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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410715577.0(22)申请日 2014.11.29C22C 38/04(2006.01)C21D 8/02(2006.01)(71)申请人 首钢总公司地址 100041 北京市石景山区石景山路 68号(72)发明人 隋鹤龙 秦丽晔 邹扬 赵楠赵新宇 李战军 李家鼎 刘美艳樊艳秋 刘印良 张学峰 冯路路白学军 刘建明 张雪松(74)专利代理机构 北京华谊知识产权代理有限公司 11207代理人 刘月娥(54) 发明名称510MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法(57) 摘要一种 510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板及生。
2、产方法,属于压力容器用钢技术领域。钢板的化学成分重量百分数为 :C :0.14 0.19,Si :0.30 0.40 ,Mn :1.2 1.8 ,P : 0.008,S : 0.001,其余为 Fe 和不可避免的杂质。通过 C、Si、Mn 三种合金元素的合理添加,严格控制杂质元素含量和铸坯质量,使用连铸坯进行生产,匹配相应的轧制工艺,经过正火热处理,在满足一般压力容器钢力学性能的基础上,屈服强度 310MPa,抗拉强度 510MPa,延伸率 28,-20冲击功 150J;具有良好的抗氢致开裂性能,裂纹长度率 5,裂纹宽度率 1.5,裂纹敏感率 0.2。钢板规格 10 100mm ;具有制造流程。
3、短,生产成本低的优点。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 104480384 A(43)申请公布日 2015.04.01CN 104480384 A1/1 页21.一种 510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板,其特征在于 :钢板化学成分重量百分数为 :C :0.14 0.19,Si :0.30 0.40,Mn :1.2 1.8,P : 0.008,S : 0.001,其余为 Fe 和不可避免的杂质。2.一种权利要求 1 所述的压力容器用钢板的生产方法,其特征在于,生产工艺及控制的技术参数如。
4、下 :(1) 铸坯生产路线为 :铁水脱硫扒渣转炉冶炼 LF 精炼 RH 精炼板坯连铸,保证钢中 Ca/S 为 2.0 2.5 之间 ;(2) 控轧控冷工艺 :采用两阶段控制轧制,终轧温度 800 830 , 轧后钢板采用控轧冷却工艺,冷却速度 10 12 /s ;(3)热处理工艺 :正火空冷,钢板正火加热温度830950,保温时间10min-40min,正火后采用空冷。3.根据权利要求 2 所述的方法,其特征在于,生产的钢板规格 10 100mm,抗拉强度 510MPa,-20冲击功 150J,钢板硬度 HB 180 ;裂纹长度率 5,裂纹宽度率 1.5,裂纹敏感率 0.2。权 利 要 求 书。
5、CN 104480384 A1/4 页3510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法技术领域0001 本发明属于压力容器用钢技术领域,具体为涉及一种 510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法,抗拉强度达到 510MPa,并且经济、实用。背景技术0002 在石油化工领域,近年来随着石油质量向着含S化、重质化发展,使得人们对于H2S腐蚀环境下用压力容器钢板的抗氢致开裂 (HIC) 性能提出了要求。氢制开裂是钢在湿硫化氢环境中一种常见的破坏形式,H2S 与钢表面发生反应产生的氢原子,氢原子向钢中扩散,可能在钢中夹杂物、晶界、位错等位置聚集形成氢气从而萌生裂纹,当钢存在着硬相的珠光体或。
6、贝氏体带状组织时,裂纹易于沿着硬质组织进行扩展,形成较大尺寸裂纹。所以对于抗氢制开裂的容器钢,一方面需要严格控制夹杂物的数量和形态以降低裂纹萌生的可能,另一方面需要控制心部中心偏析区域内的带状组织,抑制裂纹扩展。0003 目前抗氢致开裂用钢主要集中在管线钢领域,一般为低碳、低锰合金成分体系,通过降低 C、Mn 含量消除钢板带状组织,达到抗氢致开裂的目的。但降低 C、Mn 含量后,为了保证钢板的强度,必须添加其他合金元素,这将引起生产成本的增加。如申请号CN200510023651.3、CN200410025585.9 涉及一种酸性环境用管线钢的制造方法,C 含量为0.02 0.055,添加 N。
7、b、Ti、Mo、Cu、Ni 多种合金元素,申请号 CN200610016498.6 涉及一种抗硫化氢应力腐蚀的石油钢管生产方法,C 含量为 0.25 0.32,添加 Ni、Cr、Mo、Cu 等多种合金元素,使用淬火 + 回火工艺,这些专利在合金元素和生产工艺与本专利有显著差别。0004 另外,部分抗氢致开裂用钢用于压力容器领域,采用中碳合金成分,为了保证良好的中心质量,避免中心偏析的出现,多采用铸锭进行生产,但铸锭在中厚板生产企业中普及率低,不能成为普通钢厂经济型的生产方法。申请号 CN201110080746.4 涉及一种抗 HIC 铁素体系耐热钢及其制备工艺,C 含量 0.1-0.15,M。
8、n :0.3 0.6,添加 Cr、Mo 合金元素,采用正火 + 回火工艺生产。申请号 CN201210055848.5 涉及一种抗氢致开裂压力容器钢及其制造方法,C :0.15 0.25,Si :0.10-0.30,Mn :1.0-1.6,Mo :0.35 -0.60,Ni :0.20 -0.80,采用模铸生产钢坯,钢板经过淬火 + 回火的调质工艺。这两个专利在合金元素含量方法与本专利有明显区别,另外这两个专利均需要经过回火热处理,这样增加了热处理流程,引起制造成本和生产周期的增加。发明内容0005 本发明的为目的在于提供一种 510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法,通过 C、Si。
9、、Mn 三种合金元素的合理添加,使用连铸坯进行生产,严格控制杂质元素含量和铸坯质量,匹配相应的轧制工艺,简单易操作的热处理工艺,在满足一般压力容器钢力学性能的基础上 ( 屈服强度 330MPa,抗拉强度 510MPa,延伸率 28,-20冲击功 150J) 具有良好的抗氢致开裂性能 ( 裂纹长度率 5,裂纹宽度率 1.5,裂纹敏感率 0.2 )。钢板规格 10mm 100mm。说 明 书CN 104480384 A2/4 页40006 本发明的 510MPa 级抗氢致开裂压力容器用钢板的化学成分重量百分数为:C:0.14 0.19,Si :0.30 0.40,Mn :1.2 1.8,P : 0。
10、.008,S : 0.001,其余为 Fe 和不可避免的杂质。0007 本发明仅添加低成本的 C、Si、Mn 作为合金元素以保证钢板强度,通过超低 P、S 杂质含量保证钢液纯洁度,通过适当的轧制工艺获得均匀的珠光体 + 铁素体组织,通过合理的正火热处理改善钢板的组织均匀性,并严格避免心部贝氏体硬相组织的形成。0008 C :主要起到固溶强化的作用,以保证钢的强度。但如果过多的加入 C,使得珠光体带状组织比例提高,不利于钢板的抗氢致开裂性能。另外,C 是引起铸坯中心偏析的主要原因,心部偏析区域内合金元素的富集将降低形成贝氏体硬相组织的形成临界冷速,从而促进贝氏体的形成,使得钢板心部区域局部硬度,。
11、易于氢致裂纹的形成和扩展。所以本专利 C含量为 0.14 0.19 .0009 Mn :在钢中起到固溶强化的作用,从而提高钢板强度。由于 Mn 为置换型固溶强化元素,在钢中扩散困难,即使钢坯加热至完全奥氏体化温度以上,也无法消除其成分偏析,在轧制过程中,由于贫 Mn 带与富 Mn 带的 Ac3 温度不同,贫 Mn 区域优先形成铁素体,并向周围排碳,其他区域形成珠光体,从而形成带状组织。所以过多的 Mn 元素加入,将加重钢板带状组织,不利于抗氢制开裂性能。同样,Mn 是铸坯心部偏析的主要元素之一,过多的加入将引起钢板心部局部形成贝氏体,从而引起硬度的增加,对钢板的抗氢致裂纹性能极其不利。对于本专。
12、利 Mn 含量为 1.2 1.8。0010 Si :为钢中重要的固溶强化元素,但过多的加入将引起塑性和韧性的降低,本专利中 Si 含量为 0.30 0.40。0011 S、P :为钢中的有害元素。P加剧H在晶界处聚集从而不利于钢的抗氢制开裂性能,本发明 P 控制在 0.008以下。S 易于与 Mn 元素结合形成 MnS 夹杂物。当铸坯存在中心偏析时,中心位置的Mn、S含量将产生富集效应,增加MnS夹杂物产生的可能,其在轧制过程中形成条状夹杂物将严重影响钢板的抗氢制开裂性能。对于本专利 S 控制在 0.001以下。0012 本发明的生产工艺如下 :0013 1) 冶炼工艺0014 铸坯生产采用铁。
13、水脱硫扒渣转炉冶炼 LF 精炼 RH 精炼工艺路线。严格控制板坯成分 :C :0.14 0.19,Si :0.30 0.40,Mn :1.2 1.8,P : 0.008,S : 0.001。0015 夹杂物是影响钢抗氢致裂纹的主要原因之一,本发明通过严格控制 S 含量,使硫化物夹杂降低到较低水平,再通过合理的 Ca/S 比,使剩余的少量硫化物夹杂球化。本发明中 Ca/S 为 2.0-2.5 之间,夹杂物水平 A 类 0.5,B 类 0.5,C 类 0.5,D 类 1.0。0016 钢坯连铸过程采用动态轻压下技术控制铸坯中心偏析。0017 2) 轧制0018 两阶段轧制。粗轧开轧温度 1050 。
14、1150,通过大压下量轧制发生回复及再结晶,细化晶粒,总压下率大于 60。精轧阶段终轧温度 800 830,待温厚度为板厚 2 3倍。钢中带状组织的形成原因在于不同区域内存在着成分差别,从而引起不同区域内奥氏体向铁素体转变温度不同,贫 Mn 区域 Ar3 温度较高,富 Mn 区 Ar3 温度较低,所以贫 Mn 区将优先析出铁素体,同时向富 Mn 区排 C,从而形成带状组织。所以说贫 Mn 区和富 Mn 区的 Ar3说 明 书CN 104480384 A3/4 页5差别是形成带状组织的根本原因。精轧阶段累计的变形能可以成为后续铁素体转变的驱动力,使得贫 Mn 区域与富 Mn 区域内的相变温度差别。
15、减小,从而减弱带状组织。在钢的相变温度之上而不过高的温度区域内进行轧制可以达到最佳效果,对于本发明,精轧终轧温度为800 830。0019 3) 冷却工艺0020 轧后钢板采用控制冷却工艺,冷却速度 10 12 /S0021 4) 热处理工艺0022 采用正火热处理工艺,正火温度 :830 950,保温时间 10min 40min,保温时间为钢板心部达到设计温度后开始计时的保持时间 , 正火后空冷。正火有利于组织均匀性的提高,正火温度对晶粒度有明显的影响作用,正火温度过低不能满足组织均匀的要求,而过高则易于使得晶粒过分长大。基体硬度是影响抗氢致开裂的重要因素之一,正火后采用相对冷速较低的空冷方。
16、式可以避免钢板心部出现贝氏体硬相组织,正火后钢板组织为铁素体 + 珠光体组织,见附图 1。钢板硬度 180HB。0023 本发明生产的 10 100mm 规格钢板其抗拉强度 510MPa,-20冲击功 150J,钢板硬度 (HB) 180。0024 钢板按照 NACE TM 0284管道压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试验方法中的A 溶液对实施例进行抗氢制开裂性能检验。对于本发明实施例,裂纹长度率 5,裂纹宽度率 1.5,裂纹敏感率 0.2 , 具有良好的抗氢致开裂性能。0025 本发明的有益效果 :0026 仅采用经济的 C、Si、Mn 为主要的合金元素,通过合理的轧制和热处理工艺保证钢板的强。
17、度,同时满足抗氢致开裂的性能,降低了抗氢制开裂的压力容器用钢板的生产成本。采用连铸坯,经过一次正火热处理生产,缩短了生产周期,适合一般钢厂大批量生产。附图说明0027 图 1 为正火后钢板组织 ( 铁素体 + 珠光体组织 )。具体实施方式0028 依照本发明的生产方法生产的钢板的实施例如以下各表。表 1 为本发明实施例钢的化学成分,表 2 为本发明实施例的工艺条件,表 3 为本发明实施例的力学性能,表 4 为本发明实施例的抗氢制开裂性能。0029 表 1 实施例化学成分,wt,0030 实施例 规格 mm C Si Mn P S1 12 0.15 0.37 1.45 0.007 0.0152 。
18、20 0.16 0.30 1.33 0.008 0.0123 50 0.18 0.36 1.25 0.007 0.0150031 表 2 实施例的工艺条件说 明 书CN 104480384 A4/4 页60032 实施例 规格 mm 开轧温度 待温厚度 终轧温度 正火温度 保温时间1 12 1150 36 800 860 152 20 1130 50 810 880 203 50 1100 100 820 890 200033 表 3 本发明实施例的力学性能0034 0035 按照GB/T228和GB/T229测定本发明实施例的屈服强度为335MPa350MPa,抗拉强度大于520MPa,延伸率为29.530,-20冲击功平均值大于170J,具有良好的强度和韧性,符合一般容器钢的使用要求。0036 表 4 本发明实施例的抗氢致开裂性能0037 0038 按照 NACETM0284管道压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试验方法中的试验方法,采用 A 溶液对实施例进行抗氢制开裂性能检验。对于本发明实施例,裂纹长度率、裂纹宽度率、裂纹敏感率几乎全部为 0,表明其具有良好的抗氢制开裂性能。说 明 书CN 104480384 A1/1 页7图1说 明 书 附 图CN 104480384 A。