一种450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及其生产方法
【专利摘要】一种450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及其生产方法，属于压力容器用钢板领域。钢板的化学成分以重量百分比计为C：0.13%-0.14%，Si：0.20%-0.30%，Mn：0.90%-0.95%，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，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≥300MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥30%，0℃冲击功≥200J，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%。具有制造流程短，生产成本低的特点。
【专利说明】ー种450MPa级抗氢致开裂圧力容器用钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及压カ容器用钢板，具体为涉及一种抗拉强度达到450MPa的抗氢致开裂压カ容器用钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]在石油化工领域，近年来发生的一些由于H2S存在发生的设备损坏或破裂事故，使得人们对于H2S腐蚀环境下用压カ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，当钢中存在帯状组织时，裂纹易于沿着帯状组织进行扩展，形成较大尺寸裂纹。所以对于抗氢致开裂的容器钢，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，另ー方面需要减轻带状组织，特别是心部中心偏析区域内的帯状组织，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，为了保证钢板的強度，必须添加其他合金元素，这将引起生产成本的増加。另外，部分抗氢致开裂用钢用于压カ容器领域，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。
[0004]如申请号CN200510023651.3、CN200410025585.9涉及ー种酸性环境用管线钢的制造方法，C含量为0.02-0.055，添加Nb、T1、Mo、Cu、Ni多种合金元素，申请号CN200610016498.6涉及ー种抗硫化氢应カ腐蚀的石油钢管生产方法，C含量为0.25~
0.32%，添加N1、Cr、Mo、Cu等多种合金元素，使用淬火+回火エ艺。
[0005]申请号CN201110080746.4涉及ー种抗HIC铁素体系耐热钢及其制备エ艺，C含量0.1-0.15%，Mn:0.3-0.6%，添加Cr、Mo合金元素，采用正火+回火エ艺生产。申请号CN201210055848.5涉及ー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%, N1:0.20%-0.80%，采用模铸生产钢坯，钢板经过淬火+回火的调质エ艺。这两个专利在合金元素含量方法与本专利有明显区別，另外这两个专利均需要经过回火热处理，这样増加了热处理流程，引起制造成本和生产周期的增カロ。
[0006]申请号CN200710193032.8设计ー种大厚度新型抗硫化氢用钢及其生产方法，C:
0.17%-0.20%, S1:0.30%-0.40%, Mn:1.10%-1.20%, N1:0.02%-0.30%, Nb:0.025%-0.35%.该专利生产厚度达到130_，采用钢锭生产。钢锭与现代钢厂普遍采用的连铸坯相比，虽然有利于最终钢板中心偏析和心部带状组织的控制，但存在着生产效率低，成材率低等缺点，而且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。且此专利对钢板的抗氢致开裂性能未有明确指标
【发明内容】
[0007]本发明的为目的在于提供ー种450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及其生产方法，通过C、S1、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，匹配相应的轧制エ艺，简单易操作的热处理工艺，在满足一般压カ容器钢力学性能的基础上，屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥450MPa，延伸率≥30%，(TC冲击功≥200J，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%。
[0008]为达到上述发明目的，本发明的技术方案为:
[0009]本发明涉及ー种450MPa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:0.13-0.14%, Si:≤0.30%, Mn:0.90-0.95%, P:≤ 0.008%, S:≤ 0.001%,
其余为Fe和不可避免的杂质。
[0010]仅添加低成本的C、S1、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。
[0011 ] C:在钢中主要起固溶強化作用，并决定钢中的珠光体组织比例，提高钢的強度。钢中铁素体強度低、韧性好，起到阻碍氢致裂纹扩展的作用；珠光体组织强度高、韧性差，裂纹易于在珠光体带组织内扩展。所以对于抗Hic钢来说，一方面需要足够的C含量生成珠光体组织保证钢板強度，另ー方面不宣加入过多的C，形成过多的珠光体帯状组织。另外，C含量过多将引起钢坯严重的中心偏析，加重钢板心部帯状组织，对于本专利确定C含量为:0.13%-0.14%。
[0012]S1:在钢具有強烈的固溶強化作用，因其价格低廉成为钢中常用的合金元素，但是其过多加入将引起塑性韧性的降低，所以Si含量为< 0.30%。
[0013]Mn:在钢中起到固溶強化的作用，从而提高钢板强度。由于Mn为置换型固溶強化元素，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祈，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，井向周围排碳，其他区域形成珠光体，从而形成帯状组织。所以过多的Mn元素加入，将加重钢板带状组织，不利于抗氢致开裂性能。对于本专利，确定其合适的Mn含量范围为0.90%-0.95%。
[0014]P:为钢中的有害元素，P易于在晶界处及铸坯心部偏析，促进带状组织的形成。同时P加剧H在晶界处聚集从而不利于钢的抗氢致开裂性能，需要严格控制P含量，本专利P控制在0.008%以下。
[0015]S:为钢中的有害元素，S易干与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致开裂性能。对于本专利S控制在0.001%以下。
[0016]本发明还涉及ー种450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板的生产方法，包括铁水脱硫扒渣一转炉冶炼一LF精炼一RH精炼一板坯连铸一控轧控冷一热处理工艺，其中生产エ艺及控制的技术參数包括:
[0017](I), RH精炼过程中，RH深真空时间≤18min，保证钢中Ca/S为1.5-2之间，板坯连铸采用动态轻压下技术控制连铸还心部质量，拉速0.85m/min,压下量5_7mm ；
[0018](2)板坯加热エ艺:板坯加热1100~1200°C，保温时间3~6小时；
[0019](3)控轧エ艺:采用两阶段轧制，第一阶段开轧温度1050°C~1150°C，保证第一阶段轧制单道次压下率逐渐增加，且最后三道次压下率为25%-35%，总压下率大于60% ;第二阶段开轧温度开轧温度840°C~870°C，终轧温度770~800°C，待温厚度为板厚的2~3倍;
[0020](4)冷却エ艺:轧后钢板采用控轧冷却エ艺，冷却速度10~12°C /S ；
[0021](5)热处理工艺:正火+弱水冷，钢板正火加热温度860°C _880°C，保温时间10min-20min ;正火后喷淋水加速冷却，冷却速度为8_10°C /s，钢板返红温度600°C -650°C。
[0022]发明的有益效果:本发明仅采用经济的C、S1、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強度，同时满足抗氢致开裂的性能，降低了抗氢致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，生产的8-100mm规格钢板其抗拉强度≥450MPa，(TC冲击功≥200J,带状组织评级结果≤1.0级，钢板硬度(HB)< 180。抗氢致开裂性能检验达到裂纹长度率< 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。
[0023]下面对该技术方案进行详细描述
[0024]I)冶炼エ艺
[0025]铸坯生产采用铁水脱硫扒渣一转炉冶炼一LF精炼一RH精炼エ艺路线。严格控制板坯成分:C:0.13-0.14%, Si:0.20-0.30%, Mn:0.90-0.95%, P ?.く 0.008%, S:≤0.001%。
[0026]采用双渣法冶炼，并采用低温拉碳エ艺对P含量进行控制，采用铁水脱硫预处理エ艺并采用两次扒渣エ艺对S含量进行控制。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，使剰余的少量硫化物夹杂球化。本发明中Ca/S为
1.5-2之间，夹杂物水平A类く 0.5，B类く 0.5，C类く 0.5，D类く 1.0。
[0027]执行LF精炼以及RH精炼，RH处理时间21min_23min，深真空时间≥18min,严格控制钢中[H]含量，保证钢液洁净度。
[0028]2)连铸エ艺
[0029]由于本专利采用较高的C、Mn合金含量生产抗氢致裂纹钢，连铸坯生产过程中不可避免存在中心偏析，而中心偏析区域易于形成严重的珠光体帯状组织，影响钢板最終的抗氢致裂纹性能，本专利采用动态轻压下技术，拉速0.85m/min，压下量5-7mm。控制钢坯中心偏析、中心疏松。本发明中钢坯中心偏析C类≤ 1.5，中心疏松≤ 1.0。
[0030]3)轧制エ艺
[0031 ] 采用再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。
[0032]第一阶段为再结晶区轧制，开轧温度1050°C~1150°C，需要充分发挥轧机轧制能力，保证第一阶段轧制单道次压下率逐渐增加，且最后三道次压下率为25%-35%总压下率大于60%。一阶段轧制通过反复大压下量变形,细化晶粒。
[0033]第二阶段为未再结晶区轧制，开轧温度840°C~870°C，终轧温度770~800°C，待温厚度为板厚的2~3倍。终轧温度对于带状组织的控制具有重要作用。第二阶段轧制过程中的累积变形能可以作为相变的驱动力，使得贫Mn区与富Mn区之间的相变温度差减小，从而减弱帯状组织。如果轧制温度过高，未再结晶区内的累积变形能在轧制间隔内发生回复消除，无法为相变提供能量；如果轧制温度过低，进入两相区轧制，先析出的铁素体在轧制作用下变形成带，从而加重了帯状组织。所以在相变温度之上接近相变温度范围内反复轧制，积累足够的变形能才可以获得较轻的带状组织。对于本专利，终轧温度为770 0C -800 0C o[0034]2)冷却エ艺
[0035]轧后钢板采用控轧冷却エ艺，冷却速度10~12°C /S
[0036]3)热处理工艺
[0037]采用正火后弱水冷热处理工艺，正火温度860°C _880°C，保温时间10min_20min，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，正火后采用喷淋水的弱水冷エ艺进行冷却，钢板返红温度600°C-650°C。经过正火后，带状组织< 1.0级。帯状组织形成的根本原因是成分偏析，但形成帯状组织需要C原子扩散，正火后采用喷淋水的弱水冷エ艺，可以加快钢板冷却速度，当C原子来不及扩散时完成相变，从而消除帯状组织，形成铁素体+珠光体均匀混合组织。但正火后冷速不可过大，冷速过大将在钢板表面形成贝氏体组织，其强度较高，一旦萌生裂纹将迅速扩展，从而引起大尺寸的表面裂纹。对于本专利，需要控制正火后水冷的返红温度为600°C -650°C。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为本发明实施例2的金相组织，为铁素体+珠光体组织，无带状组织。其他实施例也得到相似的组织。
【具体实施方式】
[0039]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为本发明实施例的エ艺条件，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致开裂性能。
[0040]表1实施例化学成分，wt, %
[0041]
【权利要求】
1.ー种450MPa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:0.13-0.14%, Si 0.30%, Mn:0.90-0.95%, P ?.く 0.008%, S:≤ 0.001%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
2.生产如权利要求1所述的450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板的方法，包括铁水脱硫扒渣一转炉冶炼一LF精炼一RH精炼一板坯连铸一控轧控冷一热处理工艺，其特征在干，其中生产エ艺及控制的技术參数包括: (1),RH精炼过程中，RH深真空时间≥18min，保证钢中Ca/S为1.5_2之间，板坯连铸采用动态轻压下技术控制连铸还心部质量，拉速0.85m/min,压下量5_7mm ； (2)板坯加热エ艺:板坯加热1100-1200°C，保温时间3-6小时； (3)控轧エ艺:采用两阶段轧制，第一阶段开轧温度1050°C-1150°C，保证第一阶段轧制单道次压下率逐渐增加，且最后三道次压下率为25%-35%，总压下率大于60% ;第二阶段开轧温度开轧温度840°C _870°C，终轧温度770-800°C，待温厚度为板厚的2_3倍； (4)冷却エ艺:轧后钢板采用控轧冷却エ艺，冷却速度10-12°C/S ； (5)热处理工艺:正火+弱水冷，钢板正火加热温度860°C-880 °C,保温时间10min-20min ;正火后喷淋水加速冷却，冷却速度为8_10°C /s，钢板返红温度600°C _650°C。
【文档编号】C22C38/04GK103556047SQ201310497333
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】隋鹤龙, 秦丽晔, 邹扬, 赵楠, 李战军, 赵新宇, 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 申请人:首钢总公司