專利名稱：：一種合金熱軋鋼板及用其制造高壓氣瓶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋼鐵材料領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種合金熱軋鋼板及用該熱軋鋼板制造高壓氣瓶的方法。
背景技術(shù)：
：高壓氣瓶用鋼的基本要求是具有較高的強度，良好的塑性、韌性、且具有適宜的熱處理性能。傳統(tǒng)無縫氣瓶常用鋼坯經(jīng)過沖壓制造，瓶壁過厚，特別是鋼瓶底部較厚，使鋼瓶自身重量大，當(dāng)用作壓縮天然氣車載氣瓶時因重量大不利于節(jié)能。氣瓶材質(zhì)一般釆用低碳鋼種，但其正火態(tài)強度較低，傳統(tǒng)低碳鋼的正火態(tài)強度一般只有500MPa級，低碳微合金鋼正火強度也只有600MPa左右，承壓能力有限，通常充氣壓力不超過150kgf/cm2，由于充氣壓力低充氣量少，限制了一次充氣的行駛距離，需要頻繁充氣，實用性有待提高。現(xiàn)常用壓縮天然氣車載氣瓶的公稱工作壓力達到200kgf/cm2，氣瓶水壓試驗則要達到300kgf/cm2，這就對氣瓶材質(zhì)的強度提出了更高的要求。所以，對于車載氣瓶來說，不僅要求鋼瓶材質(zhì)具有強度高，韌性好的特點，滿足規(guī)定充氣壓力下的安全要求，而且要求鋼瓶自身重量輕，這樣才能達到節(jié)能降耗的目的?，F(xiàn)在國內(nèi)外關(guān)于壓力容器用鋼主要采用低合金鋼，以添加Cr、Mo等合金元素為主，多數(shù)屬于低碳或中低碳鋼，而且多以正火型鋼板見多。經(jīng)檢索，有下列相關(guān)專利文獻涉及壓力容器用鋼，其化學(xué)成分見表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>CN00110094.7公開了一種高強度鋼氣瓶用鋼，屬于中碳低合金鋼，其化學(xué)成分中加入了較多Mo和Ni，特別是必須添加Ni，且要求添加量在1.60wt呢以上，該鋼是通過Ni從而改善低溫韌性，可以用于裝配消防器材。CN88105870.X公開了一種正火型的氣瓶鋼，需通過850。C正火熱處理，但其屈服強度為600MPa左右，抗拉強度為800MPa左右。JP11036043A公開了一種高溫高壓容器鋼，其碳含量為0.03~0.20wt%，添加了較多合金元素，屬于低碳合金鋼，且加入了Ca、Mg、稀土等元素以提升鋼的抗蠕變和再熱裂紋性能，其強度為700MPa左右。JP55041960A公開了一種Cr一Mo合金鋼，并用V、Nb微合金化，通過降S改善韌性，降Si改善脆性敏感性，并且添加V或Nb彌補了因降Si造成的強度降低，其原料成本較高，JP55100963A涉及一種Ni—Cr一Mo型高強高韌壓力容器鋼，顯著提高鋼中的Cr、Ni合金含量，使鋼中的P、Sb、Sn、As等有害雜質(zhì)元素保持在較低水平從而降低回火脆性的敏感性，配合特殊熱處理工藝(850'C奧氏體化正火，58063(TC回火)保證鋼的優(yōu)良強度和韌性，但其對成分含量控制要求較高，增加了生產(chǎn)成本。JP61250152A涉及一種鍋爐和壓力容器用高強高韌正火型低碳鋼板，它是一種正火狀態(tài)使用的低碳鋼，具有優(yōu)良的抗焊接裂紋性能，要求其PCM《0.23，對成分含量控制要求較高。FR2568894公開了一種高強高韌壓力容器鋼的制造方法，它采用獨特的熱處理方法生產(chǎn)壓力容器鋼，板坯在120(TC加熱，累計壓下量大于30%并且終軋溫度在1050。C以上，鋼板軋后直接淬火和回火處理。其成分是低碳合金鋼，以Cr、Ni、Mo作為主要合金元素，可添加V、Nb、Ti或B，添加元素的種類較多，增加了成本。JP57120652A公開了一種高強韌性壓力容器鋼，增加了Mn含量，以Cr、Mo合金化，選用Cu、Ni等元素增加鋼的淬透性并提高強度，但其屈服強度僅為500MPa左右，抗拉強度600MPa左右?？紤]到高壓氣瓶用鋼應(yīng)具有高強度、高韌性等特性，且為了降低生產(chǎn)成本、便于實施等因素，本發(fā)明者通過Cr、Mo合金化處理，設(shè)計出了一種合金熱軋鋼板，該鋼板經(jīng)旋壓成形制成氣瓶，調(diào)質(zhì)熱處理后完全能滿足氣瓶行業(yè)的需求，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的在于提供一種合金熱軋鋼板。本發(fā)明的另一個目的在于提供用所述合金熱軋鋼板制造高壓氣瓶的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個方面提供一種合金熱軋鋼板，所述合金熱軋鋼板的化學(xué)成分包含C:0.30~0.40wt%、Si:0.20~0.40wt%、Mn:0.50~1.00wt%、P《0,015wt%、S《0.010wt%、Al《0.05wt%、Cr:0.8~1.2wt%、Mo:0.15~0.30wt%、Ni《0.50wt%、V《0.20wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。下面，對本發(fā)明的合金熱軋鋼板的化學(xué)成分作用作詳細敘述。碳碳是鋼中的主要強化元素，起到延遲奧氏體轉(zhuǎn)變的作用，是奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體強化相所必不可少的元素。適合的碳含量可穩(wěn)定高溫下亞穩(wěn)奧氏體，使鋼種具有合適的臨界冷速，鋼中碳含量過低，奧氏體穩(wěn)定性不足，淬火時不易淬透，達不到所需強度要求，碳含量過高則易生成脆性相。本發(fā)明碳含量一般控制為0.300.40wt%。硅硅在鋼中起固溶強化作用，但過高的硅含量會影響板坯表面質(zhì)量并影響產(chǎn)品的韌性，使其變脆，給成形帶來難度。本發(fā)明不依靠硅的強化效果增加產(chǎn)品強度，所以將硅含量控制在0.20~0.40wt%。錳錳是固溶強化元素，能促進碳在奧氏體中的溶解，在一定程度上也可提高淬透性，但錳含量過高時容易引起偏析，因此不能通過提高錳含量來提高淬透性。本發(fā)明錳含量的控制范圍為0.501.00wt%。硫和磷硫和磷在鋼中屬于雜質(zhì)元素，應(yīng)盡可能降低含量，因為硫在鋼中會與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫含量最好控制在0.010wt。/。以下，磷也會嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和韌性，其含量最好控制在0.015wt%以下。鋁鋁是鋼中的主要脫氧元素，有利于細化晶粒，一般鋼中均含有一定量。本發(fā)明熱軋鋼板中加入的鋁主要用來脫氧和細化晶粒，加入量不超過0.05wt%。鉻和鉬鉻在鋼中的作用主要是延遲奧氏體轉(zhuǎn)變孕育時間，提高淬透性，使鐵素體、珠光體轉(zhuǎn)變后移，在冷卻過程中抑制該類組織形成，使在冷速不高的情況下直接進入馬氏體相變區(qū)。鉬是所有其他合金元素中對淬透性影響最大的元素，顯著推遲珠光體轉(zhuǎn)變，淬透性主要反映鋼材熱處理性能，表征了鋼材接受淬火的能力。當(dāng)鋼中鉻和鉬的含量分別不超過1.20wt呢和0.30wt呢時，氣瓶常用的10mm以下厚度的鋼板在油冷條件下能淬透，得到馬氏體組織，經(jīng)適當(dāng)溫度回火后屈服強度高于850MPa，抗拉強度超過950MPa，并且具有優(yōu)良的沖擊性能。鎳鎳同樣是提高淬透性的合金元素之一，但效果不如鉻、鉬強烈，它同時能顯著改善韌性，尤其是低溫韌性，作為壓力容器用鋼，韌性是至關(guān)重要的一項指標(biāo)，根據(jù)需要可以添加少量鎳以改善韌性，一般不超過0.50wt^。釩.-釩廣泛用作高強度低合金鋼的強化劑，含釩鋼通過沉淀析出和細化晶粒產(chǎn)生強化，鋼中釩的碳氮化物析出相能顯著提高強度，鋼中添加少量釩就有顯著的強化效果。本發(fā)明的第二個方面提供用所述合金熱軋鋼板制造高壓氣瓶的方法，該方法包括以下步驟將所述合金熱軋鋼板正火處理后，再經(jīng)過3次高溫旋壓成形；對成形氣瓶進行淬火熱處理，于84092(TC加熱，保溫后以大于5°C/s的速度冷卻至IOO'C以下；淬火后的氣瓶于52060(TC回火熱處理。在一個優(yōu)選實施方式中在每次旋壓成形后進行正火處理。在一個優(yōu)選實施方式中淬火熱處理中的奧氏體化保溫時間按2min/mm設(shè)定，且保溫時間^15min。在一個優(yōu)選實施方式中回火熱處理中的保溫時間為120min。鋼水經(jīng)冶煉澆注成鋼坯，坯料厚度220mm，坯料均熱溫度1180~1250°C，保證坯料透熱并保溫足夠時間使奧氏體均勻，坯料保溫結(jié)束后立即進行軋制，經(jīng)過多道次連續(xù)軋至成品厚度，一般為6~10mm，軋制時按照正常軋制節(jié)奏完成熱軋，無需控制終軋溫度，軋制完成后鋼板空冷或噴水冷卻，降溫至60073(TC進行巻取，再緩冷至室溫。熱軋鋼板先經(jīng)過正火處理，再經(jīng)過3次高溫旋壓成形，可減小鋼瓶壁厚降低重量，每次成形后需要進行正火處理降低強度和改善塑性以利于下一道次旋壓成形，最終制作成無縫氣瓶。氣瓶成形后通過調(diào)質(zhì)熱處理提高強度于84092(TC奧氏體化，保溫足夠時間使形成均勻奧氏體，用油迅速冷至IO(TC以下，采用該油淬方式即可使厚度10mm以下的鋼板均能淬透，得到馬氏體強化相?；鼗饻囟确秶^寬，可在520-600'C回火。本發(fā)明的有益效果為1、所述成分設(shè)計易于實施，通過Cr、Mo合金化處理有效推遲奧氏體轉(zhuǎn)變，提高淬透性。對淬火加熱溫度不敏感，在84092(TC較為寬松的溫度范圍均可加熱，并得到所需的馬氏體組織。2、傳統(tǒng)正火型低碳氣瓶鋼正火態(tài)抗拉強度一般只有500MPa級，低碳微合金鋼正火強度也只有600MPa左右，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后的本發(fā)明熱軋鋼板屈服強度不低于850MPa，抗拉強度超過950MPa，沖擊韌性達到67J/cm2，能承受更高壓力，可滿足充氣壓力達到200kgf/cm2的車載氣瓶要求。3、按照淬火回火型氣瓶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IS09809，對于直徑140mm以上的氣瓶，鋼板厚度為7.5-10mm時要求沖擊值達到67J/cm2以上，本發(fā)明的鋼板經(jīng)調(diào)質(zhì)后性能滿足IS09809氣瓶制造的要求。具體實施例方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1按表2所示的化學(xué)成分真空感應(yīng)爐冶煉，鑄造成鋼坯，坯料厚度220mm，坯料均熱溫度1180125(TC并保溫，保溫結(jié)束后立即進行熱軋，經(jīng)多道次連續(xù)軋至鋼板成品厚度6~10mm，終軋溫度范圍850~950°C，軋制完成后將鋼板空冷或噴水冷卻，待降溫至60073(TC時進行巻取，再緩冷至室溫。模擬氣瓶熱處理工藝制度，將熱軋態(tài)鋼板于92(TC加熱，保溫時間按照2min/mm設(shè)定，并保證最短保溫時間不低于15min，鋼板保溫結(jié)束立即浸入淬火油中冷卻至100。C以下。淬火鋼板再進行回火處理，回火溫度56(TC，回火保溫時間120min，回火結(jié)束出爐空冷至室溫。實施例2實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于860。C加熱，回火溫度為540。C。實施例3實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于86(TC加熱，回火溫度為520°C。實施例4實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于86(TC加熱，回火溫度為540°C。實施例5實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于90(TC加熱，回火溫度為600°C。實施例6實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于88(TC加熱，回火溫度為600。C。實施例7實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于86(TC加熱，回火溫度為580°C。實施例8實施方式同實施例l。其中在熱處理工藝中，將熱軋態(tài)鋼板于84(TC加熱，回火溫度為56CTC。表2本發(fā)明實施例1-8的合金熱軋鋼板的化學(xué)成分(wt%)CSiMnPSAlCrMoVNi實施例10.340.250.500.0100.0030.0460.940.20//實施例20,300.320.760.0120.0050.0321.180.16/0.44實施例30.350.280.730.0100.0040.0420.900.21//實施例40.310.380.740.0110.0050.0260.810.29/0.47實施例50.360.270.990.0100.003j0.0390.940.19/」/實施例60.350.260.94o細0扁0.0370.830.260.18/實施例70.400.250.550.0070扁0.0410,940.18//實施例80.390.210.780.0150.0050.0361.010.20//試驗例1對本發(fā)明實施例1-8的經(jīng)熱處理后的合金熱軋鋼板進行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表3。9表3本發(fā)明實施例1-8經(jīng)熱處理后的合金熱軋鋼板的力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>試驗例2選取實施例3和實施例4的成分，熱軋成厚度為9mm的鋼板，再進行淬火回火調(diào)質(zhì)熱處理，具體熱處理工藝參數(shù)見表4。加工沖擊試樣，試樣厚度為7.5mm，其常溫沖擊性能結(jié)果如表4所示。表4本發(fā)明實施例3和4的熱處理工藝參數(shù)及沖擊性能結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種合金熱軋鋼板，其特征在于，所述合金熱軋鋼板的化學(xué)成分包含C0.30～0.40wt％、Si0.20～0.40wt％、Mn0.50～1.00wt％、P≤0.015wt％、S≤0.010wt％、Al≤0.05wt％、Cr0.8～1.2wt％、Mo0.15～0.30wt％、Ni≤0.50wt％、V≤0.20wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2、用權(quán)利要求l所述的合金熱軋鋼板制造高壓氣瓶的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟將權(quán)利要求1所述合金熱軋鋼板正火處理后，再經(jīng)過3次高溫旋壓成形；對成形氣瓶進行淬火熱處理，于840-92(TC加熱，保溫后以大于5°C/s的速度冷卻至i(xrc以下；淬火后的氣瓶于5206ocrc回火熱處理。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在每次旋壓成形后進行正火處理。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在淬火熱處理過程中，奧氏體化保溫時間按2min/mm設(shè)定，且保溫時間》15min。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在回火熱處理過程中，回火保溫時間為120min。全文摘要本發(fā)明提供了一種合金熱軋鋼板，所述合金熱軋鋼板的化學(xué)成分包含C0.30～0.40wt％、Si0.20～0.40wt％、Mn0.50～1.00wt％、P≤0.015wt％、S≤0.010wt％、Al≤0.05wt％、Cr0.8～1.2wt％、Mo0.15～0.30wt％、Ni≤0.50wt％、V≤0.20wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了用該熱軋鋼板制造高壓氣瓶的方法，該方法包括將正火處理后的熱軋鋼板經(jīng)過多道次旋壓成形等工序制成無縫高壓氣瓶，產(chǎn)品再經(jīng)過淬火回火熱處理。經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后的產(chǎn)品屈服強度超過850MPa，抗拉強度超過950MPa，沖擊韌性達到67J/cm²，滿足氣瓶行業(yè)的需求。文檔編號C22C38/46GK101613835SQ200810039769公開日2009年12月30日申請日期2008年6月27日優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日發(fā)明者唐文軍,宋國斌,張漢謙,楊才定申請人:寶山鋼鐵股份有限公司