一种压力容器钢ASTMA387CL11GR2钢板及其生产方法.pdf

本发明公开了一种能够满足设备用的压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板及其生产方法，其包含以下质量百分比的化学成分：C0.10-0.17%，Si≤0.55%，Mn0.40-0.65%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni≤0.20%、Cr1.20-1.50%、Cu≤0.10%、Mo0.45-0.65%、Al0.025-0.050%，As≤0.016%、Sn≤0.005%、Sb≤0.003%，O≤0.003，N≤0.008%，H≤0.0002%其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过Cr-Mo为基本的合金元素对钢板化学成分设计，通过转炉炼钢－LF炉精炼－VD炉真空脱气－轧制－探伤－正火－回火－钢板精整－性能检验工艺路线，制定合适的内控成分，严格控制化学成分波动范围，确保钢板性能的稳定,采用LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，加强配料控制及冶炼操作，有效控制Sn、Sb、As、O、N、H等有害元素含量，减少回火脆化倾向，提高钢的高温耐蚀性能。

权利要求书
1.  一种压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板，其包含以下质量百分比的化学成分：C0.10-0.17%，Si≤0.55%，Mn0.40-0.65%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni ≤0.20%、Cr1.20-1.50%、Cu≤0.10%、Mo0.45-0.65%、Al0.025-0.050%，As≤0.016%、Sn≤0.005%、Sb≤0.003%，O≤0.003，N≤0.008%，H≤0.0002%其余为Fe和不可避免的杂质。

2.  一种如权利要求1所述压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板的生产方法，其生产方法，包括以下步骤：
冶炼工艺：钢水先经转炉冶炼，确保出钢碳≥ 0.05%，出钢 P ≤ 0.015%，送入LF精炼炉，大包温度≥1600℃，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在 15min，以上VD炉真空处理，在所述真空精炼中，在≤ 67Pa 下的保压时间按≥ 20min 进行控制，按照2.7～3.0 米/吨钢一次性喂入 Si— Ca 线；
浇铸工艺：软吹氩时间须保证≥ 5min ；吹氩至温度符合浇注温度要求后，关闭氩气镇静 5min 后开浇浇铸温度按照T1+(35～45℃ ) 控制进行控制；加热工艺：钢锭进行温送、温清、温装，焖钢1小时，为保证合金元素充分固溶，奥氏体晶粒细小，采用低速烧钢，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；
轧制工艺：采用二阶段方式轧制，开轧温度1000℃～1050℃；一阶段终轧温度在＞950℃，单道次压下量40mm～70mm，累计压下率≥70%，二阶段开轧温度在＜900℃，晾钢厚度为成品厚度+（60～80）mm，二阶段采取小压下轧制，精轧累计压下率＞45%，终轧温度≤820℃；
水冷工艺：在所述控冷中，返红温度＜ 700℃，分多次冷却，冷速控制在 1 ～ 8℃ /s，返红温度控制在660－700℃；
缓冷：在所述缓冷中，钢板入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间≥42小时；
热处理工艺：钢板进行探伤后，进行正火＋回火处理，正火温度920-930℃，加热时间2min/mm,水冷至常温，回火温度为710±10℃，总加热时间2.2min/mm，回火后采用空气冷却。

说明书一种压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种特厚钢板，特别涉及一种能够满足设备用的压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板及其生产方法。
背景技术
ASTMA387CL11Gr2广泛应用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制作反应器、换热器、油气罐、液化汽罐、核能反应堆压力壳等设备及构件。
 常规ASTMA387CL11Gr2一般不要求临氢性能，且对P、Sn、As、Sn等元素要求较低。随着设备大型化发展，对钢板单重和厚度提出更高的要求，此外，由于厚钢板的热处理的工艺难度较大，已商品化的ASTMA387CL11Gr2钢板存在规格范围窄，最新国标规定厚度的极限为100mm,当前国内的生产技术装备和工艺技术水平，厚度超过100mm很难保证钢板性能，无法满足日益增长的厚板市场需求，主要依赖进口产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大厚度的临氢设备ASTMA387CL11Gr2钢板，在不降低普通Cr－Mo钢板力学性能的基础上，使之既蜕变具有良好的抗氢蚀能力，又备良好的低温韧性和焊接性能钢板。
以上目的可通过以下技术方案实现：一种压力容器钢ASTMA387CL11Gr2钢板包含以下质量百分比的化学成分：C0.10-0.17%，Si≤0.55%，Mn0.40-0.65%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni ≤0.20%、Cr1.20-1.50%、Cu≤0.10%、Mo0.45-0.65%、Al0.025-0.050%，As≤0.016%、Sn≤0.005%、Sb≤0.003%，O≤0.003，N≤0.008%，H≤0.0002%其余为Fe和不可避免的杂质。
上述化学元素的作用分析如下：C：是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性；Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，对提高钢板的强度和耐磨性有利；Mn：是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利；P：对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低；S：易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低；Ni:适量的加入可以有效提高钢板的低温冲击韧性和降低冷脆转变温度，增加钢的耐大气腐蚀性能；Al：在炼钢中用作脱氧定氮剂，可以起到细化晶粒强化作用； Cu 对钢板的耐腐蚀性、耐候性有一定的贡献，但还会引起钢的蓝脆现象，此处即作为杂质元素进行上限限制，防止蓝脆现象的产生 ；Cr 可使 C 曲线右移，提高钢板的淬透性，并且通过固溶提高钢板强度 ；Mo 主要起提高淬透性以及抗回火稳定性的作用 ；杂质元素 P、S、O、N、H、As、Sn、Sb 等含量均有上限要求下限不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀目的。
所述大厚度钢板厚度为150mm。
上述钢板的生产方法，包括以下步骤：
冶炼工艺：钢水先经转炉冶炼，确保出钢碳≥ 0.05%，出钢 P ≤ 0.015%，送入LF精炼炉，大包温度≥1600℃，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在 15min，以上VD炉真空处理，在所述真空精炼中，在≤ 67Pa 下的保压时间按≥ 20min 进行控制，按照2.7～3.0 米/吨钢一次性喂入 Si— Ca 线。
浇铸工艺：软吹氩时间须保证≥ 5min ；吹氩至温度符合浇注温度要求后，关闭氩气镇静 5min 后开浇浇铸温度按照T1+(35～45℃ ) 控制（T1 为液相线温度）进行控制，
加热工艺：钢锭进行温送、温清、温装，焖钢1小时;为保证合金元素充分固溶，奥氏体晶粒细小，采用低速烧钢，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；
轧制工艺：采用二阶段方式轧制，开轧温度1000℃～1050℃；一阶段终轧温度在＞950℃，单道次压下量40mm～70mm，累计压下率≥70%，二阶段开轧温度在＜900℃，晾钢厚度为成品厚度+（60～80）mm，二阶段采取小压下轧制，精轧累计压下率＞45%，终轧温度≤820℃；
水冷工艺：在所述控冷中，返红温度＜ 700℃，分多次冷却，冷速控制在 1 ～ 8℃ /s，返红温度控制在660－700℃。
缓冷：在所述缓冷中，钢板入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间≥42小时；
热处理工艺：钢板进行探伤后，进行正火＋回火处理，正火温度920-930℃，加热时间2min/mm,水冷至常温，回火温度为710±10℃，总加热时间2.2min/mm，回火后采用空气冷却。
本发明通过Cr-Mo为基本的合金元素对钢板化学成分设计， 通过转炉炼钢－LF炉精炼－VD炉真空脱气－轧制－探伤－正火－回火－钢板精整－性能检验工艺路线，制定合适的内控成分，严格控制化学成分波动范围，确保钢板性能的稳定,采用LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，加强配料控制及冶炼操作，有效控制Sn、Sb、As、O、N、H等有害元素含量，减少回火脆化倾向，提高钢的高温耐蚀性能。
本发明钢板采用二阶段控轧工艺即 II 型控轧工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低问题 ；本发明钢板的轧制工艺简单，易于操作，适合于有常化炉、外机炉、车底炉的普通钢铁厂生产。
经检测本发明的钢板经模拟焊后热处理后的力学性能达到下列要求 ：Rp0.2 ＞ 310MPa，Rm515-690MPa，A ≥ 22％，20℃ AKV≥ 80J， P+Sn ≤ 0.015％，具有良好的抗氢腐蚀和抗脆化性能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1是本发明工艺流程图。
图2是本发明实例1钢板四分之一处组织热处理后的金相组织图（500X）。
图3是本发明实例2 钢板四分之一处组织热处理后的金相组织图（500X）。
具体实施方式
本发明所述100mm～150mm大厚度临氢设备用钢板ASTMA387CL11Gr2，其特征在于以质量百分比计，钢板由以下元素组成：C0.10-0.17%，Si≤0.55%，Mn0.40-0.65%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni ≤0.20%、Cr1.20-1.50%、Cu≤0.10%、Mo0.45-0.65%、Al0.025-0.050%，As≤0.016%、Sn≤0.005%、Sb≤0.003%，O≤0.003，N≤0.008%，H≤0.0002%其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、钢锭加热、轧制、控冷、缓冷、热处理。
本发明大厚度临氢ASTMA387CL11Gr2钢板各成分的实际含量，以质量百分比计，如表1所示，
　表1　大厚度临氢钢ASTMA387CL11Gr2各成分含量及回火脆化敏感性系数

依据本发明所述技术方案生产大厚度ASTMA387CL11Gr2钢板，对其中部分批次进行力学性能测试，其结果如表2所示。实验结果表明，本发明的大厚度临氢ASTMA387CL11Gr2钢板具有很好的综合力学性能，强度高、韧性好，抗疲劳性能优异，完全能够满足临氢设备用钢的要求，适合大批量生产。
表2大厚度临设备用ASTMA387CL11Gr2钢板的性能测试结果
                表3 正火 + 回火 + 模拟焊后力学性能