[发明专利]一种低温压力容器用钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温压力容器用钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。

背景技术

近代科学技术的发展促进了液化气体的生产和使用，特别是石油和空分制氧设备以及合成氨设备的广泛应用，使低温压力容器用含Ni 3.5％的、最低使用温度达－101℃、牌号为08Ni3DR(3.5Ni)的用量越来越大。低温压力容器用钢板的生产难度大、成本高，要求具有良好强韧性匹配，如何能满足上述要求、生产出低温压力容器用钢板是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种低温压力容器用钢板及其生产方法，工艺参数设计合理，生产成本低，具有优良的低温冲击韧性，晶粒细小，完全解决了背景技术中存在的上述问题。

发明的技术方案是：一种低温压力容器用钢板，由以下质量百分比的组分熔炼而成，C：0.03%-0.06%，Si：0.16%-0.30%，Mn：0.60%-0.70%，P≤0.008%，S≤0.005%，Ni：3.40%-3.70%，Mo: 0.07%-0.12%, Nb：0.010%-0.020%，Ti：0.010%-0.020%，Al_t：0.020%-0.040%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

所述低温压力容器用钢板的最大厚度为50mm。

本发明的钢板的化学成分设计采用低碳当量、Ni-Mo-Nb-Ti系铁素体钢，是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的8mm-50mm厚连铸型08Ni3DR（3.5Ni）钢板，将其应用于低温设备如甲醇洗涤塔、甲醇捕雾器、H₂S浓缩塔等的制作，具有良好的焊接性能和低温冲击性能，其生产制造工序简单、可实现批量生产。本发明中C含量在0.03%-0.06%，采用超低碳设计，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能；Si含量在0.16%-0.30%之间，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，但不可含量过高，以免降低钢的韧性；Mn含量选择在0.60-0.70%，Mn主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用，能显著提高钢的淬透性，随Mn含量的增加，钢板的塑性和低温冲击韧性略有下降，强度显著提高，因此为保韧性Mn含量也不易过高；P含量≤0.008%，S含量≤0.005%：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。Ni含量控制在3.40%-3.70%之间，在铁-碳相图上，Ni使共析点向左下方移动，降低钢的临界点A_C3点；Ni是非碳化物形成元素，它与碳作用不形成碳化物，但Ni与Fe能形成α或γ固溶体，随着Ni含量的提高，奥氏体的稳定性增大，能显著提高铁素体的韧性，从而提高低温钢的低温韧性。Ni减小低温时的位错在基体金属中运动的阻力，故韧性提高，Ni还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时位错的交滑移，使裂纹扩展消耗功增加，也使韧性增加，因此，Ni是保证-101℃横向冲击功的最主要元素。Al含量0.020%-0.040%：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb含量0.010%-0.020%：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。Ti含量0.010%-0.020%：Ti是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。Mo含量0.07%-0.12%：Mo是中强碳化物形成元素，增加固溶体原子间结合力，降低铁的自扩散激活能，从而增加过冷奥氏体的稳定性，抑制大量的先共析铁素体析出，得到合适的少量铁素体。

一种低温压力容器用钢板的生产方法，包含冶炼、连铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序，各工序参数如下：

①冶炼工序：将含有以下质量百分比C：0.03%-0.06%，Si：0.16%-0.30%，Mn：0.60%-0.70%，P≤0.008%，S≤0.005%，Ni：3.40%-3.70%，Mo: 0.07%-0.12%, Nb：0.010%-0.020%，Ti：0.010%-0.020%，Al_t：0.020%-0.040%组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到或超过1600℃转入VD炉真空脱气处理；