12%，道次为4次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度915℃、总加热时间2min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度645℃、总加热时间3min/mm。回火后采用空冷得到20MnMoNi55钢板。
本实施例钢板的力学性能：屈服强度525MPa，抗拉强度：625MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均205J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度515MPa，抗拉强度612MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度504MPa，抗拉强度603MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度488MPa，抗拉强度611MPa。
实施例2
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.22%，Si：0.26%，Mn：1.42%，P：0.007%，S：0.004%，Cr：0.16%，Mo：0.49%，Ni：0.73%，Al：0.024%，Cu：0.06%，V：0.003%，Ti：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为76mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间67min，白渣保持时间33min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度62Pa，保持时间26min，软吹5.5min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1250℃，均热段温度1245℃，总加热时间11min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1040℃，此阶段单道次压下量为15%，累计压下率为37％；第二阶段轧制温度为890℃，累计压下率为38％，第二阶段单道次的压下率为14%，道次为5次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度920℃、总加热时间2.5min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度640℃、总加热时间3min/mm。回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度563MPa，抗拉强度：682MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均201J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度496MPa，抗拉强度625MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度484MPa，抗拉强度620MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度482MPa，抗拉强度614MPa。
实施例3
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.25%，Si：0.10%，Mn：1.50%，P：0.006%，S：0.005%，Cr：0.17%，Mo：0.52%，Ni：0.76%，Al：0.023%，Cu：0.07%，V：0.002%，Ti：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为83mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间60min，白渣保持时间36min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度66Pa，保持时间34min，软吹6min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1260℃，均热段温度1235℃，总加热时间12min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1100℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为40％；第二阶段轧制温度为900℃，累计压下率为38％，第二阶段单道次的压下率为15%，道次为3次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度925℃、总加热时间3min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度635℃、总加热时间3.5min/mm。回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度545MPa，抗拉强度：667MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均195J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度520MPa，抗拉强度662MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度514MPa，抗拉强度648MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度498MPa，抗拉强度612MPa。
实施例4
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.15%，Si：0.35%，Mn：1.50%，P：0.007%，S：0.004%，Cr：0.20%，Mo：0.55%，Ni：0.45%，Al：0.029%，Cu：0.08%，V：0.003%，Ti：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为90mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间62min，白渣保持时间36min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度66Pa，保持时间39min，软吹6.5min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1250℃，均热段温度1230℃，总加热时间13min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下量为10%，累计压下率为50％；第二阶段轧制温度为895℃，累计压下率为40％，第二阶段单道次的压下率为16%，道次为3次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度930℃、总加热时间2.5min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度635℃、总加热时间3min/mm。回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度532MPa，抗拉强度：651MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均203J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度518MPa，抗拉强度634MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度513MPa，抗拉强度632MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度502MPa，抗拉强度614MPa。
实施例5
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.24%，Si：0.26%，Mn：1.15%，P：0.007%，S：0.005%，Cr：0.20%，Mo：0.55%，Ni：0.85%，Al：0.050%，Cu：0.06%，V：0.003%，Ti：0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为95mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间64min，白渣保持时间40min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度61Pa，保持时间35min，软吹5min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1250℃，均热段温度1250℃，总加热时间10min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1055℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为30％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为30％，第二阶段单道次的压下率为16%，道次为4次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度930℃、总加热时间3min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度630℃、总加热时间3.5min/mm。回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度566MPa，抗拉强度：684MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均213J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度554MPa，抗拉强度665MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度534MPa，抗拉强度653MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度506MPa，抗拉强度632MPa。
实施例6
压力容器用20MnMoNi55钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.24%，Si：0.26%，Mn：1.15%，P：0.012%，S：0.012%，Cr：0.20%，Mo：0.40%，Ni：0.85%，Al：0.010%，Cu：0.12%，V：0.020%，Ti：0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钢板厚度为80mm。
本实施例20MnMoNi55钢板的生产方法，步骤如下：
（1）炼钢工序：采用转炉冶炼，LF炉精炼，连铸。精炼调整成分，精炼总时间61min，白渣保持时间30min，确保造渣良好，精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）真空处理，真空度60Pa，保持时间20min，软吹7min；将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（2）加热工序：钢坯在加热段加热温度1240℃，均热段温度1230℃，总加热时间10min/cm。
（3）轧钢工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1055℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为30％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为50％，第二阶段单道次的压下率为10%，道次为6次，制得所需厚度钢板。
（4）热处理工序：采用正火+回火热处理，正火温度910℃、总加热时间3min/mm，正火后采用水冷加速冷却；对正火处理后的钢板进行回火，回火温度650℃、总加热时间3min/mm。回火后采用空冷，得到20MnMoNi55钢板。
本实例的钢板的力学性能：屈服强度576MPa，抗拉强度：694MPa，钢板厚度1/2处0℃冲击功平均223J。三种不同温度的高温拉伸试验力学性能优良，100℃高温拉伸试验屈服强度564MPa，抗拉强度675MPa；200℃高温拉伸试验屈服强度544MPa，抗拉强度673MPa；300℃高温拉伸试验屈服强度516MPa，抗拉强度642MPa。
实验证明：本发明所得钢板强度及韧性匹配良好，生产的钢板综合性能优良，质量良好，生产成本低，可实现大批量生产。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。