[发明专利]一种大厚度临氢设备用钢板及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，主要涉及的是一种大厚度临氢设备用钢板及其生产工艺。

背景技术

自60年代以来，21/4Cr-1Mo钢一直是临氢设备普遍采用的材料，我国主要依赖进口。由于长期处于高温、高压、临氢状态，设备材质容易发生回火脆化，且有相当的氢扩散、渗入并溶解于钢中，对钢造成损伤。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致鼓包、皱折或裂纹；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳；使钢中的硫化物与氧化物还原。作为建造加氢反应器用的2.25Cr-1Mo钢具有较强的氢脆敏感性，在含氢介质环境中，氢可能在钢的缺陷部位引发氢诱导开裂。因此，普通的21/4Cr-1Mo钢从抗氢性能和抗蠕变性能考虑，最高使用温度限制到454℃，满足不了某些油品加氢装置和煤加氢液化装置的需要。

伴随着冶炼技术的不断提高，21/4Cr-1Mo钢的纯洁性、匀质性、抗氢性和综合机械性能都在不断的得到改善和提高，21/4Cr-1Mo-0.25V钢就是在此基础上开发出的新钢种。虽然后者的抗氢性和综合机械性能有所提高，但该钢种焊接性稍差，冷裂倾向大，焊接条件更为苛刻。

此外，已商品化的抗氢钢板还存在规格范围窄的问题。由于厚板的热处理工艺难度大，国家最新标准规定厚度极限为150mm。但是就目前国内的生产技术装备和工艺技术而言，厚度超过120mm很难保证钢板性能，无法满足日益增长的厚板市场的需求，主要依赖进口产品补给。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大厚度的临氢设备用钢板，在不降低普通Cr-Mo抗氢钢板综合力学性能的基础上，使之既具有良好的抗氢蚀能力，又具备良好低温韧性和焊接性能。

这一目的是通过以下技术方案实现的：一种大厚度临氢设备用钢板，其特征在于以质量百分比计，钢板由以下元素组成：C0.13～0.15％、Si≤0.10％、Mn0.50～0.60％、P≤0.008％、S≤0.007％、Ni0.14～0.18％、Cr2.30～2.50％、Cu≤0.15％、Mo0.95～1.10％、Nb0.015～0.020％、Ti0.010～0.020％、Al0.020～0.045％、As≤0.016％、Sn≤0.015％、Sb≤0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述大厚度临氢设备用钢板的厚度为137mm。

一种所述大厚度临氢设备用钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线300～500m，大包温度≥1600℃时，吊包VD炉真空处理；

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度为1555～1565℃；

(3)加热工艺：为了避免Cr-Mo钢钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度为1250℃；

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，温度在950～1150℃之间，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤930℃，终轧温度≤900℃，压下率应尽量大，累计压下率≥50％，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，细化了晶粒；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为680～720℃；

(6)热处理工艺：钢板经过修磨、探伤和抛丸后，进行正火+回火处理，正火温度为930±10℃，总加热时间为2min/mm，正火后按照辊速3m/min低速和上下水比1：3的大水量进行冷却，入水温度≥880℃，钢板冷却速度≥3℃/S，返红温度≤300℃；回火温度为710±10℃，总加热时间为2.5min/mm，回火后自然冷却。

本发明所述的技术方案以Cr-Mo为基本的合金元素对钢板进行成分含量设计和生产工艺控制，据此生产出的钢板钢质纯净，晶粒度达到了8级，组织为回火索氏体；抗氢蚀能力优良；具有较高的强度和韧性，尤其是-30℃低温韧性好，抗疲劳性能优异；焊接性良好，焊接冷裂倾向小，焊接时所需的热处理温度较2 1/4Cr-1Mo-0.25V钢低。

本发明根据各元素的功能将其限定在特定的范围内，其中：