Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢及生产方法
【专利摘要】本发明提供了一种极限厚度Cr-Mo系ASTM?A387?Gr22CL2压力容钢及其生产方法。所述Cr-Mo系ASTM?A387?Gr22CL2压力容器钢的化学成分及质量百分比如下(单位，wt%)：C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：0.30～0.60、P：≤0.015、S：≤0.005、Als：0.020～0.060，Cr：2.0～2.5、Mo：0.9～1.1，其它为Fe和残留元素。本发明的生产方法包括在优质铁水、KR铁水预处理、120t顶底复吹转炉、Ar站吹氩、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸浇注、均热坑加热、3800mm轧机、ACC层流冷却、矫直、堆冷、热处理、精整、外观检验、探伤、入库。本发明的钢板采取48t水冷锭模浇注，可比常规铸铁锭模冷速凝固时间缩短1/3，且减少或避免了钢锭心部严重的疏松或偏析缺陷，改善钢板内部质量。
【专利说明】Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢及生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于宽厚钢板生产【技术领域】，具体涉及到一种120~150mm厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002]ASTM A387 Gr22CL2属于美标ASTM A387/A387M_06a中的压力容器钢，广泛应用于石油、化工、核电站、锅炉等行业，用于制作反应器、换热器、锅炉汽包、核反应堆压力壳、水电站高压水管、水轮涡壳等设备构件。要求具有良好的力学性能、良好的工艺性能、良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能。
[0003]目前传统生产采取模铸浇注，专利CN102080187A公开了一种采用33t扁平锭生产12Cr2MolR容器钢的方法，但采取常规锭模生产，钢水浇注完毕后进行自然缓慢冷却，尤其是在凝固中后期，钢锭模吸收大量热量后依靠锭模与空气间的传导向外散热，散热速度极慢，与帽口部钢液散热速度趋于一致，不利于在钢锭中心形成上大下小的“喇叭口 ”补缩通道，狭长的液相穴影响了钢锭本体中心的补缩效果。同时由于凝固时间的延长，加剧了钢锭内部的选分结晶和成分偏析，无法避免常规模铸生产中出现的中心疏松及缩孔现象，内部质量难以保证。
[0004]采用常规锭模生产，每套常规锭模平均使用次数在60次左右(最高不超过80次)，锭模就会因模内壁出现龟裂而报废，锭模使用成本较高；且常规模铸锭的疏松缺陷则向帽口下部的本体部分延伸，甚至可能延伸至本体中部，为保证钢板质量，钢锭本体靠帽口部分也需切除，成材率低，直接导致生产成本升高。
[0005]浇注完毕后，常规锭模依靠散热自然冷却，生产周期较长，难以满足产品交货期需求。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明人经过反复试验摸索，获得了一种极限厚度Cr-Mo系ASTMA387 Gr22CL2压力容器钢及其生产方法，从而完成了本发明。
[0007]因此，本发明的目的在于提供一种极限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容钢及其生产方法。
[0008]为达到上述目的，本发明采取的技术方案是所述Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢的化学成分及质量百分比如下(单位，wt%):C:0.08~0.16,S1:0.20~0.50、Mn:
0.30 ~0.60、P:≤0.015、S:≤ 0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~
1.1，其它为Fe和残留元素。
[0009]为得到上述钢板，本发明的生产方法包括在优质铁水、KR铁水预处理、120t顶底复吹转炉、Ar站吹氩、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸浇注、均热坑加热、3800mm轧机、ACC层流冷却、矫直、堆冷、热处理、精整、外观检验、探伤、入库工艺顺序下，通过选用水冷模铸锭烧注，成分上仅添加Cr、Mo合金、采取Als作为细化晶粒元素的低成本设计,通过LF+VD工艺控制钢水纯净度，二阶段轧制及ACC控冷，采取采用正火+空冷+回火热处理工艺满足钢种晶粒度需求，成功生产出120-150mm厚ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，且具有良好的韧性及高温拉伸性能。
[0010]冶炼工艺:生产前准备好优质边角料，并且保证边角料干燥无污染，转炉生产过程中重点以脱P为主，冶炼终点钢水成分控制按照:0.04%≤C≤0.07%,P ( 0.008% ;点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；LF精炼要求精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间> 30min,要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；VD真空要求在67Pa的真空度下，VD保压时间按照≥20min控制，保压过程钢水翻腾效果良好。
[0011]浇铸工艺:使用热传导率高的结晶器铜板作为钢锭模，外部通过循环冷却水对铜板锭模进行冷却，该水冷结晶器冷却的锭模装置，冷却器四周和底部为水冷铜板结晶器，钢锭本身的凝固放热可以迅速地通过流动的水带走，改变了原有锭模仅由热传导和辐射向外散热的方式，大大加快了钢锭冷凝的速度，可缩短生产周期，同时使钢锭本体加快凝固速度和缩短凝固时间，减轻了内部偏析，铸模内腔形状为倒置的锥台形或圆锥台形，在冷却器与底板之间设有升降装置，铸造过程中升降装置向下移动，使钢锭始终与铸模处于紧贴状态，对铸锭在凝固过程中产生一定的挤压作用，减轻疏松。同时，设置有侧边挤压机构，将连铸轻压下类似技术应用于模铸，在凝固后期对铸锭宽边形成微挤压，进一步减小气隙、加速传热，从而形成更加致密组织；钢锭帽口采取妥善的保温措施，在凝固过程中可使钢锭内部形成上大下小的补缩通道，避免了缩孔的产生，又进一步减轻了钢锭内部的疏松和偏析。采取水冷钢锭模生产，因锭模通水冷却，冷却强度大，钢水凝固速度快，凝固时间和脱模时间大大缩短，可比常规铸铁锭模冷速凝固时间缩短1/3，由于水冷锭模模壁不会随着冷却凝固时间的推移而显著升高温度，水冷模壁持续为钢锭的冷却提供着较大的温度梯度，因此定向柱状晶一直能够得到快速持续发展，几乎不会遇到阻碍，柱状晶一直可以发展到钢锭心部，因此减少或避免了钢锭心部严重的疏松或偏析缺陷，为产品质量提供保障。
[0012]加热、轧制工艺:采用均热坑加热，焖钢Ih后以≤120°C/h升温，升温段约2h，保温段温度控制在1190°C~1270°C ;采用二阶段控轧，开轧温度控制在1050~1150°C之间，粗轧阶段采用“高温低速大压下”工艺，在设备允许的前提下，增大压下量，增大变形渗透程度，尽量愈合内部组织缺陷，总压下率不小于50% ;当温度960°C~1000°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度+(80~100)mm，晾钢时注意摆动，防止黑印；轧制后用ACC反复冷却(冷却次数3~5次)，返红温度640~680°C，冷速控制在3~8°C /S。
[0013]钢板缓冷、热处理工艺:钢板采用石棉布包裹严实，在保温箱内堆冷，堆冷时间不大于等于48小时；热处理采用正火+空冷+回火对钢板进行调质处理，淬火温度为930± 10°C,保温时间2min/mm,空冷至室温，回火温度660± 10°C,保温时间4~4.5min/mm。
[0014]通过使用48t水冷铜板结晶器锭模浇铸，改善中心疏松及缩孔现象；合理优化合金元素设计，保证钢的高温塑性及高温拉伸性能；冶炼过程中精选优质边角料，保证边角料干燥无污染，严格控制钢中有害元素含量；采取LF造白渣工艺制度及VD真空处理，提高钢水纯净度；在均热坑加热以保证钢锭烧透至中心，轧制过程前三道次加大道次压下量，轧制后用ACC冷却和轧后钢板石棉布包裹堆垛缓冷的方式，最后利用调质处理使钢板的各项性能指标达到标准要求，且轧制成材率高出常规锭模3%~5%。【具体实施方式】
[0015]本发明在优质铁水、KR铁水预处理、120t顶底复吹转炉、Ar站吹氩、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸浇注、均热坑加热、3800mm轧机、ACC层流冷却、矫直、堆冷、热处理、精整、外观检验、探伤、入库工艺顺序下，通过选用水冷模铸锭浇注，成分上仅添加Cr、Mo合金、采取Als作为细化晶粒元素的低成本设计，通过LF+VD工艺控制钢水纯净度，二阶段轧制及ACC控冷，采取采用正火+空冷+回火热处理工艺满足钢种晶粒度需求，成功生产出120-150mm厚ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，且具有良好的韧性及高温拉伸性能。
[0016]实施方式如下:
成分设计:该极限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，化学成分及质量百分比如下(单位，wt%):C:0.08 ~0.16、Si:0.20 ~0.50、Mn:0.30 ~0.60、P:≤ 0.015、S:(0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~1.1，其它为 Fe 和残留元素。
[0017]冶炼工艺:生产前准备好优质边角料，并且保证边角料干燥无污染，转炉生产过程中重点以脱P为主，冶炼终点钢水成分控制按照:0.04%≤C≤0.07%,P ( 0.008% ;点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；LF精炼要求精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间> 30min,要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣；VD真空要求在67Pa的真空度下，VD保压时间按照≤20min控制，保压过程钢水翻腾效果良好。
[0018]浇铸工艺:使用热传导率高的结晶器铜板作为钢锭模，外部通过循环冷却水对铜板锭模进行冷却，该水冷结晶器冷却的锭模装置，冷却器四周和底部为水冷铜板结晶器，钢锭本身的凝固放热可以迅速地通过流动的水带走，改变了原有锭模仅由热传导和辐射向外散热的方式，大大加快了钢锭冷凝的速度，可缩短生产周期，同时使钢锭本体加快凝固速度和缩短凝固时间，减轻了内部偏析，铸模内腔形状为倒置的锥台形或圆锥台形，在冷却器与底板之间设有升降装置，铸造过程中升降装置向下移动，使钢锭始终与铸模处于紧贴状态，对铸锭在凝固过程中产生一定的挤压作用，减轻疏松。同时，设置有侧边挤压机构，将连铸轻压下类似技术应用于模铸，在凝固后期对铸锭宽边形成微挤压，进一步减小气隙、加速传热，从而形成更加致密组织；钢锭帽口采取妥善的保温措施，在凝固过程中可使钢锭内部形成上大下小的补缩通道，避免了缩孔的产生，又进一步减轻了钢锭内部的疏松和偏析。采取水冷钢锭模生产，因锭模通水冷却，冷却强度大，钢水凝固速度快，凝固时间和脱模时间大大缩短，可比常规铸铁锭模冷速凝固时间缩短1/3，由于水冷锭模模壁不会随着冷却凝固时间的推移而显著升高温度，水冷模壁持续为钢锭的冷却提供着较大的温度梯度，因此定向柱状晶一直能够得到快速持续发展，几乎不会遇到阻碍，柱状晶一直可以发展到钢锭心部，因此减少或避免了钢锭心部严重的疏松或偏析缺陷，为产品质量提供保障。
[0019]加热、轧制工艺:采用均热坑加热，焖钢Ih后以≤120°C/h升温，升温段约2h，保温段温度控制在1190°C~1270°C ;采用二阶段控轧，开轧温度控制在1050~1150°C之间，粗轧阶段采用“高温低速大压下”工艺，在设备允许的前提下，增大压下量，增大变形渗透程度，尽量愈合内部组织缺陷，总压下率不小于50% ;当温度960°C~1000°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度+(80~100)mm，晾钢时注意摆动，防止黑印；轧制后用ACC反复冷却(冷却次数3~5次)，返红温度640~680°C，冷速控制在3~8°C /S。
[0020]钢板缓冷、热处理工艺:钢板采用石棉布包裹严实，在保温箱内堆冷，堆冷时间不大于等于48小时；热处理采用正火+空冷+回火对钢板进行调质处理，淬火温度为930± 10°C,保温时间2min/mm,空冷至室温，回火温度660± 10°C,保温时间4~4.5min/mm。
[0021]实施例一:
一种极限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，包含如下质量百分比成分(单位，wt%):C:0.10、Si:0.30、Mn:0.50、P:0.010、S:0.002、Als: 0.029，Cr:2.2、Mo:
0.98,其它为Fe和残留元素。
[0022]实施例二:
一种极限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，包含如下质量百分比成分(单位，wt%):C:0.09、Si:0.32、Mn:0.45、P:0.011、S:0.003、Als: 0.025，Cr:2.1、Mo:
1.0，其它为Fe和残留元素。
[0023]上述极限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容器钢，所述钢板厚度120_150mm。
[0024]化学成份及机械性能按照ASTM A387/A387M_06a执行，具体如表所示。
【权利要求】
1.一种Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容钢，其特征在于所述Cr-Mo系ASTM A387Gr22CL2压力容器钢的化学成分及质量百分比如下:C:0.08~0.16、S1:0.20~0.50,Mn:.0.30 ~0.60、P:≤ 0.015、S:≤ 0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~.1.1，其它为Fe和残留元素。
2.一种如权利要求1所述Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2压力容钢的生产方法，该生产方法包括优质铁水、KR铁水预处理、120t顶底复吹转炉、Ar站吹氩、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸浇注、均热坑加热、3800mm轧机、ACC层流冷却、矫直、堆冷、热处理、精整、外观检验、探伤、入库，在加热、轧制工艺:采用均热坑加热，焖钢Ih后以< 120°C /h升温，升温段约2h，保温段温度控制在1190°C~1270°C ;采用二阶段控轧，开轧温度控制在1050~1150°C之间，粗轧阶段采用“高温低速大压下”工艺，在设备允许的前提下，增大压下量，增大变形渗透程度，总压下率不小于50% ;当温度960°C~1000°C时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度+(80~100)mm，晾钢时注意摆动，防止黑印；轧制后用ACC反复冷却，返红温度640~.680°C，冷速控制在3~8°C /S ;在钢板缓冷、热处理工艺:钢板采用石棉布包裹严实，在保温箱内堆冷，堆冷时间不大于等于48小时；热处理采用正火+空冷+回火对钢板进行调质处理，淬火温度为930± 10°C，保温时间2min/mm，空冷至室温，回火温度660± 10°C，保温时间.4 ~4.5mi n/mnin
【文档编号】C21D8/02GK103710626SQ201310730097
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】朱书成, 王新, 许少普, 赵迪, 崔冠军, 康文举 申请人:南阳汉冶特钢有限公司