一種厚規格壓力容器用鋼及其製備方法

2023-10-10 23:14:19

專利名稱：一種厚規格壓力容器用鋼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種壓力容器用鋼及其製備方法，屬於低合金鋼領域，特別涉及厚規 格(60 80mm)壓力容器用鋼及其製備方法。
背景技術：
我國最常用的壓力容器用鋼板為Q245R和Q345R，佔鍋爐和壓力容器總用鋼量的 60%以上。近幾年國家電力供應的嚴重不足，特別是長三角地區存在電力的嚴重不足，引發 全國各地區都在大力發展電力事業，隨著國內發電事業的大力發展，鍋爐用鋼將會有飛躍 性的發展。我國高壓鍋爐管及高壓容器管的自給率及佔有率一直較低，不足70%，即每年有 近40%的高壓鍋爐管及高壓容器管依賴進口。預計至2010年我國的鍋爐和壓力容器用鋼 板的消費需求至少達到100萬噸，Q245R和Q345R壓力容器用鋼板的開發具有廣闊的市場 前景。通常，Q345R壓力容器鋼板交貨狀態有熱軋、控軋、正火幾種。雖然正火後鋼板延 伸率、衝擊功值都會提高，但屈服強度大幅度降低，且成本高，難以得到成本低廉且綜合性 能優良的鋼板。本發明涉及的Q345R壓力容器鋼板製備方法為採用添加和控制各種合金元 素，直接通過控軋工藝，不經過正火處理，簡化生產工序，得到成本低廉，且產品強度、斷後 伸長率、衝擊韌性和一級探傷等綜合性能優良的鋼板。國家標準GB 713-2008提供了一種Q345R鋼的化學成分以及力學和工藝性能要 求，如表1、表2所示。表1Q345R 化學成分(％ wt)
CSiMPSAlt ξ 0. 20 Ξ 0. 551. 20-1. 60 ξ 0. 025 ξ 0. 015彡 0. 020表2Q345R力學和工藝性能要求
牌號厚度 (mm)Rm, MPaReL, MPaA，%衝擊功(橫向 O0C) Akv/J180°彎曲 d= 彎心直徑 a=鋼板厚度交貨 狀態不小於Q345R>60-80490-6203052034d=3a正火 但在實際應用中，往往因為使用條件和應用領域的不同，客戶會提出各種附加要 求。這就需要在國標的基礎上，適當添加微量元素，提高產品性能。

發明內容
本發明提供一種厚規格(60 80_)壓力容器用鋼及其製備方法。
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本發明所述的厚規格壓力容器為厚度60 80_的壓力容器。本發明的技術方案如下一種厚規格壓力容器用鋼，其特徵在於，鋼的化學成分及重量百分比含量為C 0. 10 0. 20 Si 0. 25 0. 50 Mn 1. 35 1. 60 S ^ 0. 010 P 彡 0.020 %、Nb :0. 010 0. 050 %、Ti :0. 010 0. 050 %、AlsO. 015 0. 05 [N] ( 40X10—6、
( 40X10—6、[H] ( 2 X 10_6，其餘為鐵和不可避免的雜質。鋼種成分的確定Q345R容器鋼長年在高溫、高壓或高壓低溫下運行，工作條件苛 刻，故用戶對其純潔度、殘餘元素、氮氧含量、酸溶鋁含量以及鋼板表面質量等提出嚴格要 求；同時鋼板必須具有良好的強度、塑性、韌性、成形、焊接工藝性能、高溫持久強度、蠕變極 限、持久斷裂塑性。優選的，鋼的化學成分重量百分比含量為C 0. 16-0. 19 Si 0. 30-0. 45 Mn 1. 35-1. 60 S 0. 003-0. 008 P 0. 010-0. 020%,Nb 0. 015-0. 035%,Ti 0. 015-0. 035%, [N] ( 40Χ1(Γ6、
( 40Χ1(Γ6、 [H] < 2X10_66、Als :0. 0015-0. 040%。進一步優選的，鋼的化學成分重量百分比含量為C 0. 18 Si 0. 40 %, Mn 1. 50 S 0. 005 P 0. 015 Nb 0. 030 Ti 0. 020%, [Ν+0] ( 80Χ1(Γ6、[H] ( 2X1(T6、A1s :0· 020%。對於厚規格Q345R壓力容器用鋼產品為防止因時效產生衝擊功值大幅度下降， 通過添加Ti固N的方式減少游離N對鋼材時效性能的影響；為保證鋼板具有足夠的強度， 一方面通過添加Nb，充分發揮Nb的細晶強化作用，另一方面採用低溫大壓下控軋工藝來細 化晶粒。另外，本發明為保證厚規格Q345R產品的探傷要求，一方面在冶煉環節通過LF精 煉和RH精煉提高鋼水的純淨度，對S、P元素提出了控制要求S彡0. 008%,P彡0. 020%, N彡40X 10_6、0彡40X 10_6、H彡2X 10_6s，另一方面在熱軋環節的精軋工序採用低溫大壓 下工藝，軋後採用緩冷工藝。一種厚規格(60 80mm)壓力容器用鋼的製備方法，包括鐵水預處理、頂底復吹轉 爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、4300mm寬厚板軋制，其特徵在於，控制鋼的化學成分 百分比含量為c 0. 10 0. 20%, Si 0. 25 0. 50%, Mn 1. 35 1. 60%, S 彡 0. 010%, P 彡 0. 020%,Nb :0. 010 0. 050%,Ti :0. 010 0. 050%, [N]彡 40Χ1(Γ6、
彡 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X IO"6, Als 0. 015-0. 055% ；控制軋制溫度如下鋼坯出爐溫度1150-1200°C，鋼坯 粗軋開軋平均溫度1130-1170°C，終軋平均溫度1050-1100°C，精軋開軋溫度840-900°C，終 冷溫度為650-700°C，冷卻速度為5-12°C /s。優選的，粗軋總壓縮比> 50%。優選的，所述鐵水預處理是指鐵水脫硫，鐵水硫控制在0. 001 % 0. 015 %，溫度 1250 1320°C，脫硫完畢扒淨鐵水表面的渣。優選的，所述的頂底復吹轉爐冶煉，是預處理後的鐵水進入轉爐，造渣料於終點前 1-5分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 3. 0 5. 0，終點壓槍時間30 120秒。採用鋁錳鈦脫 氧，鋁錳鈦1. 5 4. 5kg/t。出鋼時順鋼流加入400kg/爐 700kg/爐脫硫劑，在放鋼1/2 時開始加入至3/4時加完。鋼水出至四分之一時，分批加入高錳、矽錳、鈮鐵，鋼水出至四分 之三時加完。
所述高錳為含錳55% 75%的鐵合金。所述高錳的加入量為2 7kg/t。所述矽錳為含矽13% 25%，含錳55% 75%的鐵合金。所述矽錳的加入量為 15 23kg/t。所述鈮鐵為含鈮50% 65%的鐵合金。所述鈮鐵的加入量為0. 5 1. 5kg/t。本領域的技術人員可以根據鋼種要控制的元素比例，來調節高錳、矽錳、鈮鐵的加入量。LF精煉採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬之前餵CaFe線200 400米/爐，軟吹氬9 15分鐘。根據實際情況加入石灰進行造渣。採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣必須為 黃白渣或白渣，且保持時間10 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0。採用鈮鐵對成分進 行微調，餵鋁線增鋁，餵鈦線增鈦。鋁線、鈦線的加入量，本領域技術人員可根據實際需要調節，優選的，鋁線的加入 量為0 400米/爐，鈦線的加入量為100 400米/爐。RH精煉採用輕處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間3 12分鐘。所述的輕處理模式為RH真空處理時，真空槽內的真空度為80 200mbar。板坯連鑄步驟中，板坯連鑄採用全程保護澆注，保護渣採用中碳保護渣。二水冷採 用弱冷模式。鋼坯堆垛緩冷24小時以後再送軋。所述中碳保護漁成分為SiO2 :25 % 35 %，CaO :35 45 %，MgO 1. 90 % 3. 00%, Al2O3 3. 00 4. 00%。所述弱冷模式為單位時間內連鑄機二冷段噴出的水量與拉出的鑄坯重量的比值， 範圍0. 3 0. 61/kg。4300mm寬厚板軋制是採用二階段軋制，粗軋和精軋軋制採用四輥可逆式軋機。鋼 坯出爐溫度1150-1200°C，粗軋總壓縮比> 50%，當成品規格為60_70mm時，中間坯厚度為 130mm ；當成品規格為70_80mm時，中間坯厚度為140mm。精軋開軋溫度850_900°C，終冷溫 度為660-690°C，冷卻速度為6-10°C /s。進一步優選的，厚規格(60 80mm)壓力容器用鋼的製備方法可考慮以下工藝條 件進行操作1、鐵水預處理鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水硫控制在0.001% 0.012%，溫度1250 1290°C，脫硫完畢扒淨鐵水表面的渣。2、轉爐冶煉預處理後的鐵水進入轉爐，造渣料於終點前2分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 3. 0 4. 5，終點壓槍時間40 100秒。採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦1. 5 3. 5kg/t。出鋼時 順鋼流加入400kg/爐 600kg/爐脫硫劑，加入時機在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完。 鋼水出至四分之一時，分批加入高錳、矽錳、鈮鐵，鋼水出至四分之三時加完。3、LF 精煉採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬之前餵CaSi線200 350米/爐，軟吹氬大於9 13分鐘。根據實際情況加入石灰進行造渣。採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣必須為 黃白渣或白渣，黃白渣或白渣保持時間10 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 3. 5。採用鈮 鐵對成分進行微調，餵鋁線增鋁，餵鈦線增鈦。
4、RH 精煉採用輕處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間3 10分鐘，冶煉周 期控制在30分鐘左右。5、板坯連鑄採用全程保護澆注，保護渣採用中碳保護渣。二水冷採用弱冷模式，一級為 softing-cooling-300，二級為AMedC。設定穩定期拉速為0. 8 1. 6m/min。鋼坯堆垛緩冷 24小時以後再送軋。6、4300mm寬厚板軋機4300mm寬厚板軋制是採用二階段軋制，粗軋和精軋軋制採用四輥可逆式軋機，鋼 坯出爐溫度1150-1200°C，鋼坯粗軋開軋溫度1130-1170°C，終軋溫度1050-1100°C，粗軋總 壓縮比> 50%，成品規格60-70mm，中間坯厚度為130mm，成品規格70_80mm，中間坯厚度為 140mm，精軋開軋溫度840-900°C，終冷溫度為650-700°C，冷卻速度為5_12°C /s。本發明是一種經濟型低合金碳素鋼，適用於鍋爐、壓力容器等長年在高溫、高壓或 高壓低溫下運行設備的結構件。與現有技術相比本發明的有益效果如下本發明的厚規格Q345R壓力容器用鋼提供了比較精確的C、S、P控制範圍，並且給 出了 Mn、Nb、Ti的控制範圍；煉鋼生產成本較低，生產過程容易穩定控制，化學成分也容易 穩定控制；產品不需要經過熱處理工序，極大的簡化了生產工藝和降低了生產成本；通過 LF精煉和RH精煉控制合金成分，鑄坯緩冷和產品軋後緩冷的工藝就可以滿足一級探傷的 要求，鋼板的其它綜合性能優良。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步地說明，但不限於此。實施例1 1.壓力容器用鋼的化學成分重量百分比如下C 0. 16%,Si 0. 38%,Mn 1. 42%,P 彡 0. 016%,S 彡 0. 004%,Nb 0. 026% Ti 0. 029%, Als 0. 034% ο2.壓力容器用鋼的製造方法，生產工藝流程包括鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、 LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、4300mm寬厚板軋制、成品緩冷。操作步驟如下鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水硫控制在0. 008%，溫度1250°C，脫硫完畢扒淨 鐵水表面的渣。預處理後的鐵水進入轉爐，造渣料於終點前3分鐘加完，終渣鹼度控制在R =4.0,終點壓槍時間65秒。採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦2. 5kg/t。出鋼時順鋼流加入400kg 脫硫劑，加入時機在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完。鋼水出至四分之一時，分批加入 高錳、矽錳、鈮鐵，鋼水出至四分之三時加完。轉爐冶煉後的鋼水進入LF精煉爐，根據實際 情況加入石灰進行造渣，黃白渣或白渣保持時間為13分鐘，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬 之前餵CaSi線200米/爐，並軟吹氬氣11分鐘。經過LF精煉後的鋼水進入RH精煉爐， RH精煉採用輕處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間5分鐘，冶煉周期控制 在45分鐘。採用全程保護澆注，保護渣採用中碳保護渣。二水冷採用弱冷模式，一級為 softing-cooling-300，二級為AMedC。設定穩定期拉速為0. 85m/min。要求探傷的鋼坯堆 垛緩冷24小時以後再送軋。
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連鑄坯規格為300mm* 1800mm*3460mm成品鋼規格為79. 65mm*2600mm*7400mm控制軋制溫度，保證在規定的溫度區間進行軋制，(1)鋼坯出爐溫度1150-1200°C; ⑵鋼坯粗軋開軋平均溫度1130-1170°C，終軋平均溫度彡1050°C，粗軋總壓縮比> 50% ； (3)成品規格70-80mm，中間坯厚度為140mm，精軋開軋溫度840-900°C，終冷溫度為 650-700°C，冷卻速度為 5-12°C /s。本實施例的鋼板性能列於表4中。性能測試方法採用國際通用方法。實施例2 1.壓力容器用鋼的化學成分重量百分比如下C 0. 19%,Si 0. 42%,Mn 1. 35%,P ≤ 0. 016%,S ≤ 0. 004%,Nb 0. 029%,Ti 0. 025%, Als 0. 021。2.壓力容器用鋼的製造方法，生產工藝流程包括鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、 LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、4300mm寬厚板軋制。操作步驟同實施例1 :本實施例的鋼板性能列於表4中。性能測試方法採用國際通用方法。實施例3 壓力容器用鋼的化學成分重量百分比如下C 0. 17%, Si 0. 230%, Mn 1. 50%, P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 004%, Nb 0. 035%, Ti 0. 035%, Als 0. 040。壓力容器用鋼的製造方法，生產工藝流程包括鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF 精煉、RH精煉、板坯連鑄、4300mm寬厚板軋制。鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水硫控制在0. 002%，溫度130(TC，脫硫完畢扒淨 鐵水表面的渣。預處理後的鐵水進入轉爐，造渣料於終點前5分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 5. 0， 終點壓槍時間100秒。採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦3. 5kg/t。出鋼時順鋼流加入600kg脫硫 劑，加入時機在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完。鋼水出至四分之一時，分批加入高錳、 矽錳、鈮鐵，鋼水出至四分之三時加完。轉爐冶煉後的鋼水進入LF精煉爐，根據實際情況加 入石灰進行造渣，黃白渣或白渣保持時間為13分鐘，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬之前餵 CaSi線300米/爐，並軟吹氬氣15分鐘。採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣必須為黃 白渣或白渣，且保持時間10 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0。採用鈮鐵對成分進行 微調，餵鋁線增鋁，餵鈦線增鈦。鋁線的加入量為100米/爐，鈦線的加入量為100米/爐。經過LF精煉後的鋼水進入RH精煉爐，RH精煉採用輕處理模式。RH處理時避免化 學升溫，確保純脫氣時間5分鐘，冶煉周期控制在45分鐘。採用全程保護澆注，保護渣採用中碳保護渣。二水冷採用弱冷模式，一級為 softing-cooling-300，二級為AMedC。設定穩定期拉速為0. 85m/min。要求探傷的鋼坯堆 垛緩冷24小時以後再送軋。控制軋制溫度，保證在規定的溫度區間進行軋制，(1)鋼坯出爐溫度1150-1200°C; (2)鋼坯粗軋開軋平均溫度1130-1170°C，終軋平均溫度1050-1100°C，粗軋總壓縮比> 50% ； (3)當成品規格為60-70mm，中間坯厚度為130mm。精軋開軋溫度860-900°C，終冷溫 度為660-700°C，冷卻速度為6-10°C /s。
本實施例的鋼板性能列於表4中。性能測試方法採用國際通用方法。表4:實施例中鋼板性能
權利要求
1.一種厚規格壓力容器用鋼，其中鋼的化學成分重量百分比為C 0. 10 0. 20%,Si 0. 25 0. 50%,Mn :1. 35 1. 60%、S 彡 0. 010%,P^O. 020%, Nb 0. 010 0. 050 Ti 0. 010 0. 050 AlsO. 015 0. 05 [N]彡 40Χ1(Γ6、
( 40Χ10-6、[H] ( 2 X 10_6，其餘為鐵和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的厚規格壓力容器用鋼，其特徵在於鋼的化學成分重量百 分比為:C 0. 16-0. 19 Si :0. 30-0. 45 Mn 1. 35-1. 60 S :0· 003-0. 008 P 0. 010-0. 020%,Nb :0. 015-0. 035%,Ti :0· 015-0. 035%, [N] ( 40Χ1(Γ6、
( 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X1(T6、A1s :0. 0015-0. 040%。
3.如權利要求1或2所述的厚規格壓力容器用鋼的製備方法，包括鐵水預處理、頂底復 吹轉爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、4300mm寬厚板軋制，其特徵在於，控制鋼的化學成 分百分比含量為C 0. 10 0. 20%,Si 0. 25 0. 50%,Mn :1. 35 1. 60%、S 彡 0. 010%,P^O. 020%, Nb 0. 010 0.050 Ti 0. 010 0.050 [N]彡 40Χ1(Γ6、
彡 40Χ1(Γ6、 [H] ( 2X1(T6、A1s 彡 0. 015%。控制軋制溫度如下鋼坯出爐溫度控制在1150 120(TC，鋼坯粗軋開軋溫度 1130-1170°C，終軋溫度1050 1100°C，精軋開軋溫度為850 900°C，終冷溫度為660 690°C，冷卻速度為6 10°C /s。
4.如權利要求3所述的厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於所述鐵水預處理 是指鐵水脫硫，，鐵水硫控制在0. 001 % 0. 015%，溫度1250 1320°C，脫硫完畢扒淨鐵水 表面的渣。
5.如權利要求3所述的一種厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於，所述的頂 底復吹轉爐冶煉，是預處理後的鐵水進入轉爐，造渣料於終點前1-5分鐘加完，終渣鹼度控 制在R = 3. 0 5. 0，終點壓槍時間30 120秒。採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦加入量1. 5 4. 5kg/t。出鋼時順鋼流加入400kg/爐 700kg/爐脫硫劑，在放鋼1/2時開始加入至3/4 時加完。鋼水出至四分之一時，分批加入高錳、矽錳、鈮鐵，鋼水出至四分之三時加完。所述高錳為含錳55% 75%的鐵合金。所述高錳的加入量為2 6kg/t。所述矽錳為含矽13% 25%，含錳55% 75%的鐵合金。所述矽錳的加入量為15 22kg/t。所述鈮鐵為含鈮50% 65%的鐵合金。所述鈮鐵的加入量為0. 5 1. 4kg/t。
6.如權利要求3所述的厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於，LF精煉採用全 程底吹氬攪拌，軟吹氬之前餵CaFe線200 400米/爐，軟吹氬9 15分鐘。加入石灰進 行造渣。採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣必須為黃白渣或白渣，且保持時間10 30 分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0。採用鈮鐵對成分進行微調，餵鋁線增鋁，餵鈦線增鈦。
7.如權利要求6所述的厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於，鋁線的加入量 為0 400米/爐，鈦線的加入量為100 400米/爐。
8.如權利要求3所述的一種厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於RH精煉中， RH真空處理時，真空槽內的真空度為80 200mbar ；RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣 時間3 12分鐘。
9.如權利要求3所述的一種厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於板坯連鑄採用全程保護澆注，保護渣採用中碳保護渣。所述中碳保護渣成分為SiO2 :25% 35%，Ca0 35 45%，MgO 1. 90% 3. 00%, Al2O3 3. 00 4. 00% ； 二水冷採用弱冷模式。鋼坯堆垛緩冷24小時以後再送軋。
10.如權利要求3所述的一種厚規格壓力容器用鋼的製備方法，其特徵在於4300mm 寬厚板軋制是採用二階段軋制，粗軋和精軋軋制採用四輥可逆式軋機。鋼坯出爐溫度 1150-1200°C，粗軋總壓縮比> 50%，當成品規格為60 70mm時，中間坯厚度為130mm，當 成品規格為70 80mm時，中間坯厚度為140mm ；精軋開軋溫度850 900°C，終冷溫度為 660 690°C，冷卻速度為6 10°C /s。
全文摘要
本發明涉及一種厚規格(60～80mm)壓力容器用鋼及其製備方法。該壓力容器用鋼的化學成分及重量百分比含量為C0.10～0.20％、Si0.25～0.50％、Mn1.35～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb0.010～0.050％、Ti0.010～0.050％、Als≥0.015％、N≤40×10-6、O≤40×10-6、H≤2×10-6。本發明利用常規設備，通過調整部分元素含量，進行微合金化處理，不需要熱處理，直接通過控制軋制工藝條件，就可以生產出組織均勻、各項性能優異，滿足一級探傷要求的厚規格壓力容器用鋼。
文檔編號C22C33/04GK102002635SQ20101056164
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者任繼銀, 劉軍剛, 周平, 張鵬, 李文錢, 李燦明, 李輝, 楊建勳, 王建景, 高立福, 麻衡 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司