[发明专利]一种超高温SPWHT高韧性正火容器用钢及制造方法

说明书

一种超高温SPWHT高韧性正火容器用钢，包括C：0.09‑0.12%；Si：0.20‑0.40%；Mn：1.40‑1.50%；Nb：0.015‑0.025%；Ti：0.010‑0.020%；Alt：0.020～0.040%；P：≤0.015%；S：≤0.005%；N：≤0.0045%；H：≤0.0002%；其余为Fe及不可避免杂质。其力学性能稳定，具有较高的强度及韧性，钢板内部质量优良。本方案采用合理的配比和轧制工艺，优化的正火工艺及模拟焊后热处理工艺，解决了现有模拟焊后热处理正火容器钢成分设计复杂，工艺要求严格，生产成本高，强度及韧性指标不足等问题。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种超高温SPWHT高韧性正火容器用钢及制造方法，采用“控轧+DQ/ACC水冷”及正火热处理工艺，同时经过超高温（≥A_c3完全奥氏体化温度）模拟焊后热处理（Simulate Post Welding Heat Treatment，即SPWHT），可制造厚度规格6～50mm、SPWHT后屈服强度≥315MPa且-51℃冲击功≥240J的高韧性容器用低合金结构钢。

背景技术

随着石油天然气事业的快速发展,在气田开发、液化气(LNG)存储和输送、石油化工等各方面对低温金属材料的需求越来越多，使用条件和环境越来越苛刻，相应地对压力容器用钢板的技术要求也不断提高。若对低温工况中的金属材料选择不当,将有可能为工程建设后运行过程中留下安全隐患；另一方面,由于低温金属材料价格相对较高,如何恰当的选择低温材料,对控制工程建设中的投资也有着积极意义。

通常情况下,我们将存储和输送低温介质以及在寒冷地区服役的设备和管道称为低温容器、低温管道,而用于制造这些低温容器、低温管道所用的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等统称为低温钢。作为低温钢,除强度外,最重要的指标就是其低温冲击韧性,要求其脆性转变温度低于材料的最低使用温度,在使用温度条件下,具有足够的冲击韧性,有足够的防脆性开裂能力和抗裂纹扩展的止裂能力。体心立方晶格的金属材料（如碳钢、含钼钢、含铌钢等）存在低温冷脆现象,而面心立方晶格的金属材料(铜、镍等)的冲击韧性与温度关系不明显,基本不受低温影响。碳钢材料(或体心立方晶格的金属材料)的低温韧性,可以通过提高纯净度、细化晶粒以及合金化等方法加以改善。比如控制碳钢中碳、氧(低温钢都要求使用镇静钢)、磷、硫等元素含量，加入锰、镍等元素显著提高钢的强度和韧性,加入钼使钢的晶粒细化。值得一提的是,合金元素镍的加入,固熔于铁素体,能显著改善基体的韧性,因此镍是发展低温钢的一个重要元素。为满足低温工况下的要求,在低温设备和管材的选型过程中,通常从化学成分、制造工艺、强度要求(包括屈强比)、热处理状态、材料试验要求等方面提出标准,作为衡量材料低温韧性性能的通用手段。

中低温压力容器用钢板目前在国内外压力容器行业有着广泛的应用。A516系列钢板是ASTM标准中推荐使用的低温钢材料，使用温度范围为-18～-60℃。因其具有良好的冲击性能、焊接性能、抗疲劳性能等特点，广泛应用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制作球罐、锅炉汽包等设备及构件。

压力容器的制造离不开焊接工艺的优化和焊接区域的性能，关系设备后期的使用寿命和相关人员的安全保障。为了改善焊接热影响区的性能和消除焊接残余应力，压力容器在制造过程中，一般都需要进行整体焊后热处理(PWHT)，且具体的热处理工艺则根据钢板不同的使用环境有所改变，但均要求钢板经模拟焊后热处理后的各项性能仍能满足技术条件的要求。