Lpg船储罐用钢板及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种LPG船储罐用钢板及其生产方法：该钢板的成分及重量百分比为C：0.05～0.12％，Si≤0.30％，Mn：0.50～1.30％，P≤0.015％，S≤0.008％，Al：0.020～0.060％，Cu：0.15～1.20％，Ni：0.20～1.50％，Cr：0.35～1.00％，Mo：0.20～0.60％，Ti：0.008～0.020％，Nb：0.0020～0.10％或V：0.030～0.060％或B：0.0005～0.0020％中一种或多种，其余为Fe及不可避免夹杂。该方法包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理，铸坯加热温度为1170～1250℃，加热速率≥8min/cm；开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～940℃，最后三道次累计压下率≥16％；热处理采用在线淬火+回火处理，或采用离线淬火+回火处理。本发明钢力学性能极为优良，冷热加工性能好，焊接性能优异，钢板的焊接裂纹敏感性低。
【专利说明】LPG船储罐用钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金技术，具体地指一种LPG船储罐用钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002]液化石油气(简称LPG)，是我国主要的能源品种之一，因其具有清洁卫生，储运安全方便，热效率高等特点而被广泛应用于工业生产和居民生活。LPG是一种复杂的混合物，主要成分是含有三个碳原子和四个碳原子的碳氢化合物，行业习惯称其为碳三和碳四，主要是丙烷和丁烷，也含有少量的丙烯、丁烯和其他成分。LPG在常温常压下呈气体状态，可以通过加压、降温或两者兼用的方法使其变为液态。由于LPG具有较高的临界温度，因而在常温下便可压缩成液体，LPG的液化温度及沸点温度在零下40°C以下。在常温常压下液态的LPG极易挥发，体积能迅速扩大250倍，也就是说I升液态LPG挥发后能变为250升以上的气体。LPG具有较高的膨胀系数，如果在密闭容器及管道内，温度升高导致压力升高，容易引发超压物理性爆炸。
[0003]LPG水上运输，因其既经济又安全而成为LPG主要的运输途径，LPG船储罐作为LPG运输船上的核心设备，是承载动载荷的大型压力容器，其在运输过程中存在纵摇、横摇及垂荡等运动，罐柜受到惯性力的作用处于动态运动状态。从前述LPG特性及LPG船储罐的工况可以看出，LPG船储罐用钢板要求具有较高的抗压和抗低温脆性能力，那就要求钢板既具有相当高的强度，也要有很好的低温韧性和抗冲击载荷能力，以保证LPG船用储罐的安全性和材料服役的稳定性，而且LPG船储罐属于大型卧式压力容器，体积较大，对钢板的焊接性能要求也较高。现有钢板很难很好地兼顾LPG船储罐用钢板的各种性能要求。
[0004]申请号为CN201210121739.9的中国发明专利申请，公开了一种LPG船储罐用钢板及其生产方法，该钢板由以下重量百分含量的化学成分组成:c:0.14~0.16%, Si:
0.20 ~0.40%, Mn:1.05 ~1.10%, P ≤ 0.012%, S ≤ 0.005%, Cr:0.30 ~0.35%, Ni:
0.40 ~0.45%, Mo:0.25 ~0.30%, Nb:0.02 ~0.03%, V:0.035 ~0.040%, T1:0.01 ~
0.02%, B:0.0015 ~0.0020 %，N ≤ 0.010%，Cu ≤ 0.20%，总 Al:0.02 ~0.05 %，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢板的生产方法包括以下步骤:冶炼-LF/VD精炼-浇铸-加热-轧制-冷却-调质-成品；该LPG船储罐用钢板的厚度为8~50mm，该钢板具有致密性高，强度高，低温冲击韧性好及抗层状撕裂性能好的优点，但该钢板的焊接裂纹敏感性系数Pcm值偏高(Pcm(% ) = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B))，焊接性能得不到保证；且母材的低温韧性仅在-20°C以上具有一定的优势，温度在-20°C以下时，钢板的低温韧性不能保证。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是要提供一种LPG船储罐用钢板及其生产方法，该钢板具有极为优良的力学性能，冷热加工性能及焊接性能。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种LPG船储罐用钢板，该钢板的化学成分及其重量百分比为c:0.05~0.12%, Si ( 0.30%, Mn:0.50~1.30%,P^0.015%,S ^ 0.008%,Al:0.020 ~0.060%,Cu:0.15 ~L 20%,Ni:0.20 ~L 50%,Cr:0.35 ~1.00%, Mo:0.20 ~0.60%, Ti:0.008 ~0.020%, Nb:0.0020 ~0.10%或 V:
0.030~0.060%或B:0.0005~0.0020%中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。
[0007]进一步地，该钢板各化学成分的重量百分比为C:0.07~0.12%，S1:0.1~0.15，Mn:0.85 ~1.0%，P:0.001 ~0.011%, S:0.0001 ~0.006%, Als:0.035 ~0.06%, Cu:
0.2 ~0.8 %，N1:0.20 ~0.9 %，Cr:0.35 ~1.00 %，Mo:0.20 ~0.60 %，T1:0.008 ~
0.010%,Nb:0.0020 ~0.10%或 V:0.030 ~0.060%或 B:0.0005 ~0.0020%中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。
[0008]进一步地，该钢板的化学成分重量百分比满足:
[0009]G = Cr+Cu+3.3Mo+8.1V < 2.6%,
[0010]Pse = Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti < 2.5%,
[0011]Di = 0.34C°-5(l+0.65Si) (1+4.2Mn) (1+2.83P) (1-0.52S) (1+0.27Cu) (1+0.25Ni)(1+2.33Cr) (1+3.14M o) ^ 3.5%
[0012]CEV = C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40 ^ 0.58%,
[0013]Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B ^ 0.28%,
[0014]其中，G和Psk为关于钢板焊接后的消除应力热处理再热裂纹敏感性指数，Di为钢板淬透性系数，CEV为碳当量，Pcm为焊接裂纹敏感性系数。
[0015]更进一步地，所述钢板成品厚度为10~100mm。
[0016]一种上述LPG船储罐用钢板的生产方法，包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理的步骤，其特征在于:所述铸坯加热，加热温度为1170~1250°C，加热速率≥8min/cm ;所述轧制，控制开轧温度为1050~1150°C，终轧温度为850~940°C，并控制最后三道次累计压下率> 16% ;所述热处理，采用在线淬火+回火处理，控制在线淬火温度为870~950°C，回火温度为610~670°C，或采用离线淬火+回火处理，控制离线淬火温度为890~940°C，回火温度为600~680°C。
[0017]进一步地，采用在线淬火+回火处理时，在线淬火后冷却至室温，控制冷速为2~300C /s，并控制回火保温时间为2~4min/mm。
[0018]进一步地,采用离线淬火+回火处理时,控制离线淬火保温时间为1.5~3.5min/mm,并控制回火保温时间为2~4min/mm。
[0019]进一步地，所述铸坯加热温度为1180~1230°C，加热速率为8~14min/cm，所述轧制开轧温度为1100~1120°C，终轧温度为855~890°C。
[0020]更进一步地，所述轧制过程中，控制最后三道次累计压下率> 30%。
[0021]以下就本发明中C、S1、Mn、P、S、N1、Mo、Cu、Cr、V、T1、B限定量的理由进行分析说明。
[0022]C:C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，随着碳含量的增加，钢中Fe3C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高，而延伸率和冲击韧性则会下降；在焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂纹的倾向；此外，C还是影响Ρ?的主要因素，要控制钢Pcm值不大于0.28，使其具有低的焊接裂纹敏感性，因此，钢中C含量控制在0.05~0.12%。
[0023]Si =Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但当其含量过高时，会降低钢的焊接断裂韧性，因此，本发明钢中控制Si ( 0.30%。
[0024]Mn:当C含量在较低范围时，钢中的固溶强化就显得尤为重要，Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的元素，它并不恶化钢的变形能力，含1.0 %的Mn可为抗拉强度贡献约10MPa, 一般说来，Mn含量在2.0 %以下对提高焊缝金属的韧性是有利的，但Mn含量偏高时，钢的铸坯组织中常会出现Mn偏析现象，且在组织中形成脆性孪晶马氏体，影响钢板的韧性和塑性，因此，将钢中Mn含量控制在0.5~1.30%。
[0025]P，S:在一般情况下，P是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此通常要求钢中含磷量小于0.045% ;硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，硫对焊接性能也不利，所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%，本发明控制P^0.015%,S^0.008%，将钢中P、S夹杂的含量控制在更低范围内，使得钢质更为纯净，优化了钢的性能。
[0026]Ni =Ni具有一定的强化作用，加入1.00%的Ni可提高钢材强度约20MPa，Ni还能显著地改善钢材的韧性，特别是低温韧性，钢中加入Ni后，无论是基材还是焊接热影响区的低温韧性都明显提高，但Ni含量过高时，造成钢板氧化铁皮难以脱落，因此，本发明钢将Ni控制在0.20~1.50%。
[0027]Mo =Mo元素提高钢材强度特别是高温强度的能力较Mn和Cr更高，同时它也是增强钢材抗氢蚀能力的主要元素之一，加入0.50%的Mo能使钢的高温蠕变强度提高75，少量的Mo (0.20%左右)还能提高焊缝金属的韧性，但是加入Mo也会提高钢的淬硬性，从而提高钢材焊接冷裂纹敏感性，而且，足够的Mo含量可保证钢板回火工艺后的稳定性，保证回火后钢板仍具有足够的强度和韧性，因此，本发明将Mo含量控制在0.20~0.60%。
[0028]V:V是强烈的碳氮化物形成元素，它通过形成碳氮化物阻止奥氏体晶粒长大而细化晶粒，但V含量超过0.06 %时，对钢的冲击韧性及断裂韧性起有害作用，所以V的含量控制在 0.030 ~0.060% ο
[0029]Cu:Cu在钢中主要起沉淀强化作用，此外还有利于获得良好的低温韧性，增加钢的抗疲劳裂纹扩展能力，当其含量过高时，会降低钢板焊接热影响区韧性，且在钢板轧制过程中产生网裂，因此，本发明控制Cu含量为0.15~1.20%。
[0030]Cr:Cr是缩小奥氏体区的元素，是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物也可固溶于铁素体，同时Cr还是提高钢淬透性的有效元素，在Cu-Cr-Ni复合添加的情况下，加入Cr会提高钢材焊接冷裂纹敏感性，但同时Cr含量过高会降低钢的塑性和韧性，因此，本发明中Cr含量控制在0.35~1.00%。
[0031]Ti =Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，它能明显地提高钢的室温强度和高温强度，由于Ti能起细化晶粒的作用，故也能提高钢的韧性，而且适量的Ti还能提高焊缝金属的韧性，但Ti含量过高(Ti > 0.020%)又会在钢中形成夹杂，在低合金高强钢中从提高焊缝金属的韧性考虑，加入0.008~0.020%的Ti较为合适，利用Ti形成的第二相质点TiN、Ti (CN)等阻止焊接热影响区粗晶区的晶粒长大，保证焊接接头具有良好的低温韧性。
[0032]Nb:Nb的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，提高强度和韧性，在Nb存在条件下，Nb可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效地细化显微组织，并通过析出强化来提高淬透性；而且，Nb可降低钢的过热敏感性及回火脆性；焊接过程中，Nb、B的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能，本发明的Nb含量控制在0.0020~0.10%。
[0033]B:加入B可以弥补钢中碳含量不足引起的淬透性不足和强度问题，但是，随着钢中B含量的增加，会对钢的强度和韧性有降低的趋势，因此，本发明将B含量控制在
0.0005 ~0.0020%。
[0034]与现有技术相比本发明具有如下优点:
[0035]其一，本发明钢通过优化成分设计，并控制钢板热处理再热裂纹敏感性指数，淬透性系数，碳当量，焊接裂纹敏感性系数，同时利用Mo，V，Cu等微合金元素的复合沉淀析出保证钢材获取足够的韧性和强度，使得钢的屈服强度L或Rpa2 ^ 685MPa，抗拉强度Rm≤790MPa，延伸率≤16%，屈强比≤0.92，钢板横向-80°C KV2≥150J，本发明钢强度远远高于现行调质压力容器用钢标准GB19189中钢种的强度。
[0036]其二，经轧制及调质热处理或直接淬火+回火后得到常温金相组织为索氏体+贝氏体的钢，本发明钢综合力学性能极为优良，冷热加工性能好，焊接性能优异，钢板的焊接裂纹敏感性低，本发明钢可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊及钨极惰性气体保护焊等方法焊接，钢板焊接热影响区的横向_80°C KV2 ^ 100J，本发明钢板能有效降低焊接施工强度，简化焊接工艺，提高焊接效率，降低了成本，适应大生产要求，可用于制造5000m3以上大型LPG船(设计温度为-80~350°C )用储罐。
[0037]其三，本发明钢板生产方法简单，生产成本低，可实现高效生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为实施例1中LPG船储罐用钢板的金相组织图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
[0040]实施例1~7
[0041]表1列出了本发明实施例1~7中LPG船储罐用钢板的化学成分及其重量百分数，余量为Fe及不可避免的杂质，另外表1中还列出了各实施例钢板的再热裂纹敏感性指数G和PSK，钢板淬透性系数Di,碳当量CEV及焊接裂纹敏感性系数Pcm。
[0042]表1
[0043]
【权利要求】
1.一种LPG船储罐用钢板，其特征在于:该钢板的化学成分及其重量百分比为C:0.05 ~0.12%,Si ( 0.30%,Mn:0.50 ~1.30%,P ^ 0.015%,S ^ 0.008%,Al:0.020 ~0.060%, Cu:0.15 ~1.20%, N1:0.20 ~1.50%, Cr:0.35 ~1.00%, Mo:0.20 ~0.60%,Ti:0.008 ~0.020%,Nb:0.0020 ~0.10%或V:0.030 ~0.060%或B:0.0005 ~0.0020%中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于:该钢板各化学成分的重量百分比为 C:0.07 ~0.12%, S1:。.I ~0.15，Mn:0.85 ~1.0%, P:0.001 ~0.011%,S:0.0001 ~0.006 %, Als:0.035 ~0.06 %，Cu:0.2 ~0.8 %，Ni:0.20 ~0.90 %，Cr:0.35 ~1.00 %，Mo:0.20 ~0.60 %，Ti:0.008 ~0.010 %, Nb:0.0020 ~0.10 % 或 V:0.030~0.060%或B:0.0005~0.0020%中一种或多种的混合，其余为Fe及不可避免的夹杂。
3.根据权利要求1或2所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于:该钢板的化学成分重量百分比满足:
G = Cr+Cu+3.3Mo+8.1V < 2.6%,
Pse = Cr+Cu+2Mo+7Nb+5Ti < 2.5%,
Di = 0.34C°-5(l+0.65Si) (1+4.2Mn) (1+2.83P) (1-0.52S) (1+0.27Cu) (1+0.25Ni)(1+2.33Cr) (1+3.14Mo) ^ 3.5%,
CEV = C+Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40 ^ 0.58%,
Pcm = C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+V/10+5B ^ 0.28%, 其中，G和Psk为关于钢板焊接后的消除应力热处理再热裂纹敏感性指数，Di为钢板淬透性系数，CEV为碳当量，Pcm为焊接裂纹敏感性系数。
4.根据权利要求1或2所述的LPG船储罐用钢板，其特征在于:所述钢板成品厚度为10 ~10mm0
5.一种权利要求1所述LPG船储罐用钢板的生产方法，包括铁水深脱硫、转炉顶底吹炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制及热处理的步骤，其特征在于:所述铸坯加热，加热温度为1170~1250°C，加热速率≤8min/cm;所述轧制，控制开轧温度为1050~1150°C，终轧温度为850~940°C，并控 制最后三道次累计压下率≤16% ;所述热处理，采用在线淬火+回火处理，控制在线淬火温度为870~950°C，回火温度为610~670°C，或采用离线淬火+回火处理，控制离线淬火温度为890~940°C，回火温度为600~680°C。
6.根据权利要求5所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于:采用在线淬火+回火处理时，在线淬火后冷却至室温，控制冷速为2~30°C /s，并控制回火保温时间为2~4m i n/mnin
7.根据权利要求5所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于:采用离线淬火+回火处理时，控制离线淬火保温时间为1.5~3.5min/mm,并控制回火保温时间为2~4m i n/mnin
8.根据权利要求5或6所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于:所述铸坯加热温度为1180~12301:，加热速率为8~141^11/011，所述轧制开轧温度为1100~1120°C，终轧温度为855~890°C。
9.根据权利要求7所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于:所述铸坯加热温度为1180~12301:，加热速率为8~141^11/011，所述轧制开轧温度为1100~1120°C，终轧温度为855~890°C。
10.根据权利要求5或6所述的LPG船储罐用钢板的生产方法，其特征在于:所述轧制过程中，控制最后三道次累 计压下率> 30%。
【文档编号】C21D8/02GK104131235SQ201410349868
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】王宪军, 丁庆丰, 李书瑞, 刘文斌, 洪霞, 杨秀利, 战国锋, 程吉浩, 邹德辉, 罗毅 申请人:武汉钢铁(集团)公司