[发明专利]大型球罐钢及热处理方法

说明书

本发明涉及一种制造大型球罐用钢，特别是高屈服强度(σ_S≥460MPa)球罐钢成分及其热处理方法。

在冶金、化工、石油等行业使用的氧气球罐、乙烯球罐、液化气球罐等必需装备中，使用高屈服强度(σ_S≥460MPa)钢材成为制造大型球罐的发展方向，以利于扩大贮存容量，提高工作能力、减少壁厚、降低自重，而在球罐制造过程中需要由同等强度和韧性级别的板材和锻件通过焊接完成，目前的460MPa级屈服强度的球罐钢板及锻件需由两种钢号或两种成份的钢材制造，这是由于板材宽度大、截面厚度较小(约40mm)，正火之后单张板材冷却速度较快，晶粒细，而大型锻件截面厚度约为250mm，直径1m，体积较大，正火后冷却速度较慢，晶粒粗大，且在整个横截面内组织、机械性能的均匀一致性差，因此大型锻件为适应上述热处理制度的需要，需对成份进行调整，增加提高淬透性的元素如Ni、Cr、Mo、B等，造成冶炼工艺复杂，成本提高。而在制造大型球罐钢的焊接过程中，板材与锻件的成份差异造成了焊接预热温度不同，因而会影响焊接区的质量。因此在现有技术中大型球罐的钢板和锻件是由两种成份的钢材制造的，例如德国统一的DIN EN 10028-3-1992《压力容器扁平轧件》标准中规定P460 NL1钢种只适用于轧件(≤150mm厚)，没有规定可同样适用配套锻件，也需要由其它钢号或成份配套，其成分为：C≤0.20，Si≤0.6，Mn 1.00～1.70，P≤0.025，S≤0.015，Al≥0.020，Cu≤0.70，Ni≤0.80，Cr≤0.30，Mo≤0.1，V≤0.20，Ti≤0.03，N≤0.025，并指出其热处理为正火，当正火品性能不好时可根据需要回火，但具体工艺并未提及。而日本专利特开平2-11721公开了一种《耐应力腐蚀性优异的液氨用低温压力容器钢材的制造方法》，是将成分为：C 0.03～0.16，Si 0.01～0.55，Mn 0.8～1.6，P＜0.03，S＜0.025，以及Cu＜0.5，Ni＜0.5，Cr＜0.5，Mo＜0.5中的至少一种，其余为Fe和不可避免的杂质的钢经过锻造后进行热处理，但具体热处理工艺未见提及。另外由于锻材要求淬透性高，将该成份应用于板材会造成强度超出上限，而韧性下降，力学性能的匹配不好。因此在现有技术中还没有找到一种460MPa屈服强度的钢种可同时用于制造球壳钢板和锻件。

本发明的目的之一是得到一种大型球罐钢成分，可同时应用于制造球壳钢板和锻件。

本发明的另一个目的是得到上述钢种的热处理方法以保证获得所需的组织和力学性能。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种大型球罐钢，该钢的化学成分包括(重量％)：C 0.08～0.18，Si 0.01～0.5，Mn 0.08～1.65，P≤0.025，S≤0.015，Al≤0.060，Cu 0.50～1.0，Ni 0.30～1.00，Nb 0.01～0.05，V 0.08～0.16，N＞0.01～0.02。

该钢的化学成分的最佳值包括(重量％)：C 0.08～0.15，Si0.01～0.5，Mn 1.00～1.65，P≤0.020，S≤0.015，Al 0.010～0.030，Cu 0.50～0.70，Ni 0.30～0.80，V 0.08～0.15，Nb0.01～0.05，N＞0.01～0.02。

该大型球罐钢的化学成分中还含有(重量％)：Cr≤0.30，Mo≤0.30。

一种大型球罐钢的热处理方法为：当制品为板材时，首先进行正火处理：即加热至910±15℃，保温一段时间后空冷，然后经回火处理：于540～600℃保温一段时间后空冷，上述保温时间为每毫米板厚1.5～2.0分钟。

当所述的制品为锻件时，其正火处理为出炉后强制冷却。

下面对本发明进行详述。

本发明通过对球罐钢合金成分的设计、改进，可实现用同一成份制造460MPa级屈服强度的宽厚板和锻件，同时配合热处理工艺使锻件可以正火+回火状态交货，而不必采用现有技术中复杂的调质处理。

本发明对合金成分的改进主要通过Cu、Ni、Cr、Mo、V、N等元素的调整完成，使该成分不仅适用于钢板，也适用于厚截面的锻件，下面分别介绍各个合金元素的作用：

C：0.08～0.18，可提高合金强度，＜0.08强度较低，＞0.18影响可焊性。

Si：0.01～0.5，固溶强化元素，冶炼时进行脱氧，＜0.01使强度降低，＞0.5影响韧性、塑性、可焊性等。