低温球罐容器用钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低温压力容器用钢板及其生产方法，尤其是一种低温球罐容器用0.5NiDR钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]自90年代以来，舞钢已成功批量生产了 16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR、SA203E(08Ni3DR、3.5Ni)等低温压力容器用钢板(最低使用温度_70°C )，广泛用于制造低温焊接压力容器；改变了我国低温设备用钢板长期依赖进口的局面，为大型工程低温设备国产化作出了积极的贡献。
[0003]舞钢生产的低温压力容器用钢板钢质纯净、夹杂物含量低、性能优良，具有良好的强韧配合及低温韧性，完全符合标准要求；尤其是低温冲击韧性，远远高于标准要求。09MnNiDR钢板具有高纯净度、高韧性、高内在质量、高技术要求的特点。主要应用于石油、化工设备脱乙烷塔、CO2吸收塔、中压闪蒸塔、冷却器、脱乙烷塔、再吸收塔、压缩机机壳、丙烷低温储罐制造等。
[0004]近年来，石油化工和煤化工等行业的深度开发，用用于制造煤化工、石油化工等设备中的各种冷凝塔设备需要的低温压力容器用钢得到迅猛发展，市场对于厚规格低温压力容器用钢的需求越来越大，客户对钢板板厚1/2处冲击韧性要求越来越严格，并且提出长时间(大于10小时)模焊性能要求，这些以前都是没有过的。国内大厚度、大单重钢力学性能如板厚1/2处负温冲击功、尤其是Z向性能不佳，而且生产的成本较高，致使国内大厚度、大单重低温压力容器用钢板不能满足市场需求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种低温冲击韧性较好的低温球罐容器用钢板；本发明还提供了一种低温球罐容器用钢板的生产方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明由以下重量百分比的成分熔炼而成:C ( 0.12%，Si0.15% ?0.50%，Mn 1.2% ?L 6%, Ni 0.3% ?0.8%, P 彡 0.010%，S^0.005%，Al 0.020% ?0.045%，Nb ( 0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0007]本发明0.5NiDR钢板采用上述化学成分设计后，碳、锰固溶强化；加入少量的Nb细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；加入少量的Ni能够提高低温韧性；。其中，各组分及含量在本发明中的作用是:
C^0.12%: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。
[0008]Si 0.15%?0.50%: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。
[0009]Mn 1.2%?1.6%: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。
[0010]Ni 0.3%?0.8%:镍能减小低温时的位错在基体金属中运动的总阻力，Ni还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时螺位错交滑移，使裂纹扩展消耗功增加故韧性提高，从而降低钢材的韧脆转变温度。但镍是贵重金属，过高的镍将会增加成本。
[0011]P彡0.010%、S ^ 0.005%: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。
[0012]Al 0.020%?0.045%:铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提尚冲击初性。销还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过尚则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0013]Nb (铌)的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
[0014]本发明方法包括铸造、加热、乳制和热处理工序；所述铸造工序所得钢锭或钢坯的重量百分含量成分如上所述；
所述热处理工序:(I)对于板厚< 40mm的钢板，采用回火工艺；所述回火工艺中，回火温度 630°C ± 10°C，总加热时间 3.5min/mm ?4.5min/mm ；
(2)对于40mm<板厚彡80mm的钢板，采用离线淬火+回火工艺；所述离线淬火工艺中，淬火温度930°C ±10°C，总加热时间1.5min?2.0min/mm ;所述回火工艺中，回火温度615°C ± 10°C，总加热时间 4.0min/mm ?5.0min/mm ；
(3)对于80mm<板厚< 120mm的钢板，采用离线正火+离线淬火+回火工艺；所述正火离线工艺中，正火温度910°C ±10°C，总加热时间1.8min?2.5min/mm ;所述离线淬火工艺中，淬火温度860°C ±10°C，总加热时间1.8min?2.5min/mm，最大水量36000m3?4000m3的水冷；所述回火工艺中，回火温度635°C ±10°C，总加热时间4.5min/mm?5.5min/mm。
[0015]本发明方法所述轧制工序中，对于板厚< 40mm的钢板采用正火轧制工艺；
所述正火轧制工艺为:钢板加热后，第一阶段终轧温度为1050°C?1100°C ;第二阶段轧制的开轧温度为930°C?900°C，终轧温度为920°C?880°C ;轧制后，钢板饶水返红温度200 °C ?300。。。
[0016]本发明方法所述铸造工序:钢板厚度多60mm采用模铸生产，得到钢锭；钢板厚度< 60mm采用连铸生产，得到钢坯。
[0017]本发明方法所述加热工序:钢锭或钢坯均执行II组钢加热制度；钢坯最高加热温度1220°C，均热温度1180°C~ 1200°C，总加热时间(12±2) min/cm ;钢锭在1000°C以下升温速度100°C /h?120°C /h，最高加热温度1240°C，均热温度1200°C?1220°C。
[0018]本发明方法所述轧制工序中，乳后堆垛缓冷48小时及以上。
[0019]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明0.5NiDR钢板的化学成分设计采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它元素的配比，能在低碳当量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力。
[0020]本发明方法通过合理的热处理工艺，得到均匀的铁素体+回火索氏体组织，提高大厚度钢板的冲击韧性，钢板厚度范围广，从8mm?120mm。试验结果表明:采用本发明方法所生产的0.5NiDR钢板的低温韧性好，板厚1/2处-70°C横向V型冲击功达170J以上；钢板厚度范围广，从8mm?120mm ;模拟焊后性能满足GB3531-2011标准中性能要求。本发明方法所得钢板具有纯净度较高，_70°C冲击功大于170J，延伸率高于25%，模拟焊后性能、焊接性能好的特点，具有良好的力学性能。
[0021]本发明方法通过调整优化钢板中其它合金元素的配比，优化调质工艺，在较少贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能；所得钢板具有以下特点:交货态和模焊态的低温冲击功高，板厚1/2处_70°C横向V型冲击功170焦以上；成分以碳、锰为主，加少量的Ni元素，价格低廉；钢板最大厚度可达到120mmo
【附图说明】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0023]图1是本发明钢板100微米组织照片；
图2是本发明钢板20微米组织照片；
图3是本发明钢板模焊态100微米组织照片；
图4是本发明钢板模焊态20微米组织照片。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:本低温球罐容器用0.5NiDR钢板采用下述成分以及生产工艺。
[0025]本0.5NiDR钢板的厚度为26mm，其是由以下重量百分比的成分熔炼而成:C0.05%，Si 0.16%，Mn 1.57%，Ni 0.31%，P 0.008%，S 0.001%，Al 0.042%，Nb 0.039%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0026]本0.5NiDR钢板生产方法的工艺步骤如下所述:
(I)铸造工序:采用连铸工艺生产钢坯。
[0027](2)加热工序:钢坯均执行II组钢加热制度；钢坯最高加热温度1220°C，均热温度1200°C，总加热时间 12min/cm。
[0028](3)轧制工序:钢坯加热后，第一阶段终轧温度为1070°C ;第二阶段轧制的开轧温度为920°C，终轧温度为905°C ;轧制后，钢板饶水返红温度230°C。钢板轧后堆垛缓冷，堆放时要求钢板头部或肩部尽可能对齐，堆垛时间56小时。
[0029](4)热处理工序:对钢板进行回火处理，回火温度为620°C，加热系数(总加热时间)
3.7min/mm,出炉后空冷。
[0030]本0.5NiDR钢板的组织图见图1、图2 ;由图1和图2可见，钢板组织类型为铁素体+回火索氏体，钢板晶粒度在10.5级。钢板常规力学性能:屈服强度415MPa ;抗拉强度530MPa ;延伸率 31% ;板厚