一种390MPa级正火型微合金化钢板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压力容器领域，尤其是涉及一种390MPa级正火型微合金化钢板，特别是涉及一种390MPa级正火型微合金化容器钢。
【背景技术】
[0002]在六十年代末，16Mn被纳入我国的容器用碳素钢标准GB6655，标志着我国的第一个低合金容器用钢牌号16MnR正式诞生。时至今日，345MPa级的16MnR(现改为Q345R)仍然是通用型容器用钢的主力品种之一。我国的压力容器用钢与国外先进水平相比，仍然有比较大的差距，主力钢种强度级别偏低。以通用压力容器用钢板的主力钢号仍然是Q345R(16MnR)，虽然历经40余年的发展，在钢的冶炼、化学成分、韧性水平的技术要求方面均有大幅的提高，但是主力钢种的强度等级一直保持在345MPa级别。随着我国近十多年经济的飞速发展，为了满足我国日新月异的工业化需求，各种压力容器的容积要求越来越大，设计压力越来越高。容器用钢强度级别不变的情况下，更为苛刻的服役环境必然要求加大容器用钢的厚度，从而保证容器的服役安全，这就增加了容器建造的成本。装置潜在的使用风险也陡然增加。目前以Q345R为代表的压力容器用钢的升级换代已经成为石化压力容器设计、建造、应用所关注的共同问题。
【发明内容】
[0003]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种390MPa级正火型微合金化钢板，该微合金化钢板具有良好的截面均匀性和低温韧性，尤其是良好的心部冲击韧性。该钢板的最大厚度可达101_。
[0004]本发明提供了一种390MPa级正火型微合金化钢板，以质量百分比记，其包括:C:0.10-0.16% ,Si:0.30 %-0.50% ,Mn: 1.4%-1.65% ,Cr:0.01%-0.15% ,Al:0.001%-0.015% ,V:0.055%-0.085%，N: 0.0095%-0.0155 %，且0.4 < N/(0.529*Α1+0.275*V) <0.8，基体为Fe，其余为杂质；
[0005]该微合金化钢板的厚度为10-101mm，经正火处理，正火工艺为880-940°C加热均温后空冷。钢板截面的1/4位置和心部为细小的铁素体组织和少量珠光体组织，其晶粒度大于ASTM 8级，截面硬度差异不超过6HB。
[0006]进一步地，本发明提供了一种390MPa级正火型微合金化钢板，以质量百分比记，其包括:C:0.14%，S1:0.42%，Mn:1.48%，Cr:0.08% ,Al:0.009% ,V:0.072%，N:0.0125%，
基体为Fe，其余为杂质。
[0007]该微合金化钢板的厚度为15mm或38mm，经正火处理，正火工艺为895°C加热均温后空冷。钢板截面1/4位置和心部为细小的铁素体和少量珠光体组织，晶粒度为ASTM 9.5级。心部和表面的硬度差异不超过6HB
[0008]进一步地，本发明提供了一种390MPa级正火型微合金化钢板，以质量百分比记，其包括:C:0.156% ,S1:0.47% ,Mn: 1.53% ,Cr:0.11% ,Al:0.0084%，V:0.063%，N:0.0137%，基体为Fe，其余为杂质。
[0009]该微合金化钢板的厚度为60mm或99mm，经正火处理，正火工艺为915°C加热均温后空冷。钢板截面1/4位置和心部为细小的铁素体和少量珠光体组织，晶粒度为ASTM 8.5级。心部和表面的硬度差异不超过4HB。
[0010]本发明的优点和有益效果为:本发明的微合金化钢板采用正火热处理工艺和V-N微合金化技术相结合，通过正火加热过程未溶的V(C，N)粒子阻止奥氏体晶粒长大，并在正火冷却过程是作为铁素体异质形核核心，促进晶内铁素体的形成，细化铁素体组织；同时，正火加热过程溶解于基体的V，在正火冷却过程中弥散析出，强化铁素体基体。加热过程未溶V(C，N)粒子和冷却过程弥散析出的V(C，N)粒子在工艺过程中交互作用，共同影响钢板不同截面位置的物理冶金过程，从而对钢板的力学性能产生有益的作用。本发明钢板具有良好的截面均匀性和低温韧性，尤其是良好的心部冲击韧性。厚板截面不同位置的强度、韧性和硬度等各方面性能都比较均匀，没有明显的截面效应。该微合金化钢的最大厚度可达1lmm0
【附图说明】
[0011]图1是本发明微合金化钢板中N含量对正火容器钢屈服强度的影响；
[0012]图2是本发明微合金化钢板中N含量对正火容器钢晶粒尺寸的影响；
[0013]图3是本发明微合金化钢板的析出相随温度的变化情况；
[0014]图4是本发明微合金化钢板的AlN和V(CN)粒子中N元素含量随温度的变化情况；
[0015]图5是本发明微合金化钢板中实施例2的心部位置金相组织；
[0016]图6是本发明微合金化钢板中实施例4的截面硬度曲线。
【具体实施方式】
[0017]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表不相同的部件。
[0018]我国容器用钢普遍要求交货状态为热处理，420MPa以下级别一般采用正火工艺交货。随着冶金装备和技术的进步，提高强度可采用控制乳制、加速冷速等各种新发展的技术手段来实现。但是，钢材一经正火，上述手段所带来的强化效果基本趋于减少。对于正火工艺而言，合金化和微合金化则成为提高强度的主要来源之一。当前，常用的微合金化元素为T1、Nb及V，主要因为这三种元素与C、N具有强烈交互作用，利用其产生的析出强化和晶粒细化作用，可大幅度提高钢的强度和综合性能，充分挖掘钢材的性能潜力。但是，由于三者在钢中溶解-析出行为以及对再结晶抑制作用的不同，三种微合金化技术的生产工艺及应用产品范围也有所不同。其中，Ti(C，N)析出温度高，尺寸较为粗大，其析出强化效果不明显。因此，一般向钢中加入Ti主要目的是阻止高温再加热过程中晶粒粗化，改善钢的焊接性能。Nb微合金化主要通过未再结晶区控制乳制，细化奥氏体晶粒来获得较好的强韧性匹配，一般适用于厚度小于50mm的热乳钢。V微合金化则充分利用的V(CN)的弥散析出，提高钢的强度，可适用于热乳、正火等各种交货状态的中厚板及型材产品，厚度适用规格范围较宽。N能促进含钒钢中碳氮化钒的析出，产生强烈的析出强化。
[0019]当钢中的氮含量比较低时，加入钢中的微合金元素钒绝大部分以固溶状态形式存在于钢中，不能充分发挥钒的析出强化作用，当适当增加钢中的氮含量时，可使加入钢中的微合金元素钒大部分以碳氮化钒的形式析出。钢中N含量由0.004 %增加至0.0I %以上，可使析出钒比例由40%提高至60%以上，将钢中的固溶钒转化为析出钒，充分发挥了钒的析出强化作用。研究结果显示，N含量的增加显著提高了正火型含V容器钢板的屈服强度，如图1所示。同时，N的添加对于V微合金化钢细化晶粒产生明显的效果。氮能促进晶内铁素体的生成，显著细化铁素体晶粒。尤其是正火加热温度不足以是V-N钢中的V(CN)粒子全部固溶，未溶的V(CN)粒子在冷却过程中作为铁素体形核核心，促进晶内铁素体的形成，产生晶粒细化效果。实验证明，