專利名稱：一種厚度≥100毫米的臨氫容器用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力容器鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種厚度> 100毫米的臨氫容器用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
壓力容器鋼用途極廣，被廣泛用于石油、化工、電站、鍋爐等行業(yè)，一般用于制作反應(yīng)器、熱換器、分離器、導(dǎo)氣管、鍋爐汽包等。12Cr2MolR臨氫容器鋼主要用于加氫反應(yīng)器，它是現(xiàn)代煉油工業(yè)的重大關(guān)鍵設(shè)備，其通常是在高溫高壓、臨氫、有硫化氫等腐蝕介質(zhì)的惡劣工作條件下運(yùn)行。因此需要抗回火脆化能力、抗氫浸蝕能力強(qiáng)的原材料來(lái)制作加氫反應(yīng) 器。由于壓力容器在高溫、高壓與加氫條件下工作，對(duì)材料純凈度、抗脆化能力、內(nèi)部質(zhì)量等一系列主要技術(shù)指標(biāo)要求極為苛刻。制造加氫反應(yīng)器裝置使用大單重超厚(大于100mm)鋼板的需求量也越來(lái)越大，為降低各種裝置的制造成本，這些裝置都趨向于大型化；為提高大型裝置的安全可靠性，對(duì)使用的鋼板質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。從目前特厚板生產(chǎn)的方式來(lái)講，除了采用原有的鍛造法之外，還有比較流行的連鑄法。但是連鑄生產(chǎn)受技術(shù)條件的限制無(wú)法生產(chǎn)厚度過(guò)大的特厚板，目前世界上最大的轉(zhuǎn)爐連鑄板坯厚度為390mm，由于轉(zhuǎn)爐連鑄坯內(nèi)部偏析和壓縮比的限制，只能生產(chǎn)厚度小于IOOmm的特厚板。中國(guó)專利號(hào)為201010598263. 9的專利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種在優(yōu)質(zhì)鐵水、KR鐵水預(yù)處理、100噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、吹氬處理、LF爐精煉、模鑄澆注、步進(jìn)式加熱爐、3800mm軋機(jī)、ACC層流冷卻、11輥熱矯直機(jī)、堆冷、調(diào)質(zhì)、精整、外檢、探傷、入庫(kù)的工藝順序下生產(chǎn)大厚度Cr-Mo系12Cr2MolR容器鋼及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比(％) C :0. 10 O. 14、Si 0. 20 O. 50、Μη:0· 30 O. 60,P: ( O. 018、S: ( O. OlO.Cr :2. O 2. 50,Ni :彡 O. 20、Mo :0. 90 I. 10、Als O. 040。但是該專利中利用了轉(zhuǎn)爐冶煉+模鑄澆注的方式煉鋼，雖然保證了大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料，但是無(wú)法保證高純度，并且模鑄澆注成材率較低，操作環(huán)境較差。同時(shí)該專利實(shí)例中提供的鋼的化學(xué)成分無(wú)法滿足臨氫鋼回火脆化敏感性系數(shù)(J系數(shù))指標(biāo)，因此無(wú)法作為臨氫鋼使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是臨氫鋼回火脆化敏感性系數(shù)(J系數(shù))高，鋼的潔凈差，模鑄澆注成材率較低的問(wèn)題，提供一種回火脆化敏感性系數(shù)J= (Si+ Mn)( P+Sn) X 10000 ( 100J,鋼水的潔凈度較高，金屬組織和化學(xué)成分均勻，鋼板厚度大于100毫米的臨氫容器用鋼及其生產(chǎn)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的措施
一種厚度彡100毫米的臨氫容器用鋼，其組分及重量百分比含量為C 0. 08 O. 12%、Si 0. 05 O. 12%、Mn:O. 30 O. 45%、P:彡 O. 012%、S:彡 O. 010%、Cr 2. 10 2. 25%、Ni (O. 18%、Mo 0. 95 I. 10%、Cu ^ O. 12%、Sn :彡 O. 005%、As :彡 O. 004%、Sb :彡 O. 003%、N O. 008%, O≤O. 003%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；并應(yīng)滿足回火脆化敏感性系數(shù)J=(Si+ Mn)( P+ Sn)X10000 ( 80。生產(chǎn)一種厚度> 100毫米的臨氫容器用鋼的方法，其步驟
1)進(jìn)行電爐冶煉，控制出鋼溫度在1620 1640°C；
2)將鋼水預(yù)熱3 5分鐘；
3)進(jìn)行LF爐處理按照45 70Kg/噸鋼加入活性石灰，按照O.03 O. 05Kg/噸鋼加入硅鈣或硅鐵粉，按照O. 015 O. 025Kg/噸鋼加入AD15脫氧劑；
4)進(jìn)行扒渣，控制鋼水中Si的重量百分比含量在0.05 O. 15% ；
5)在VD真空爐中進(jìn)行真空處理及吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入氬氣；控制真空度不超過(guò)67Pa，并進(jìn)行至少25分鐘的保壓，真空處理時(shí)間不少于25分鐘并同時(shí)停止吹氬氣；
6)按照2.7 3. O米/噸鋼一次性喂入Si—Ca線；
7)進(jìn)行再次吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入，吹氬時(shí)間不低于8分鐘；
8)進(jìn)行連鑄，控制拉坯速度在I.6 I. 7米/分鐘，并控制鑄坯厚度不少于150毫米；
9)堆冷至室溫；
10)采用低頻雙極串聯(lián)板坯電渣爐進(jìn)行電渣重熔冶煉并抽錠
a)將由電爐冶煉的鑄坯進(jìn)行拼接裝入電渣爐，并形成自耗極回路；并將預(yù)熔渣按照20 30Kg/噸鋼裝入電渣爐的結(jié)晶器中；
b)進(jìn)行抽錠并同時(shí)采用保護(hù)罩進(jìn)行緩冷當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到60 <70毫米時(shí)，抽錠速度控制在3. 5 < 4. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到70
<80毫米時(shí)，抽錠速度控制在4. 5 < 6. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到80毫米及以上后，抽錠速度控制在6. 5 8. 5毫米/分鐘；
c)當(dāng)抽錠速度控制在7.5 8. 5毫米/分鐘時(shí)，進(jìn)行重熔，并按照32 36g/分鐘加入鋁粒直至重熔結(jié)束；
d)進(jìn)行補(bǔ)縮，當(dāng)自耗電極融化到長(zhǎng)度剩余300 350毫米時(shí)進(jìn)行補(bǔ)縮，并控制此時(shí)抽錠速度在6. 5 7. 5毫米/分鐘直至重熔結(jié)束成為鑄坯，并繼續(xù)緩冷；
在重熔中，控制鋼水中的A、B、C及D夾雜總量彡I. 5級(jí)，O彡O. 003%, N彡O. 007%;
11)進(jìn)行模冷，模冷時(shí)間為2 2.5個(gè)小時(shí)；
12)將鑄坯置入緩冷坑進(jìn)行冷卻，時(shí)間不少于48個(gè)小時(shí)；
13)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱溫度在1200 1260°C，控制加熱速率在11 13分鐘/厘米，最終加熱溫度控制在1180 1230°C ；
14)進(jìn)行分段軋制控制粗軋段的開(kāi)軋溫度在1070 1130°C，精軋段的開(kāi)軋溫度在890 910°C，終軋溫度在860 880°C，精軋開(kāi)軋厚度在220 240毫米，精軋末三道次總壓下率不低于30%;
15)進(jìn)行空冷，空冷至680 720°C；
16)采用正火+回火熱處理，控制正火溫度在910 930°C，正火時(shí)間在150 200分鐘；回火溫度在690 710°C，回火時(shí)間在160 240分鐘；
17)待用。
本發(fā)明中各組分及主要工藝的作用及控制的理由
C =C是鋼種不可缺少的提高鋼材強(qiáng)度的元素之一，碳含量每增加O. 10%抗拉強(qiáng)度大約提高60MPa，屈服極限大約提高20 30MPa。隨著碳含量的增加，鋼種Fe3C增加，淬硬性也增加，鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服極限會(huì)提高，而塑性和韌性指標(biāo)會(huì)下降，焊接性能變差。而本鋼種適用于加氫反應(yīng)器等設(shè)備，不僅要求一定的強(qiáng)度，而且主要需要優(yōu)異的韌性指標(biāo)和焊接性能。所以規(guī)定C含量偏低，下限為O. 05%，上限為O. 12%。在此范圍內(nèi)，不僅保證了鋼的強(qiáng)度并適合生產(chǎn)操作，跟保證了該鋼種的使用性能。Si =Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼材強(qiáng)度，也是鋼種的脫氧元素。但是如果鋼中Si含量較高，則會(huì)引起面縮率下降，特別是沖擊韌性下降明顯，同時(shí)對(duì)鋼的焊接性也不利，而本鋼種主要用來(lái)制作加氫反應(yīng)器等設(shè)備，Si高也不利于抗氫腐蝕，因此將Si含量 選擇在O. 05% O. 15%。Mn:在確保鋼的強(qiáng)度和韌性方面，Mn是不可缺少的元素。而低錳對(duì)于鋼種焊縫金屬的韌性是有利的，因此將Mn的含量選擇在O. 30 O. 60%。P、S:控制P彡O. 012%、S彡.010%，這是由于只有冶煉純凈鋼，才能保證本發(fā)明鋼的綜合性能。Cr :將Cr的含量選擇在2. 10 2. 50%,是因?yàn)镃r能提高鋼板淬透性，使得鐵素體相變明顯右移，擴(kuò)寬貝氏體相變的冷速區(qū)間，促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變組織的形成，提高鋼板屈服強(qiáng)度。Ni Ni具有強(qiáng)化作用，加入1%的Ni可提高鋼材強(qiáng)度20MPa。Ni還能顯著地改善鋼材的韌性，特別是低溫韌性。鋼種加入Ni，無(wú)論是基材還是模擬焊接熱影響區(qū)都明顯地提高了低溫韌性.但含量過(guò)高時(shí)，除增加生產(chǎn)成本外，還造成鋼板氧化鐵皮難以脫落，故上限控制在< O. 20%。Mo =Mo的含量選擇在O. 95 I. 10%,是因?yàn)镸o能提高鋼板淬透性，使得鐵素體相變明顯右移，擴(kuò)寬貝氏體相變的冷速區(qū)間，促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變組織的形成，提高鋼板屈服強(qiáng)度。Cu: Cu含量控制在彡O. 18%，是因?yàn)镃u為奧氏體形成元素，在擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的同時(shí)也在回火過(guò)程中促進(jìn)了奧氏體的形成及穩(wěn)定化。Ni同時(shí)改善鋼的低溫韌性也提高鋼的強(qiáng)度，但是當(dāng)Ni含量過(guò)高時(shí)會(huì)使得鋼板的淬透性和淬硬性增加，使得鋼板HAZ韌性降低，惡化鋼板的焊接性能。少量的Cu的存在可以明顯提高鋼的腐蝕電位，從而提高鋼材的耐腐蝕性能。同時(shí)當(dāng)Cu的含量達(dá)到一定程度時(shí)，ε-Cu的析出物會(huì)提高鋼板的強(qiáng)度.但是Cu的含量高于O. 18%時(shí)，會(huì)引起鋼的熱脆現(xiàn)象，惡化鋼板表面質(zhì)量。Sn :Sn、As和Sb元素對(duì)于該發(fā)明為有害元素，該三種元素對(duì)于本發(fā)明鋼種的回火脆性影響很大，因此對(duì)于這三種元素進(jìn)行了上限限制。N ■.( O. 008%,鋼種N元素對(duì)于鋼板的韌性影響較大，因此做了上限的限制。本發(fā)明與現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐技術(shù)相比，生產(chǎn)的鋼具有純度高、硫含量低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、結(jié)晶均勻致密、金屬組織和化學(xué)成分均勻、生產(chǎn)的鋼板厚度可在100 150毫米，還能完全滿足市場(chǎng)對(duì)臨氫容器用鋼的力學(xué)性能要求。


附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述
表I為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表；
表4為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例高溫拉伸力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)
其步驟
1)進(jìn)行電爐冶煉，控制出鋼溫度在1620 1640°C；
2)將鋼水預(yù)熱3 5分鐘；
3)進(jìn)行LF爐處理按照45 70Kg/噸鋼加入活性石灰，按照O.03 O. 05Kg/噸鋼加入硅鈣或硅鐵粉，按照O. 015 O. 025Kg/噸鋼加入AD15脫氧劑；
4)進(jìn)行扒渣，控制鋼水中Si的重量百分比含量在0.05 O. 15% ；
5)在VD真空爐中進(jìn)行真空處理及吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入氬氣；控制真空度不超過(guò)67Pa，并進(jìn)行至少25分鐘的保壓，真空處理時(shí)間不少于25分鐘并同時(shí)停止吹氬氣；
6)按照2.7 3. O米/噸鋼一次性喂入Si — Ca線；
7)進(jìn)行再次吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入，吹氬時(shí)間不低于8分鐘；
8)進(jìn)行連鑄，控制拉坯速度在I.6 I. 7米/分鐘，并控制鑄坯厚度不少于150毫米；
9)堆冷至室溫；
10)采用低頻雙極串聯(lián)板坯電渣爐進(jìn)行電渣重熔冶煉并抽錠
a)將由電爐冶煉的鑄坯進(jìn)行拼接裝入電渣爐，并形成自耗極回路；并將預(yù)熔渣按照20 30Kg/噸鋼裝入電渣爐的結(jié)晶器中；
b)進(jìn)行抽錠并同時(shí)采用保護(hù)罩進(jìn)行緩冷當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到60 <70毫米時(shí)，抽錠速度控制在3. 5 < 4. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到70
<80毫米時(shí)，抽錠速度控制在4. 5 < 6. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到80毫米及以上后，抽錠速度控制在6. 5 8. 5毫米/分鐘；
c)當(dāng)抽錠速度控制在7.5 8. 5毫米/分鐘時(shí)，進(jìn)行重熔，并按照32 36g/分鐘加入鋁粒直至重熔結(jié)束；
d)進(jìn)行補(bǔ)縮，當(dāng)自耗電極融化到長(zhǎng)度剩余300 350毫米時(shí)進(jìn)行補(bǔ)縮，并控制此時(shí)抽錠速度在6. 5 7. 5毫米/分鐘直至重熔結(jié)束成為鑄坯，并繼續(xù)緩冷；
在重熔中，控制鋼水中的A、B、C及D夾雜總量彡I. 5級(jí)，O彡O. 003%, N彡O. 007%;
11)進(jìn)行模冷，模冷時(shí)間為2 2.5個(gè)小時(shí)；
12)將鑄坯置入緩冷坑進(jìn)行冷卻，時(shí)間不少于48個(gè)小時(shí)；
13)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱溫度在1200 1260°C，控制加熱速率在11 13分鐘/厘米，最終加熱溫度控制在1180 1230°C ；
14)進(jìn)行分段軋制控制粗軋段的開(kāi)軋溫度在1070 1130°C，精軋段的開(kāi)軋溫度在890 910°C，終軋溫度在860 880°C，精軋開(kāi)軋厚度在220 240毫米，精軋末三道次總壓下率不低于30%;
15)進(jìn)行空冷，空冷至680 720°C；
16)采用正火+回火熱處理，控制正火溫度在910 930°C，正火時(shí)間在150 200分鐘；回火溫度在690 710°C，回火時(shí)間在160 240分鐘；
17)待用。
表I本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的組分取值列表權(quán)利要求
1.一種厚度≥100毫米的臨氫容器用鋼，其組分及重量百分比含量為C 0. 08 O. 12%,Si 0. 05 O. 12%、Μη:0· 30 O. 45%,P: ≤O. 012%、S: ≤O. 010%,Cr :2. 10 2. 25%、Ni ≤O. 18%、Mo 0. 95 I. 10%,Cu :≤O. 12%,Sn :≤O. 005%、As :≤O. 004%,Sb :≤O. 003%、N ≤0. 008%, 0≤0. 003%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；并應(yīng)滿足回火脆化敏感性系數(shù)J=(Si+ Mn) ≤P+ Sn)X10000 ( 80。
2.生產(chǎn)如權(quán)利要求I所述的一種厚度>100毫米的臨氫容器用鋼的方法，其步驟 1)進(jìn)行電爐冶煉，控制出鋼溫度在1620 1640°C； 2)將鋼水預(yù)熱3 5分鐘； 3)進(jìn)行LF爐處理按照45 70Kg/噸鋼加入活性石灰，按照O.03 O. 05Kg/噸鋼加入硅鈣或硅鐵粉，按照O. 015 O. 025Kg/噸鋼加入AD15脫氧劑； 4)進(jìn)行扒渣，控制鋼水中Si的重量百分比含量在0.05 O. 15% ； 5)在VD真空爐中進(jìn)行真空處理及吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入氬氣；控制真空度不超過(guò)67Pa，并進(jìn)行至少25分鐘的保壓，真空處理時(shí)間不少于25分鐘并同時(shí)停止吹氬氣； 6)按照2.7 3. O米/噸鋼一次性喂入Si—Ca線； 7)進(jìn)行再次吹氬，按照80 IOOml/分鐘吹入，吹氬時(shí)間不低于8分鐘； 8)進(jìn)行連鑄，控制拉坯速度在I.6 I. 7米/分鐘，并控制鑄坯厚度不少于150毫米； 9)堆冷至室溫； 10)采用低頻雙極串聯(lián)板坯電渣爐進(jìn)行電渣重熔冶煉并抽錠 a)將由電爐冶煉的鑄坯進(jìn)行拼接裝入電渣爐，并形成自耗極回路；并將預(yù)熔渣按照20 30Kg/噸鋼裝入電渣爐的結(jié)晶器中； b)進(jìn)行抽錠并同時(shí)采用保護(hù)罩進(jìn)行緩冷當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到60 <70毫米時(shí)，抽錠速度控制在3. 5 < 4. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到70 < 80毫米時(shí)，抽錠速度控制在4. 5 < 6. 5毫米/分鐘；當(dāng)電渣爐中的鋼水液面高度達(dá)到80毫米及以上后，抽錠速度控制在6. 5 8. 5毫米/分鐘； c)當(dāng)抽錠速度控制在7.5 8. 5毫米/分鐘時(shí)，進(jìn)行重熔，并按照32 36g/分鐘加入鋁粒直至重熔結(jié)束； d)進(jìn)行補(bǔ)縮，當(dāng)自耗電極融化到長(zhǎng)度剩余300 350毫米時(shí)進(jìn)行補(bǔ)縮，并控制此時(shí)抽錠速度在6. 5 7. 5毫米/分鐘直至重熔結(jié)束成為鑄坯，并繼續(xù)緩冷； 在重熔中，控制鋼水中的A、B、C及D夾雜總量彡I. 5級(jí)，O彡O. 003%, N彡O. 007%; 11)進(jìn)行模冷，模冷時(shí)間為2 2.5個(gè)小時(shí)； 12)將鑄坯置入緩冷坑進(jìn)行冷卻，時(shí)間不少于48個(gè)小時(shí)； 13)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱溫度在1200 1260°C，控制加熱速率在11 13分鐘/厘米，最終加熱溫度控制在1180 1230°C ； 14)進(jìn)行分段軋制控制粗軋段的開(kāi)軋溫度在1070 1130°C，精軋段的開(kāi)軋溫度在890 910°C，終軋溫度在860 880°C，精軋開(kāi)軋厚度在220 240毫米，精軋末三道次總壓下率不低于30%; 15)進(jìn)行空冷，空冷至680 720°C； 16)采用正火+回火熱處理，控制正火溫度在910 930°C，正火時(shí)間在150 200分鐘；回火溫度在690 710°C，回火時(shí)間在160 240分鐘；17)待用。 ·
全文摘要
一種厚度≥100毫米的臨氫容器用鋼及其生產(chǎn)方法，其組分及(wt%)為C0.08～0.12%、Si0.05～0.12%、Mn:0.30～0.45%、P:≤0.012%、S:≤0.010%、Cr2.10～2.25%、Ni≤0.18%、Mo0.95～1.10%、Cu≤0.12%、Sn≤0.005%、As≤0.004%、Sb≤0.003%、N≤0.008%,O≤0.003%；回火脆化敏感性系數(shù)J=(Si+Mn)(P+Sn)×10000≤80；工藝電爐冶煉；鋼水預(yù)熱；LF爐處理；扒渣；VD真空爐處理；喂入Si-Ca線；再次吹氬；連鑄；堆冷至室溫；進(jìn)行電渣重熔冶煉并抽錠；模冷；坑冷；鑄坯加熱；分段軋制；空冷；正火+回火熱處理；待用。本發(fā)明鋼板厚度在100～150毫米，且鋼純度高、鋼錠表面光滑、還能滿足力學(xué)性能要求。
文檔編號(hào)C22C38/60GK102732792SQ20121022352
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者余宏偉, 張新宇, 易勛, 李偉, 李德發(fā), 李銀華, 梁寶珠, 洪君, 熊濤, 熊玉彰, 王世森, 王孝東, 董漢雄, 邱文濤, 陳勇, 韋澤洪 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司