一种压力容器用合金钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料制造的技术领域，尤其是涉及一种压力容器用合金钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，发电、冶金、化工、食品、造纸等技术不断提高，耐高温材料的需求大幅增加，特别是在高温环境下使用的压力容器用合金钢板的需求越来越大。
[0003]钢板长期在高温环境中使用，要求钢板要有较高的耐高温持久强度和持久塑性，良好的抗氧化性能和抗腐蚀性能，以及足够的韧性、可加工性、焊接性和组织稳定性。
[0004]为了解决上述问题，目前普遍采用在钢中添加Cr、Mo、N1、V等贵重合金,且添加量较大，如GB713中12CrlMoVR、12Cr2MolR等，合金含量较大，热轧态的组织不稳定，因此这些钢板还需要进行后续热处理，如正火、正火+回火等，生产工艺多，成本高。而且合金含量大，钢板焊接需预热，且易产生焊接缺陷。
[0005]压力容器一般在高温高压等环境中使用，安全性要求较高。较低的屈强比，不仅有利于提高成形性，而且有利于保证使用中的安全性。
[0006]屈强比越低，材料从开始塑性变形到最终断裂所需要的形变量越大，因而提高了其塑性变形能力，可有效缓解因过载而产生的应力集中，反之若屈强比过高则会导致由于局部大变形而造成的超载失稳。从这个角度出发，屈强比越低就越安全。但屈强比太低势必会损失强度，造成材料浪费。
[0007]钢的化学成分直接影响最终钢产品的应用性能，合理的元素配比对提高钢的强韧度、降低屈强比、改善焊接性起到重要作用。在化学成分设计时采用低碳高锰将有利于保证钢的强度和焊接性能，而添加适量Cr、Nb、Mo、N1、V等合金元素在钢中可形成碳和氮的化合物，通过溶解和析出机制起到抑制晶粒长大和沉淀强化的作用。但合金元素的添加会提高碳当量和焊接裂纹敏感指数，对焊接性能产生不利影响。因此，合理控制合金元素对提高钢的性能、降低生产成本非常重要。
[0008]单一组织的钢易获得高的屈服强度和抗拉强度，但通常两者的差值不大，因此屈强比相对较高。研究结果表明，如果组织中存在两种或多种不同强度的相，在塑性变形过程中软相先发生屈服，在进一步的形变过程中硬相可提高抗拉强度，使钢的屈服强度较低而抗拉强度较高，屈强比较低。常见的复相组织有铁素体十贝氏体、铁素体十Μ/A、贝氏体十马氏体等等，强度由各组元相的强度及含量共同决定。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种压力容器用合金钢板，采用C、S1、Mn、Cr成分设计，采用顶底复吹转炉冶炼，LF + VD或RH炉外精炼、板坯连铸、板坯再加热、板坯轧制等工艺生产，使钢板屈服强度彡325MPa，抗拉强度彡585MPa，屈强比彡0.75，350°C高温性能Rpa2S 220MPa。本钢板具有较高的强度、较低的屈强比、良好的高温性能和焊接性能等，保证了钢板制造的压力容器在高温环境中使用的安全性。
[0010]本发明的技术方案是:
一种压力容器用合金钢板，钢板包括重量百分比计的下述组分:碳0.21?0.24%，硅
0.75?0.95%,锰L 25?L 35%,磷彡0.020%、硫彡0.010%,铬0.40?0.55%,余量为铁和不可避免的杂质。
[0011]C:对钢的强度、焊接性能产生显著影响，碳提高抗拉强度是屈服强度的4倍，有利于降低钢的屈强比。本发明中C为0.21?0.24%。
[0012]Mn:作为脱氧元素和合金元素加入钢中，它与钢中的硫化物、氧化物生成硫化锰(MnS)、氧化锰(MnO)。它们易上浮而被排除，因而消除了 FeS和FeO引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，同时还可降低冷脆性。锰可溶于铁素体(α —Fe)中，又可溶于渗碳体中形成碳化物％113(:;斤6111)3]，增加钢的强度。Mn降低了 Y— α的转变温度，增加了相变时α的形核率，细化了铁素体和珠光体晶粒；锰能扩大Y区(每增加l%Mn，Ar3点大约降低70°C，Arl点降低50°C)，使钢的热塑性加工温度范围扩大，有利于控制工艺的实施(增加低温区累积变形量和降低终轧温度使铁素体晶粒进一步细化)。但是锰也是增加碳当量的元素，太高则不利于焊接。本发明Mn:1.25?1.35%。
[0013]S1:硅与氧的亲合力很强，在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体中。硅含量> 0.50%，作为合金元素，可显著提高钢的抗拉强度和较显著提高屈服强度，并使弹性极限提高得更多，硅和铬结合，可提高抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。本发明Si:
0.75 ?0.95%。
[0014]Cr:铬与铁形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，对于钢的热强性的影响在于它也能强化α固溶体，改变碳化物析出形状和类型。作为有效的固溶强化元素，将提高晶界区域的强度。铬的碳化物具有很高的抗蚀性，铬能提高钢的强度和硬度并降低伸长率，对冲击值不利，冲击值随铬含量的增加而降低。铬能提高钢的抗氧化能力和抗腐蚀能力。本发明 Cr:0.40 ?0.55%。
[0015]S、P等元素应该严格控制其含量，避免造成严重偏析，以提高钢的韧度、冷加工性能和焊接性能等。本发明P彡0.020%、S彡0.010%
本发明在上述化学成分设计基础上，为了使钢板具有较高的强度、较低的屈强比、良好的高温性能，采用顶底复吹转炉冶炼，LF + VD或RH炉外精炼、板坯连铸、板坯再加热、板坯轧制等工艺生产。
[0016]采用顶底复吹转炉冶炼，碱度3.0?3.5，终点目标:C为0.06%?0.10%，P彡0.010%，S彡0.008%。出钢时加挡渣棒、挡渣塞挡渣，严格控制转炉下渣。出钢时间彡4分钟，出钢过程中保证钢包全程吹氩。脱氧合金化:合金在出钢4/5前加完，出钢过程中加小颗粒石灰、萤石。出钢完毕，在CAS站吹氩彡10分钟(含出钢吹氩)，喂铝线1.6m/t。
[0017]采用LF + VD或RH炉外精炼。LF精炼造白渣处理，VD或RH保真空时间15?20分钟。纯脱气时间15?20分钟。喂钙线1.2m/t，软吹时间彡15分钟。
[0018]采用板还连铸,连铸过程中动态二冷配水采用AmedC配水,静态二冷配水采用弱冷，使用中碳合金钢保护洛，中包使用低碳碱性覆盖剂。板还拉速0.9?1.2m/min,中间包过热度15?25°C。
[0019]板坯再加热，加热时间8min/cm，加热后出炉温度1130?1180°C。
[0020]板坯轧制，板坯加热出炉后进行高压水除磷，采用粗轧和精轧两阶段轧制，精轧终轧温度870?900°C，轧制后弛豫停顿时间控制在20?30s，弛豫后进行快速冷却，冷却速度 10 ?25? /S。
[0021]严格控制轧制温度。该钢板要求组织中软相组织铁素体和硬相组织贝氏体按一定比例同时存在，而终轧温度的波动对软、硬相组织的比例影响极大，需将终轧温度控制在极小的温度区间内。根据理论计算好实践经验，本发明的终轧温度为870?900°C。
[0022]低强比钢板要求存在一定比例的铁素体软相组织，因此在轧后冷却前需有足够的停顿时间来保证铁素体组织的形成。通过多次试验摸索，最终确定轧后弛豫停顿时间控制在20?30s，控制钢板水冷后软硬相组织的比例。
[0023]本发明采用C、S1、Mn、Cr成分设计，大幅度降低了贵重合金含量，取消后续热处理，减少了工艺环节，降低了成本，不仅保证了常温高强度、高温性能要求，还有效降低了屈强比，提高了钢板在高温环境中使用的安全性。
[0024]本发明的有益效果在于:本发明公开了一种压力容器用合金钢板及其制造方法。本发明具有较高的强度、较低的屈强比、良好的高温性能和焊接性能等，有较高的耐高温持久强度和持久塑性，良好的抗氧化性能，耐一定介质腐蚀的能力，以及足够的韧性、冷热加工性、焊接性和组织稳定性，从而保证了钢板在高温环境中使用的安全性。本发明的制造方法，在现有设备条件下采用转炉冶炼，冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产。本发明的压力容器用合金钢板，屈服强度彡325MPa，抗拉强度彡585MPa，屈强比(0.75，350°C高温性能 Rpa2S 220MPa。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
[0026]实施例1:生产压力容器用合金钢板，其厚度为50mm
1.化学成分为(重量百分数):碳(C)0.24%，硅(Si)0.90%，锰(Mn) 1.35%，磷(P)0.012%、硫(S) 0.003%，铬(Cr) 0.55%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0027]2.制备工艺:
采用顶底复吹转炉冶炼，LF + VD或RH炉外精炼、板坯连铸、板坯再加热、板坯轧制等工艺生产。
[0028]采用顶底复吹转炉冶炼，碱度3.5，终点目标:C:0.09%，P:0.010%，S:0.008%。出钢时加挡渣棒、挡渣塞挡渣，严格控制转炉下渣。出钢时间6分钟，出钢过程中保证钢包全程吹氩。脱氧合金化:合金在出钢4/5前加完，出钢过程中加小颗粒石灰810 kg，萤石260kg。出钢完毕，在CAS站吹氩15分钟(含出钢吹氩)，喂铝线1.6m/t。
[0029]采用LF + VD或RH炉外精炼。LF精炼造白渣处理，VD或RH保真空时间20分钟。纯脱气时间20分钟。喂钙线1.2m/t，软吹时间20分钟。
[0030]采用板还连铸,连铸过程中动态二冷配