本发明属于钢铁冶金，具体涉及一种抗氢压力容器用调质钢板及其生产工艺。
背景技术：
1、目前压力容器设备正向高参数、大型化发展，出于安全性和经济性考虑，压力容器用钢的强韧性要求也随之提高。自上世纪六十年代，压力容器用钢已开始向高强度方向发展，美国、德国已相继研制并使用系列屈服强度690mpa级的压力容器用钢，而我国在此领域相对处于落后地位。自gb 150-89首先将国产低温压力容器用调质高强度钢列入，经过多年的努力，我国压力容器调质高强度钢标准体系逐渐完善，在现已形成gb 19189，但因标准强度级别（490mpa）和冲击韧性要求（≥80j）较低，与国际先进水平尚有一定差距。就钢板实物水平而言，大部分国产高强调质压力容器钢板仍存在厚度规格范围窄、探伤合格率低、表面质量差、冲击韧性低等缺点，例如公开号为cn202011146929.7的专利，公开了“一种cr-mo低合金压力容器用钢板及其制备方法”，其公开的钢的化学成分重量百分比为c：0.14～0.17％，si：0.20～0.35％，mn： 0.70～0.90％，p：≤0.018％，s：≤0.005％，cr：0.10％～0.25％，mo：0.25％～0.35％，nb：0.015％～0.030％，其余为fe和不可避免的夹杂，该专利钢板实物厚度范围仅为10～60mm，仅可满足抗拉强度rm≥500mpa，且只要求室温20℃冲击功，（板厚1/4处≥180j），虽然提及到厚度方向均匀性良好，但并未具体呈现厚度方向不同位置处的低温冲击韧性；又例如公开号cn104532159a的专利，公开了“一种屈服强度700mpa级调质高强钢及其生产方法”，其公开的钢的化学成分重量百分比为：c:0.06～0.13％，si：0.10～0.30％，mn：0.80～1.60％，cr：0.20～0.70％，mo：0.10～0.30％，ni：0～0.30％，nb：0.010～0.030％，ti:0.010～0.030％，v:0.010～0.030％，b:0.0005～0.0030％，al:0.02～0.06％，ca：0.001～0.004％，n:0.002～0.005％，p≤0.020％，s≤0.010％，o≤0.008％，其余为fe及不可避免的杂质，该专利钢板实物屈服强度700～850mpa，抗拉强度750～900mpa，延伸率>14％，冲击功仅>40j。同时，以上专利均未提及钢板的表面冲击韧性，且尚未检索到提升表面冲击韧性的其他相关专利，说明此领域仍处于技术空白。
2、针对690mpa级以上高强调质特厚板，具备此类钢板生产能力的钢企为优先保证心部和板厚1/4处的强韧性，出于钢板淬透性和心部温度因素考虑，通常采用强淬火+高温长时间回火（加热系数＞3.0）的热处理工艺路线，但此工艺下近表具有大量的回火索氏体组织，此类组织强度较高、韧性较低，近表冲击通常＜40j，截面冲击韧性均匀性较差，无法满足当下大型高参数压力容器的使用要求，因此因表面韧性较低导致截面冲击均匀性差的问题已成为高强调质特厚板的共性问题。
3、为改善国内抗氢压力容器用调质高强特厚板的冲击韧性，同时重点提升钢板截面冲击韧性均匀性，突破现有技术瓶颈，急需开发新一代高性能压力容器用调质高强度钢板，填补国内大型高压容器用材料技术空白。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的钢板厚度规格范围窄、探伤合格率低、表面质量差、冲击韧性低、截面冲击均匀性差的技术问题，本发明提供了一种抗氢压力容器用调质钢板及其生产工艺。
2、本发明提供了一种抗氢压力容器用调质钢板，其化学成分组成及质量百分含量为：c≤0.15%，si：0.15～0.35%，mn：0.60～1.60%，p≤0.012%，s≤0.005%，cu≤0.50%，ni：0.70～1.50%，cr：0.25～0.80%，mo：0.25～0.80%，v：0.03～0.08%，ti≤0.030%，als：0.03～0.05%，b≤0.0030%，其余为fe和其它不可避免的杂质；
3、所述钢板厚度为72mm，钢板的下屈服强度rp0.2≥690mpa，钢板的抗拉强度rm 为800～900mpa，延伸率a≥17%，-40℃ 1/4冲击akv≥150j，心部冲击akv≥120j，近表冲击akv≥80j。
4、本发明调质钢板的设计成分中各个元素的作用如下：
5、c：提高钢板强度最有效的元素，钢中每增加0.1%的碳可使抗拉强度提高70mpa左右，但碳含量的增加会降低塑性和韧性，恶化钢板的焊接性能。碳对焊接热影响区淬硬性和冷裂倾向影响最明显。国内外690mpa级低合金超高强度钢板的碳含量通常控制在0.15%以下，碳含量降低所带来的强度损失通过微合金化和工艺优化来弥补。
6、si：可显著提高钢的强度和硬度，同时增强抗高温氧化能力，但钢中过量的硅也会降低焊接性能，不利于钢板的表面质量。
7、mn：主要通过固溶强化提高钢板强度，同时降低奥氏体转变开始点和结束点，扩大奥氏体相区，抑制奥氏体向铁素体转变。锰含量一般不宜超过2.0%，过高将会导致钢板产生中心偏析、焊接性能差等问题。
8、p和s：均属于有害元素，硫在钢中易形成夹杂物与偏析，损害钢板的成形性能；磷易形成严重的偏析带，提高带状组织的级别，导致钢板各向异性增加。因而，磷和硫含量应尽量控制在较低水平。
9、ni：镍提高奥氏体→铁素体相变时铁素体的形核功，促进粒状贝氏体组织转变；并且镍减少低温时位错运动的摩擦阻力，增加层错能，故提高钢板的低温韧性。根据第一性原理计算结果，ni元素在基体和晶界处具有较强的抗氢性，同时为了保证厚板的低温韧性，在astm sa517 gr.f的基础上略微提升了ni元素的含量。
10、cr：铬降低碳的扩散速度，抑制铁素体和珠光体转变，使贝氏体转变向低温区移动，降低贝氏体相变点。同时，根据第一性原理计算结果，cr元素在基体和晶界处也具有较强的抗氢性。
11、mo：钼在钢中能有效地推迟高温转变且对贝氏体转变几乎没有影响，特别有利于获得贝氏体组织。同时根据第一希原理计算，mo在晶界处具有一定的抗氢性。
12、v：通过控制钒的析出，可使vc在奥氏体向铁素体转变过程中发生相间析出，或在铁素体基体中随机析出，起到析出强化的作用。同时，增加钢中氮含量可促进vcn在奥氏体-铁素体相界面的析出，有效地阻止铁素体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。同时vcn析出相可以起到氢陷阱的作用，可以降低材料的氢敏感性。
13、b：针对72mm厚板，为了保证材料的淬透性，通过增加微量硼含量即可显著提高钢板的淬透性，使得奥氏体更容易获得低温相变组织，抑制铁素体形核。为保证固溶硼可充分发挥上述作用，含硼钢中一般加入ti、al等强氮化物形成元素来消耗氮元素，避免bn的大量形成。
14、本发明还提供了一种抗氢压力容器用调质钢板的生产工艺，该工艺主要包括轧后钢板的离线淬火和回火热处理工序。
15、所述离线淬火热处理工序为：轧制后的钢板再加热温度至890～900℃，在炉时间系数为1.3～1.8min/mm，钢板出炉后淬火至室温。
16、所述回火热处理工序为：离线淬火后钢板再加热温度至660～670℃，在炉时间系数为2.0～2.3min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
17、本发明通过合理的化学成分设计，钢板轧后采用离线淬火+高温回火工艺，生产得到成品厚度规格为72mm钢板。工艺过程分析如下：
18、本发明所述钢板化学成分体系，既要实现钢板690mpa强度级别，又要实现高强韧匹配：碳是对钢板淬透性影响最大的元素，精确控制碳含量，保证了钢板强度指标，又满足了性能稳定性目标；同时添加硼，硼在钢中的主要作用是也增加钢的淬透性，从而节约铬、钼等稀贵金属。钢板完成冶炼、轧制后，进行离线淬火+回火双重热处理工艺。其中：
19、所述离线淬火处理工序，加热温度以钢的相变临界点为依据，轧制后的钢板再加热温度890～900℃，加热时间系数为1.3～1.8min/mm，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，钢板出炉后淬火至室温，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织，其中离线淬火时的水冷制度为，水压：高压段≥0.80mpa、低压段≥0.4mpa，辊速：2.0～2.3m/min；淬火后钢板内应力大，脆性较大，必须进行回火；
20、所述回火处理工序，淬火后的钢板的回火温度660～670℃，在炉时间系数为2.0～2.3min/mm，钢板出炉后空冷至室温，以便消除应力，增加韧性，调整强度，回火处理后钢板近表组织以回火索氏体和回火贝氏体为主，心部和1/4处组织以均匀细小的回火态板条贝氏体组织为主，该组织均匀性好，增加裂纹在局部薄弱地区扩展阻力，可以保证钢板具有良好的强度、塑性和韧性。
21、本发明所生产的690mpa级抗氢压力容器用调质钢板，强韧匹配度良好，近表冲击得到改善，焊接性能优良，组织均匀，性能稳定。
22、本发明的有益效果如下：
23、1）本发明所用690mpa级抗氢压力容器用调质钢板采用ni-cr-mo型合金成分设计，在保证钢板心部和1/4处冲击性能的前提下，针对传统热处理工艺进行改进，提升回火温度、缩短回火时间，使钢板的表面冲击韧性得到提升，不仅提升厚度方向性能均匀性，同时也降低了生产成本；并且由本发明合金成分体系和热处理工艺下钢板具有更优韧性和塑性，钢板实物屈服强度≥690mpa，抗拉强度800～900mpa，延伸率≥17%，-40℃ 1/4冲击akv≥150j，心部冲击akv≥120j，近表冲击akv≥80j。
24、2）本发明突破调质高强厚板的技术瓶颈，设计开发更高性能抗氢压力容器用调质高强度钢板，填补国内大型高压容器用材料技术空白，后期将推动形成压力容器设备、材料、设计、建造、应用、安全评价等系列规范和制备、储运及终端应用完整高效的产业链原型，为新一代调质高强度压力容器用钢的开发、生产和应用奠定基础。
25、实施方式
26、下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
27、实施例
28、本实施例所述690mpa级抗氢压力容器用调质钢板厚度为72mm；所述生产工艺主要包括离线淬火、回火热处理工序，具体步骤如下：
29、1）所述离线淬火热处理工序，轧制后的钢板再加热温度为900℃，在炉时间系数为1.8min/mm，钢板出炉后淬火至室温，开水制度为，水压：高压段0.83mpa、低压段0.42mpa，辊速：2.1m/min；
30、2）所述回火热处理工序，离线淬火后钢板再加热温度至660℃，在炉时间系数为2.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
31、实施例
32、本实施例所述690mpa级抗氢压力容器用调质钢板成品厚度为72mm；所述生产工艺主要包括离线淬火、回火热处理工序，具体步骤如下：
33、1）所述离线淬火热处理工序，轧制后的钢板再加热温度为890℃，在炉时间系数为1.3min/mm，钢板出炉后淬火至室温，开水制度为，水压：高压段0.81mpa、低压段0.43mpa，辊速：2.0m/min；
34、2）所述回火热处理工序，离线淬火后钢板再加热温度至660℃，在炉时间系数为2.3min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
35、实施例
36、本实施例所述690mpa级抗氢压力容器用调质钢板成品厚度为72mm；所述生产工艺主要包括离线淬火、回火热处理工序，具体步骤如下：
37、1）所述离线淬火热处理工序，轧制后的钢板再加热温度为890℃，在炉时间系数为1.5min/mm，钢板出炉后淬火至室温，开水制度为，水压：高压段0.82mpa、低压段0.41mpa，辊速：2.3m/min；
38、2）所述回火热处理工序，离线淬火后钢板再加热温度至665℃，在炉时间系数为2.3min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
39、实施例
40、本实施例所述690mpa级抗氢压力容器用调质钢板成品厚度为72mm；所述生产工艺主要包括离线淬火、回火热处理工序，具体步骤如下：
41、1）所述离线淬火热处理工序，轧制后的钢板再加热温度为890℃，在炉时间系数为1.8min/mm，钢板出炉后淬火至室温，开水制度为，水压：高压段0.85mpa、低压段0.42mpa，辊速：2.3m/min；
42、2）所述回火热处理工序，离线淬火后钢板再加热温度至670℃，在炉时间系数为2.0min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
43、实施例
44、本实施例所述690mpa级抗氢压力容器用调质钢板成品厚度为72mm；所述生产工艺主要包括离线淬火、回火热处理工序，具体步骤如下：
45、1）所述离线淬火热处理工序，轧制后的钢板再加热温度为900℃，在炉时间系数为1.3min/mm，钢板出炉后淬火至室温，开水制度为，水压：高压段0.82mpa、低压段0.43mpa，辊速：2.2m/min；
46、2）所述回火热处理工序，离线淬火后钢板再加热温度至670℃，在炉时间系数为2.3min/mm，钢板出炉后空冷至室温。
47、经上述实施例1～5的生产工艺生产72mm厚690mpa级抗氢压力容器用调质钢板后，对钢板性能进行检测。实物性能列于表1。
48、可见，上述实施例1～5得到的72mm厚690mpa级抗氢压力容器用调质钢板综合性能优良，具有良好的强韧匹配度，冲击韧性得到改善。钢板实物屈服强度≥690mpa，抗拉强度800～900mpa，延伸率≥17%，-40℃ 1/4冲击akv≥150j，心部冲击akv≥120j，近表冲击akv≥80j。
49、除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。