專利名稱：：臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種厚鋼板及其制造方法，特別涉及2.25CrlMo合金體系中獲得能夠滿足臨氫設(shè)備用的12Cr2MolR厚鋼板(50100mm)及其制造方法。
背景技術(shù)：
：石油精煉壓力容器用12Cr2MolR(SA387Gr22C12)厚鋼板，除要求高溫強(qiáng)度外，還有其它要求。以重油脫硫塔為例，12Cr2MolR(SA387Gr22C12)厚鋼板必須具有在高溫高壓和氫環(huán)境作用下正常工作的能力i目前，對(duì)2.25CrlMo系臨氫設(shè)備用12Cr2MolR(SA387Gr22C12)厚鋼板的基本要求有J系數(shù)和X系數(shù)滿足J-(Si+Mn)X(P+Sn)X104《150，X=(10P+5Sb+4Sn+As)/100《15;韌脆轉(zhuǎn)變條件滿足vTr55+2.5△vTr55《10°C;強(qiáng)度滿足屈服強(qiáng)度》310Mpa，抗拉強(qiáng)度515690MPa。在CrMo系低合金鋼中，J系數(shù)和X系數(shù)主要取決于鋼中或焊接材料熔敷金屬中的P、Sb、Sn、As含量的多少，其它性能除與化學(xué)成分有關(guān)外，還與制造過程的工藝制度有關(guān)，尤其是強(qiáng)度、韌性，而強(qiáng)度和韌性最終決定于成品厚鋼板的顯微組織狀態(tài)。但是，Cr-Mo鋼在生產(chǎn)時(shí)，往往由于沒有合適設(shè)備和工藝方法，得不到所希望的顯微組織，無法滿足臨氫設(shè)備使用條件的要求?，F(xiàn)有臨氫設(shè)備用鋼，通常國(guó)內(nèi)在制造2.25CrlMo系CrMo鋼時(shí)，采用電弧爐冶煉，熱處理工藝采用正火+回火生產(chǎn)12Cr2MolR厚鋼板，也可以滿足臨氫設(shè)備器用厚鋼板標(biāo)準(zhǔn)要求"壓力容器用12Cr2MolR鋼板的研制，楊海林等，寬厚板1997，1:1721"，由于電弧爐冶煉原料限制，J系數(shù)最大達(dá)到145.8，X系數(shù)達(dá)到17.30。日本神戶制鋼制造2.25CrlMo系A(chǔ)STMA387Gr.22時(shí)，通過鐵水脫S、P和轉(zhuǎn)爐脫P(yáng)降低鋼中P、S含量，熱處理是采用N后空冷、回火工藝制造石油精煉重油脫硫裝置用厚鋼板"超低P、S2'/4CrlMo材料ASTMA387Gr.22.神戶制鋼技報(bào)，小林清二等，.Vol.33(4)1983:1720"。日本鋼管公司化學(xué)成分上通過添加V和微量B，用單向凝固錠和超低速大壓下方法，熱處理工藝用N+T生產(chǎn)特厚規(guī)格的2.25CrlMo厚鋼板"見塚本裕昭等，焊接低溫裂紋敏感性低的正火型2、CrlMo特厚板開發(fā)。日本鋼管技報(bào)，No.l11(1986):916";迪林根制造SA387Gr.22采用N+AC+T"HeavyplateforpetrochemicalreactorsSophisticationinChromium-Molybdenumsteelhttp:〃www.dillinger.de"。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板及其制造方法，以2.25CrlMo系CrMo鋼為基礎(chǔ)，添加適量的Cu、Ni，控制Sn、As、Sb、P、S等有害元素，利用壓力淬火機(jī)設(shè)備，通過正火+加速冷卻+回火工藝，保證成品鋼板的顯微組織為回火貝氏體，獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的焊接性，用于制造各種臨氫設(shè)備。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明以2.25CrlMo系CrMo鋼為基礎(chǔ)(滿足12Cr2MolR(SA387Gr22C12)標(biāo)準(zhǔn)要求)，添加適量的Cu、Ni,控制Sn、As、Sb、P、S等有害元素，利用壓力淬火機(jī)設(shè)備，通過正火+加速冷卻+回火工藝，保證成品鋼板的顯微組織為回火貝氏體，獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的焊接性，所生產(chǎn)的(50100mm)12Cr2MolR(SA387Gr22C12)厚鋼板可用于制造各種臨氫設(shè)備。具體地，本發(fā)明的臨氫設(shè)備用12Cr2MolR鋼，其成分質(zhì)量百分比為C:0.100.15、Si:《0.10、Mn:0.400.60、P《0.010、S《0,003、Cr:2.02.5、Mo:0.901.10、Cu:0.100.20、Ni:0,100.20、Sn《0扁、Sb《0扁、As《0.003、Ca:0.0010.005、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。在本發(fā)明的12Cr2MolR鋼中，C,對(duì)鋼的強(qiáng)度、低溫韌性及焊接性影響很大，從改善鋼的低溫韌性及焊接性，希望鋼中C含量控制得較低，但是從鋼的強(qiáng)度，又不希望C過低；因此C含量不宜高于0.15。/。。Si含量的減少可以提高高溫抗拉強(qiáng)度，其效果溫度越高越顯著；Si也是脆化促進(jìn)元素，低Si化是降低脆化的有力措施；因此Si含量控制在0.10°/。以下。Mn和Si相同也是脆化促進(jìn)元素，但Mn和Si不同，Mn對(duì)淬透性有大的影響，為確保淬透性即防止鐵素體生成必要性出發(fā)，低Mn化隨著鋼板厚度的增加自然受到限制；考慮到成品的厚度，因此Mn含量取標(biāo)準(zhǔn)范圍的上限，要求Mn大于0.4W。脆化元素Sn、Sb、P，隨Sn、Sb、P的增加，」vTs均增大，其程度Sn、Sb大致相同，P比Sn、Sb顯著增加脆化；從性能保證角度，要求Sn、Sb、P盡可能低，但是考慮到成本因素和滿足使用需求，因此Sn、Sb含量控制在0.003%以下，P含量控制在0.01%以下。S作為鋼中有害夾雜對(duì)鋼的低溫韌性具有很大的損害作用，但考慮到煉鋼可操作性、煉鋼成本等因素，S含量需要控制在^).003%。Ni與Mn在單一鐵碳系統(tǒng)中，對(duì)先共析鐵素體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)起延緩作用，在一定的冷卻速度下可以改變貝氏體的形態(tài)，促進(jìn)下貝氏體的生產(chǎn)。添加適量的Ni還可以降低FATT。因此將Ni控制在0.100.20%。Cu與Ni共存，產(chǎn)生析出相Ni3Cu對(duì)高溫蠕變性能有利。因此將Cn控制在0.10%0.20%。Ca對(duì)鋼中硫化物進(jìn)行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物，因此Ca含量的合適范圍為0.0010.005%。本發(fā)明臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板的制造方法，其包括如下步驟a)臨氫設(shè)備用鋼，其成分質(zhì)量百分比為C:0.100.15、Si:《0.10、Mn:0.400.60、P《0.010、S《0.003、Cr:2.02.5、Mo:0.卯1.10、Cu:0.100.20、Ni:0.100.20、Sn《0.003、Sb《0.003、As《0.003、Ca:0.0010.005、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；b)按上述成分采用轉(zhuǎn)爐冶煉，并鑄造成鑄錠；c)將鑄錠經(jīng)初軋開坯后再進(jìn)行軋制；d)軋制后進(jìn)行正火處理，正火溫度卯0950'C;e)正火后利用壓力淬火機(jī)以芯部》0.5'C/s冷卻速度進(jìn)行加速冷卻(ACC)，厚鋼板充分發(fā)生連續(xù)冷卻貝氏體相變，抑制先共析鐵素體相變，全板厚范圍內(nèi)得到貝氏體組織；f)回火處理，回火溫度為700760'C。進(jìn)一步，本發(fā)明步驟b)鑄造采用模鑄，從鑄坯內(nèi)部偏析角度出發(fā)。另外，本發(fā)明采用的壓力淬火機(jī)的低壓段水流量2035mVmin，上下面水量比為1:1.11.2;水冷時(shí)間510min，壓力淬火機(jī)出口鋼板表面溫度大于100'C?，F(xiàn)有熱處理工藝可以分成三種情況①正火+回火、②正火+加速冷卻+回火、③淬火+回火。國(guó)內(nèi)舞陽鋼廠和日本廠家采用正火+回火，德國(guó)迪林根采用正火+加速冷卻+回火，法國(guó)阿賽諾采用淬火+回火。根據(jù)研究，從理論上說，方法②是最好的，得到貝氏體組織，最理想。方法①對(duì)大于50mm的鋼板，芯部冷卻速度太慢，得不到貝氏體組織，最不理想，難以達(dá)到臨氫設(shè)備用鋼的要求。方法③冷卻速度太快，或者全板厚得到馬氏體組織，或者表面為馬氏體、芯部為貝氏體；前者硬度太高，用戶成型困難，馬氏體組織是低溫轉(zhuǎn)變組織，在高溫下使用時(shí)可能會(huì)帶來性能的不穩(wěn)定；后者板厚方向的組織不均勻，對(duì)使用性能不利。通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，可以得出，在大氣中空冷條件(自然條件)下，50mm厚度鋼板的芯部(1/2厚度處)的冷卻速度為0.5°C/s左右，因此對(duì)于厚度超過50mm的鋼板，其芯部冷卻速度要求大于0.5°C/s時(shí)，需要通過強(qiáng)制冷卻方法來達(dá)到，手段有鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻、噴水霧冷卻和水冷，根據(jù)水冷速度的不同，又可分為加速冷卻和淬火，對(duì)于12Cr2MolR而言，一般來說，水量小的、得到貝氏體組織的稱為加速冷卻，水量大的、得到馬氏體組織的稱為淬火。實(shí)現(xiàn)加速冷卻手段各有不相同，有的采用簡(jiǎn)單的噴淋裝置進(jìn)行冷卻，有的采用層流冷卻裝置進(jìn)行冷卻。本發(fā)明采用壓力淬火機(jī)進(jìn)行加速冷卻。通常情況下，由于淬火機(jī)水量太大、冷得太快，得到的是馬氏體組織，本發(fā)明的特點(diǎn)是根據(jù)淬火機(jī)分高、低壓二段的特點(diǎn)，利用低壓段水冷12Cr2MolR，得到所需的組織。壓力淬火機(jī)參數(shù)選擇如下正火溫度卯0950'C，低壓段水流量2035mVmin，上下面水量比為1:1.11.2;水冷時(shí)間510min，壓力淬火機(jī)出口鋼板表面溫度大于100°c。壓力淬火機(jī)工作方式的選擇壓力淬火機(jī)分高、低壓二段，高壓段最大水流量為卯mVmin(8bar)，長(zhǎng)3273mm，低壓段最大水流量150mVmin(4bar),長(zhǎng)19431mm;淬火方式時(shí)高壓段通常為7085mVmin，低壓段通常大于70m3/min，壓力淬火機(jī)出口鋼板溫度最大為80°C;淬火方式水量大，在短時(shí)間內(nèi)使鋼板鋼板冷卻到室溫，特別是高壓段強(qiáng)大的水量使鋼板表面迅速淬成馬氏體組織；因此需要避開高壓段，進(jìn)入低壓段冷卻，低壓段選擇較小的水流量(加速冷卻方式)，使鋼板以一定的冷卻速率(芯部大于0.5°C/s)冷卻到一定溫度(表面溫度大于IO(TC);考慮到壓力淬火機(jī)的長(zhǎng)度有限，鋼板在低壓段擺動(dòng)冷卻；上下面水流量分配合理，得到良好的板形。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐冶煉可以使Sb、Sn、As含量更低，進(jìn)而降低J系數(shù)、X系數(shù)；正火后的加速冷卻有利于V2厚度處顯微組織更好，從而保證V2厚度處的性能；在化學(xué)成分上不使用V和B。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用2.25CrlMo系CrMo鋼系低合金鋼作為基礎(chǔ)(滿足12Cr2MolR標(biāo)準(zhǔn)要求)，CrMo含量取12Cr2MolR(SA387Gr22C12)標(biāo)準(zhǔn)要求中限，添加適量的Ni可以促進(jìn)貝氏體形成，添加適量的Cu與Ni共存對(duì)高溫蠕變性能有利，控制Sn、As、Sb、P、S等有害元素可以降低厚鋼板回火脆性，正火后的加速冷卻工藝可以使厚鋼板得到貝氏體組織，獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的焊接性。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例正火+加速冷卻后芯部的顯微金相組織照片。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例參見表l，生產(chǎn)厚鋼板的實(shí)物指標(biāo)參見表2、4，表3是其熱處理工藝比較。本發(fā)明利用壓力淬火機(jī)，通過正火+加速冷卻+回火工藝，保證12Cr2MolR成品鋼板的顯微組織為回火貝氏體，參見圖1。從表1看出，實(shí)施例的Si含量低于比較例1和3;Sn、Sb、As含量低于比較例3。從表2看出，實(shí)施例的J系數(shù)高于比較例1、2，但遠(yuǎn)低于比較例3。實(shí)施例的vTr55+2.5AvTr55與比較例基本相當(dāng)。從表4看出，實(shí)施例的強(qiáng)度高于比較例；Akv稍低于比較例，但遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注比較例l為迪林根公司，比較例2為神戶制鋼公司，比較例3為阿賽諾公司表2回火脆性<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3熱處理工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4鋼板性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明就是以2.25CrlMo系CrMo鋼為基礎(chǔ)，添加適量的Cu、Ni，控制Sn、As、Sb、P、S等有害元素，利用壓力淬火機(jī)設(shè)備，通過正火+加速冷卻+回火工藝，保證12Cr2MolR(SA387Gr22C12)成品鋼板的顯微組織為回火貝氏體，獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的焊接性，可用于制造各種臨氫設(shè)備。權(quán)利要求1.臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.10～0.15、Si≤0.10、Mn0.40～0.60、P≤0.010、S≤0.003、Cr2.0～2.5、Mo0.90～1.10、Cu0.10～0.20、Ni0.10～0.20、Sn≤0.003、Sb≤0.003、As≤0.003、Ca0.001～0.005、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板的制造方法，其包括如下步驟a)臨氫設(shè)備用12Cr2MolR鋼，其成分質(zhì)量百分比為C:0.100.15、Si:《0.10、Mn:0.400.60、P《0.010、S《0.003、Cr:2.02.5、Mo:0"01.10、Cu:0.100.20、Ni:0.100.20、Sn《0.003、Sb《0.003、As《0扁、Ca:0.0010.005、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；b)按上述成分采用轉(zhuǎn)爐冶煉，并鑄造成鑄錠；c)將鑄錠經(jīng)初軋開坯后再進(jìn)行軋制；d)軋制后進(jìn)行正火處理，正火溫度900950°C;e)正火后利用壓力淬火機(jī)以芯部》0.5-C/s'冷卻速度進(jìn)行加速冷卻，全板厚范圍內(nèi)得到貝氏體組織；f)回火處理，回火溫度為700760°C，得到厚度50100mm成品厚鋼板。3.如權(quán)利要求2所述的臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板的制造方法，其特征在于，步驟b)鑄造采用模鑄。4.如權(quán)利要求2所述的臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板的制造方法，其特征在于，壓力淬火機(jī)的低壓段水流量2035mVmin;水冷時(shí)間510min，壓力淬火機(jī)出口鋼板表面溫度大于100°C。5.如權(quán)利要求4所述的臨氫設(shè)備用12Cr2MolR厚鋼板的制造方法，其特征在于，壓力淬火機(jī)上下面水量比為1:1.1L2。全文摘要臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板及其制造方法，其包括如下步驟a)成分質(zhì)量百分比為C0.10～0.15、Si≤0.10、Mn0.40～0.60、P≤0.010、S≤0.003、Cr2.0～2.5、Mo0.90～1.10、Cu0.10～0.20、Ni0.10～0.20、Sn≤0.003、Sb≤0.003、As≤0.003、Ca0.001～0.005、余Fe；b)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，并鑄造成鑄錠；c)鑄錠初軋開坯、軋制；d)軋后正火處理，溫度900～950℃；e)用壓力淬火機(jī)以芯部≥0.5℃/s加速冷卻，全板厚范圍內(nèi)得到貝氏體組織；f)回火處理，回火溫度為700～760℃。本發(fā)明利用壓力淬火機(jī)，通過正火+加速冷卻+回火工藝，保證成品鋼板顯微組織為回火貝氏體，獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的焊接性。文檔編號(hào)C21D8/00GK101397635SQ20071004665公開日2009年4月1日申請(qǐng)日期2007年9月29日優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日發(fā)明者姜洪生,張漢謙申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司