專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板及其低成本制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋼板低合金鋼生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，涉及到一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法，特別是適應(yīng)于80120KJ/cm大線能量焊接的石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板。
背景技術(shù)：
：隨著對(duì)能源的不斷需求，國(guó)內(nèi)外石油儲(chǔ)罐的建設(shè)不斷發(fā)展并向大型化發(fā)展，1030萬(wàn)《13大型石油儲(chǔ)罐的建設(shè)進(jìn)入高峰期。石油儲(chǔ)罐中的介質(zhì)屬于易燃危險(xiǎn)品，建造儲(chǔ)罐所需鋼材需經(jīng)國(guó)家指定的權(quán)威質(zhì)檢部門(mén)認(rèn)證后方可使用。為了降低材料及制造成本，石油儲(chǔ)罐主要采用高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)板，并且要求焊接施工高效率，如壁板施工中主要采用大線能量的氣電立焊和埋弧焊橫焊工藝，焊接線能量輸入在80120KJ/cm。因此，石油儲(chǔ)罐所采用的高強(qiáng)度鋼應(yīng)滿足(1)高屈服和抗拉強(qiáng)度、高韌性、高均勻性和穩(wěn)定性；(2)必須適應(yīng)大線能量焊接，采用80120KJ/cm的大線能量焊接后，其HAZ(焊接熱影響區(qū))塑韌性不明顯降低；(3)為了適合現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接前不需要預(yù)熱，焊后不產(chǎn)生焊接冷裂紋；(4)焊后580'CSR處理性能不降低。由于此鋼的技術(shù)要求高，生產(chǎn)難度大，為滿足不斷發(fā)展的大型石油儲(chǔ)罐建設(shè)的需要，國(guó)內(nèi)外對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接熱影響區(qū)組織性能特征、奧氏體晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行了大量的研究與探索，取得了一定的成果。在本發(fā)明之前，特開(kāi)昭49-37814號(hào)公報(bào)和特公平4-13406號(hào)公報(bào)中已經(jīng)公開(kāi)為降低焊接裂紋敏感性而降碳C和添加鈦一硼(Ti-B)的技術(shù)，通過(guò)添加硼B(yǎng)來(lái)保證鋼的淬透性。特開(kāi)昭61-12970號(hào)公報(bào)是低碳C加釩V及直接淬火生產(chǎn)低焊接敏感性的600MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼的方法，但都沒(méi)有涉及大線能量焊接，不適合于大型石油儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)施工中的大線能量焊接工藝。在特開(kāi)昭60-9086，特開(kāi)平2-254119，特開(kāi)昭59-113120，特開(kāi)昭61-12970公報(bào)中提出了不添加硼B(yǎng)的技術(shù)。公報(bào)中的技術(shù)都是600MPa級(jí)非調(diào)質(zhì)型鋼的技術(shù)，但從實(shí)施例中看出這些技術(shù)適用的板厚上限都是20mm左右，不能滿足大型石油儲(chǔ)罐用鋼板最大厚度3050mm要求。特開(kāi)平10-68045號(hào)公報(bào)是570MPa高強(qiáng)度級(jí)別的具有良好焊接裂紋敏感性和大線能量焊接后高沖擊值鋼的生產(chǎn)方法。此鋼強(qiáng)度偏低。特開(kāi)平10-298706號(hào)公報(bào)是600MPa高強(qiáng)度大線能量焊接低裂紋敏感性鋼及其生產(chǎn)方法。這兩者均對(duì)鋼中鈮Nb、釩V含量以公式625(有效Nb)+250V+210Ceq》t+40(t為鋼板厚度mm)加以限定，合金含量高，成本較高，與本發(fā)明目的屬于不同的合金設(shè)計(jì)理念。，國(guó)內(nèi)也有一些適用于石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板及其生產(chǎn)方法的研究。如"大線能量的焊接裂紋敏感性系列鋼及其生產(chǎn)方法"(ZL02115877.0)、"可大線能量焊接的超高強(qiáng)度厚鋼板及其制造方法"(ZL200410017255.5)、"一種可大線能量焊接的厚鋼板及制造方法"(申請(qǐng)?zhí)?00510023216.0)、"大線能量低焊接裂紋敏感型厚鋼板及其生產(chǎn)方法"(申請(qǐng)?zhí)?00510047195.6)、"一種適合大線能量焊接的Nb-Ti微合金鋼及冶煉方法"(申請(qǐng)?zhí)?00510047672.9)、"大線能量焊接非調(diào)質(zhì)高韌性低溫鋼及其生產(chǎn)方法"(ZL01128316.5)、"一種大線能量焊接非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板及其制造方法"(申請(qǐng)?zhí)?00710052134.8)。這些現(xiàn)有技術(shù)，主要存在如下問(wèn)題(1)焊接線能量低，一般只適用于》50KJ/cm80KJ/cm的焊接線能量的低溫球罐、儲(chǔ)罐的建設(shè)，而不適用于更大線能量焊接輸入的大型石油儲(chǔ)罐。雖然也有線能量較高者(申請(qǐng)?zhí)?00710052134.8),但其強(qiáng)度低于600MPa，不能滿足大型石油儲(chǔ)罐用鋼板強(qiáng)度要求。(2)添加硼B(yǎng)來(lái)保證鋼的淬透性。截至目前，抗拉強(qiáng)度600MPa級(jí)低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度鋼板基本上采用調(diào)質(zhì)型生產(chǎn)技術(shù)，幾乎都是通過(guò)添加B來(lái)保證鋼的淬透性，母材性能不穩(wěn)定，特別是焊接熱影響區(qū)的硬度會(huì)顯著提高，使焊接融合線的韌性變壞，特別是進(jìn)行大線能量單面一道次焊接時(shí)，由于沒(méi)有后續(xù)焊接道次的再加熱，使鋼的韌性顯著變壞。也有不添加B來(lái)保證焊接性能，如申請(qǐng)?zhí)枮?00510047195.6、'申請(qǐng)?zhí)枮?00510047672.9所涉及的技術(shù)，但其含有較多的鉻Cr、鈮Nb、鉬Mo等合金元素，合金成本較高。(3)采用離線調(diào)質(zhì)工藝或熱機(jī)械軋制工藝TMCP。離線調(diào)質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、環(huán)節(jié)多、表面質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高、周期長(zhǎng)、難以保證交貨時(shí)間；TMCP工藝由于受冷卻條件的影響，鋼板性能穩(wěn)定性差。(4)含有較多的昂貴金屬，合金成本較高。例如ZL200410017255.5，其成分(30.01%0.06%、Si0.10%0.50%、Mnl.00%1.40%、Nb0.010%0.050%、V0.040%0.090%、Cu0.60%1.00%、Cr0.20%0.50%、Mo0.20%0.50%、Ni0.50%0,80%、B5PPm30PPm、Ti0.005%0扁％、A1[S]0.040%0.070%,其中Nb含量較高，還含有Cu、Cr、B等元素，貴重金屬M(fèi)o的含量也較高，成本較高。(5)鋼種含有稀土元素，例如ZL01128316.5。稀土元素為非?；顫姷脑?，不容易控制，而且容易污染鋼水，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。.
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板及其低成本生產(chǎn)方法，該方法通過(guò)減少成分中貴重金屬含量，配合合適的冶煉、軋制技術(shù)，充分利用能源，降低生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)組織難度，減少生產(chǎn)工序，縮短生產(chǎn)周期；并且得到的鋼板適應(yīng)于更大線能量的焊接(80120KJ/cm)，該鋼板可應(yīng)用于1030萬(wàn)立方米石油儲(chǔ)罐。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，它的主要化學(xué)成分重量百分比為C:0.010.12%，Si:0.150.35%，Mn:1.451.80%，P《0.010%，S《0.003%，Al:0.020.060/o，V:0.020.06%，Ni:0.200.德，N:0扁0.006%，其余為Fe和其它合金元素及不可避免的雜質(zhì)。在所述的一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板中，鋼的化學(xué)成分中加入以下重量百分比的Nb《0.02%，Mo《0.12%，Ti:0.0100.040%，且滿足Ti/N=2.03.4;同時(shí)，鋼的化學(xué)成分滿足再熱裂紋敏感系數(shù)PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2《0;焊摸裂紋敏感性系數(shù)Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+CH"Cu)/20+Mo/15+V/10+5B《0.21%。所述大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板的制造方法，其特征在于，a.KR鐵水處理；b.LF+VD精煉技術(shù)；C.大板坯連鑄技術(shù)；d.板坯加熱；e.熱軋，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)大壓下實(shí)現(xiàn)充分再結(jié)晶；f.直接淬火冷卻；g.強(qiáng)力熱矯直控制板形；h.無(wú)氧化輥底式爐回火處理。在所述大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板制造方法中，在充分脫氧后在LF加入Nb，VD或RH中加入Ti，并通過(guò)加入Ca進(jìn)行處理，球化夾雜物形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了純凈鋼的冶煉，凈化鋼質(zhì)。在所述大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板制造方法中，將鋼坯加^至11001250°C;在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成鋼板；在奧氏體未發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼板軋制，終軋溫度860950°C;軋制后利用汽霧及水幕兩階段冷卻實(shí)現(xiàn)鋼板2545'C/s的快速冷卻，實(shí)現(xiàn)鋼板在線淬火；對(duì)淬火后的鋼板進(jìn)行60(TC65(TC高溫回火。本發(fā)明是通過(guò)極少量的Nb、Ti、V元素微合金化，減少焊接裂紋敏感性組分，不添加B元素，將鋼的成分控制在C《0.15X，Pcm《0.21%，并且通過(guò)控制冶煉過(guò)程中高溫生成彌散分布的細(xì)小粒子TiN，控制鋼板的微觀組織和粒子析出量，抑制鋼板在焊接過(guò)程中晶粒的長(zhǎng)大，改善其HAZ區(qū)低溫韌性，提高抗大線能量焊接輸入的能力。通過(guò)控制冶煉過(guò)程O(píng)、N、H的含量，合金元素的加入順序，利用鋼板高溫再結(jié)晶軋制充分細(xì)化晶粒，利用軋制后鋼板的余熱在線直接淬火，離線回火來(lái)生產(chǎn)大線能量焊接用高強(qiáng)度鋼板。加速冷卻可以節(jié)約能耗、降低生產(chǎn)成本。鋼板生產(chǎn)時(shí)，利用軋后鋼板的余熱，給予一定的冷卻速度控制其相變過(guò)程，從而可以取代軋后正火處理和淬火加回火處理，節(jié)省了二次加熱的能耗，減少了工序，縮短了生產(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)成本。為了保證本發(fā)明的目的，使鋼板具有高強(qiáng)度的同時(shí)，具有高的韌性、良好的焊接性能，首先要設(shè)計(jì)合適的組織-貝氏體、回火索氏體。低碳當(dāng)量、低裂紋敏感系數(shù)組分的鋼板具有良好的低溫韌性和焊接性能。本發(fā)明中各元素限量的理由詳述如下c對(duì)鋼的強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響，c一方面可以提高強(qiáng)度，另一方面，隨著c含量的增高，低溫沖擊韌性、焊接性能會(huì)隨之降低。當(dāng)C高于0.12X時(shí)，焊接熱影響區(qū)中出現(xiàn)多量的淬硬組織，使韌性得到惡化，而且高C時(shí)容易產(chǎn)生焊接裂紋。本發(fā)明C含量限制在0.01^0.12%。Mn主要起固溶強(qiáng)化作用，提高錳含量可以顯著提高鋼的抗拉強(qiáng)度，錳還可以推遲鐵素體、珠光體的轉(zhuǎn)變，并降低貝氏體的轉(zhuǎn)變溫虔，有利于形成細(xì)晶粒組織；當(dāng)Mn含量高于1.80X時(shí)，熱影響區(qū)韌性變壞。本發(fā)明Mn含量限制在1.451.80%。鋼中添加微量Nb、V、Ti元素，能抑制鋼材焊接影響區(qū)韌性的下降。Nb、V、Ti是強(qiáng)碳、氮化物形成元素，在鋼中可形成細(xì)小、分散、質(zhì)硬的碳化物或氮化物，起到彌散強(qiáng)化、細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用，可有效提高鋼的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性、抗腐蝕性、延展性和焊接性能，降低鋼的過(guò)熱敏感性及時(shí)效傾向。鈮能產(chǎn)生非常顯著的晶粒細(xì)化及中等程度的沉淀強(qiáng)化作用，易與C、N結(jié)合生成碳氮化物，在軋制過(guò)程中通過(guò)彌散析出釘扎晶界阻止晶粒的長(zhǎng)大，延遲奧氏體的再結(jié)晶，以起到改善強(qiáng)度和韌性的作用。但加入太多，導(dǎo)致鋼的再結(jié)晶溫度升高。本發(fā)明Nb含量《0.02X。Ti化學(xué)活性很強(qiáng)，易與鋼中的C、N、O、S形成化合物。加入微量Ti，使其與鋼中的N形成TiN，TiN粒子與鐵素體的錯(cuò)配度很小(3.8%)，可作為非均勻形核的基體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化及中等程度的晶粒細(xì)化作用。TiN可阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過(guò)程中晶粒的長(zhǎng)大，改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。同時(shí)，TiN可有效阻止奧氏體晶粒在加熱過(guò)程中的長(zhǎng)大，起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用，并能改善焊接熱影響區(qū)的韌性。本發(fā)明嚴(yán)格控制Ti、N元素含量，分別為0.0100.030%、0.0030.006%，且控制Ti/N=2.03.4。釩的溶解度較低，對(duì)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大及再結(jié)晶的作用很弱，主要是通過(guò)鐵素體中C、N化合物的析出而產(chǎn)生中等程度的沉淀強(qiáng)化作用。V的適量添加可以保證母材和焊接接頭的強(qiáng)度，但含量大于0.06%時(shí)可降低母材韌性及焊接性能。本發(fā)明V含量限制為0.020.06%。Mo能夠提高厚鋼板的淬透性，有助于軋制時(shí)奧氏體晶粒細(xì)化和和微細(xì)貝氏體的生成。Ni的主要作用是提高鋼的低溫韌性。但這兩種元素均能顯著提高碳當(dāng)量，導(dǎo)致鋼的焊接性能下降，且Mo、Ni合金較為貴重。為在保證鋼板各項(xiàng)性能的前提下降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明對(duì)Mo、Ni元素含量限制范圍分別為0.080.12%、0.200.40%。Al是脫氧元素，鋼中形成的A1N可有效細(xì)化晶粒，含量0.02%0.06%較為合適。鋼中的雜質(zhì)元素P、S、N要盡量低，避免出現(xiàn)鋼中夾雜物，影響鋼板的韌性。本發(fā)明要求P《0.010X，S《0.003%。通過(guò)上述分析，本發(fā)明是充分利用錳的作用，提高錳、降低碳的含量，減少M(fèi)o及Ni，利用微量的Nb來(lái)消化一部分N，加入Ti元素，利用冶煉時(shí)形成Ti/N=2.03.4的配比來(lái)在高溫狀態(tài)下生成細(xì)小的TiN粒子，在其后的控軋及調(diào)質(zhì)過(guò)程中TiN的穩(wěn)定性來(lái)保證鋼板中均勻細(xì)小的TiN，控制鋼板焊接時(shí)晶粒的粗大，改善鋼板的焊接性能。1、本發(fā)明采用高潔凈鋼生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出低硫、磷含量，低碳高錳，鈮、鈦復(fù)合微合金化的成分設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)成分含量按重量的百分比見(jiàn)表1。表1化學(xué)成分含量(重量的百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明的鋼化學(xué)成分滿足PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2《0，Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B《0.21%。具有良好的抗再熱裂紋敏感性和焊接性能。在線淬火、離線回火工藝采用的成分設(shè)計(jì)是利用極少量的Nb、V、Ti的復(fù)合微合金化，添加少量Mo提高厚鋼板的淬透性，配合后期的控制軋制，充分利用軋制后鋼板的余熱，利用汽霧及水幕兩階段冷卻實(shí)現(xiàn)^》25"C/s的快速冷卻，使鋼板在線淬火，節(jié)約了能源，節(jié)省了同類(lèi)鋼板下線淬火的工序，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了能源。2、本發(fā)明鋼的力學(xué)性能見(jiàn)表2。經(jīng)80120KJ/cm的大線能量焊接后，抗拉強(qiáng)度》610MPa，熱影響區(qū)-20。C沖擊功平均值》47J，單值》33J。表2力學(xué)性能規(guī)格mmRpo.2，MPaRm，MPsA，％冷彎180°AKV，J,-20°C縱向1250》490610730》17d=3a》1003、本發(fā)明鋼的生產(chǎn)工藝a.KR鐵水處理；b丄F+VD精煉技術(shù)；c.大板坯連鑄技術(shù)；d.板坯加熱；e.熱軋，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)大壓下實(shí)現(xiàn)充分再結(jié)晶；f.直接淬火冷卻；g.強(qiáng)力熱矯直控制板形；h.無(wú)氧化輥底式爐回火處理。4、本發(fā)明鋼冶煉過(guò)程通過(guò)加入Ca進(jìn)行處理，球化夾雜物形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了純凈鋼的冶煉，凈化了鋼質(zhì)。5、本發(fā)明鋼冶煉過(guò)程合金元素加入順序Nb、V、Ti是較貴重的合金元素，在真空處理后期或真空處理完畢后再加，一方面能極大提高微合金元素吸收率，同時(shí)也可以減少鋼中氫的含量。6、本發(fā)明鋼的生產(chǎn)過(guò)程為將鋼坯加熱至11001250"C;在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成鋼板；在奧氏體未發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼板軋制，終軋溫度86095(TC;以不低于約25°C/s的冷卻速率在線淬火，至低于約15030(TC的淬火終止溫度；對(duì)淬火后的鋼板進(jìn)行高溫回火。本發(fā)明的有益效果突出表現(xiàn)在1、化學(xué)成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，按元素添加量及種類(lèi)盡量少的原則，合理調(diào)整各元素的配比量，保證鋼板的性能，減少生產(chǎn)成本。2、不添加B元素，避免了B對(duì)焊接熱影響區(qū)硬度及母材性能穩(wěn)定性的影響，保證了鋼板的大線能量焊接性能。3、采用軋后直接在線淬火工藝。以不低于25°C/s的冷卻速率在線淬火，鋼板性能穩(wěn)定，生產(chǎn)周期短、成本低、組織難度小。4、釆用合理的貴重合金加入順序，提高合金元素吸收率，降低合金成本。5、實(shí)現(xiàn)了鋼板高強(qiáng)度、高韌性及優(yōu)良焊接性的有機(jī)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)可大線能量焊接，ox:以上焊接鋼板無(wú)需進(jìn)行預(yù)熱。圖1為實(shí)例中鋼板沖擊斷口形貌(SEM);圖2為實(shí)例中21.5mm鋼板OPM組織(厚度1/4X500);圖3為實(shí)例中21.5mm鋼板SEM組織(厚度1/4X3000);圖4為實(shí)例中21.5mm鋼板SEM組織(厚度1/4X2000);圖5為比較鋼板SEM組織(厚度1/4X2000)。具體實(shí)施方式本發(fā)明所述鋼的采用在線淬火+回火的工藝生產(chǎn)油罐鋼，其工藝流程如下優(yōu)質(zhì)鐵水-KR鐵水預(yù)處理-120噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐-CAS站吹氬處理-LF爐精煉-VD真空脫氣處理-板坯澆鑄-步進(jìn)式加熱爐-高壓水除鱗-3200mm軋機(jī)粗軋-3500mm軋機(jī)精軋-在線淬火-強(qiáng)力矯直-精整-噴號(hào)標(biāo)識(shí)-探傷-回火-取樣檢驗(yàn)-入庫(kù)-發(fā)貨。冶煉工藝.*采用轉(zhuǎn)爐冶煉，通過(guò)頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，進(jìn)行深脫碳；釆用LF爐和VD爐真空處理，降低O、H、N等有害氣體以及S的含量；添加合金元素，進(jìn)行微合金化；Ca處理，喂Si-Ca線l6m/t，控制硫化物形態(tài)，提高延性和韌性，減少鋼板橫向和縱向性能差；連鑄采用電磁攪拌。最終本發(fā)明鋼的化學(xué)成分為(按重量百分比)C:0.010.12%,Si:0.150.35%，Mn:1.451.80%，P《0.010%，S《0.003%，Al:0.020.06%，Nb《0.02%,V:0.020.06%，Ti:0.0100.040%,Ni:0.200.40%，Mo《0.12%，N:0.0030.006%且滿足Ti/N=2.03.4。另外，本發(fā)明的鋼化學(xué)成分還必須滿足PSR二Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2《0,Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B《0.21(%)其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。鋼坯熱裝爐工藝連鑄坯切割完畢后，直接輸送至加熱爐，鋼坯表面入爐溫度30050(TC,鋼坯在爐加熱時(shí)間》3小時(shí)，使析出的Nb等合金元素充分溶回到奧氏體中。鋼坯最終加熱溫度11501200°C。軋制冷卻工藝釆用雙機(jī)架控軋，粗軋機(jī)進(jìn)行》98(TC的完全再結(jié)晶軋制，減少中間坯的等待時(shí)間，防止變形后奧氏體過(guò)分長(zhǎng)大。精軋機(jī)進(jìn)行再結(jié)晶控軋，軋制溫度控制在930°C(Ar3+100°C)，累積變形量》60%，末道次之前道次變形率2530%。軋后鋼板立即進(jìn)行高速冷卻，冷速2540'C/s，終冷溫度控制在15030(TC之間。以得到高位錯(cuò)密度的細(xì)粒狀貝氏體和細(xì)板條貝氏體?；鼗鸸に嚂?huì)同合金元素設(shè)計(jì)、控軋控冷工藝共同體現(xiàn)出鋼板最后高強(qiáng)度和良好的塑性、韌性性能。鋼板矯直完后，在58(TC40(TC溫度范圍內(nèi)快速完成剪切和收集過(guò)程，然后在熱處理爐前罩式堆垛保溫，在300t以上溫度進(jìn)入熱處理爐進(jìn)行60(TC65(rC爐內(nèi)回火，在爐時(shí)間1.52.0m/mm。鋼板出爐后空冷。1、本發(fā)明鋼母材性能常規(guī)力學(xué)性能位于發(fā)明鋼板寬度的1/4處，對(duì)鋼板頭部取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，其力學(xué)性能如表3所示。表3發(fā)明鋇板力學(xué)性'能爐號(hào)軋制批號(hào)板厚mm部位RP0.2MPaRmMPaA%冷彎實(shí)驗(yàn)D=3al80°06S6-0422006HR3809515頭部54564518.5,合格06HR3922521.5頭部58065518.5合格06HR3卯8921.5頭部58065019合格06HR3922332頭部56566019合格低溫韌性試驗(yàn)對(duì)15、21.5、32mm發(fā)明鋼板，進(jìn)行了常溫-6(TC系溫度沖擊韌性檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。表4發(fā)明鋼系列溫度沖擊韌性<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表4可以看出，在20。C-40°C溫度范圍內(nèi)相同部位沖擊功比較均勻；鋼板頭、尾部的沖擊功值較高，且頭部、尾部的沖擊值相差不超過(guò)20J，由此看整張鋼板的低溫韌性高且很均勻。圖1為本發(fā)明鋼沖擊斷口掃描形貌。從SEM斷口觀察看，沖擊試樣斷口為韌性斷口，說(shuō)明鋼板的低溫韌性良好。鋼板均勻性試驗(yàn)為檢驗(yàn)發(fā)明鋼板性能的均勻性，對(duì)15mm厚發(fā)明鋼板，在其頭部、中部、尾部，板寬的兩個(gè)邊部、兩個(gè)1/4處及1/2處取樣進(jìn)行強(qiáng)度及低溫韌性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)明鋼板各部位性能均勻。表515mm發(fā)明鋼板力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>注沖擊功是平均值。無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度NDTT試驗(yàn)對(duì)21mm和32mm厚發(fā)明鋼板進(jìn)行落錘試驗(yàn)，試樣橫向取樣。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。表6不同厚度JGR610E鋼板落錘試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>注O表示未斷，x表示斷裂上述結(jié)果表明，發(fā)明鋼板具有較低的無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度，可以滿足防止脆性斷裂及止裂的設(shè)計(jì)要求,可以滿足-40'C用鋼對(duì)無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度的要求。微觀組織試驗(yàn)對(duì)21.5mm厚發(fā)明鋼板沿軋制方向取試樣，利用GX71型倒置式系統(tǒng)金相顯微鏡、XL—30掃描電子顯微鏡對(duì)回火態(tài)鋼板四分之一處進(jìn)行組織分析，組織主要是回火索氏體和低碳貝氏體，組織均勻細(xì)小。光學(xué)顯微鏡金相照片如圖2、3所示。2、焊接性試驗(yàn)焊接熱模擬試驗(yàn)在100KJ/cm和120KJ/cm焊接線能量條件下，熱模擬后的發(fā)明鋼試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)的V型缺口沖擊試樣，在-2(TC進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。_表7熱模擬試樣的-20。C沖擊試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>上述結(jié)果可以看出，在峰值加熱溫度為130(TC時(shí)，輝接線能量為100KJ/cm和120KJ/cm時(shí)，沖擊吸收功的平均值都能達(dá)到80J，單個(gè)最小值47J》33J。說(shuō)明發(fā)明鋼經(jīng)過(guò)大線能量焊接后熱影響區(qū)仍能保持高的沖擊功。氣電立焊焊接接頭力學(xué)性能發(fā)明鋼板采用氣電立焊焊接，線能量控制在100KJ/cm，按JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》的要求對(duì)焊接接頭焊態(tài)進(jìn)行拉伸與冷彎試驗(yàn)。其拉伸、冷彎試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。表8發(fā)明鋼焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>發(fā)明鋼焊接系列溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表9。表9氣電立焊焊接接頭焊態(tài)系列溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>熔合線焊態(tài)0112，100,105(106)21,27,28(25)-2087,68,90(82)41,45，48(45)-4045,50,58(51)70,64，67(67)21.5-6028,26,24(26)80,72,75(76)mm20225,205,217(216)0,0,0(0)熱影響區(qū)焊態(tài)0214,217,201(211)0，0，0(0)-20l卯，200,195(195)0,10,13(12)-40145,150,152(149)24,28，30(27)-60跳97,85(94)46'54，52(51)綜上所述，氣電立焊采用100KJ/cm大線能量焊接，焊接接頭的力學(xué)性能完全符合技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)大線能量焊接后，焊接熱影響區(qū)-2(TC的沖擊功為195J，母材沖擊功為245J,可以看出下降幅度小于25%。從而說(shuō)明發(fā)明鋼完全滿足大線能量焊接的要求。14焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)發(fā)明鋼試板的制作及硬度的測(cè)定按GB4675.5-1984《焊接性試驗(yàn)——悍接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)用焊條采用①4.0mm的PP.J607RH焊條.(40(TCXl小時(shí)烘干)，試板焊前預(yù)熱溫度分別為室溫(2(TC)、預(yù)熱75X:和預(yù)熱12'5°C，施焊電流種類(lèi)為直流，焊接電流為170180A，電弧電壓為2224V，焊接速度為150mm/min。試驗(yàn)焊縫在原始軋制面上進(jìn)行，。焊后試板經(jīng)解剖，以切于焊接熔合線底部切點(diǎn)為O點(diǎn)，左右每隔0.5mm作為硬度的測(cè)定點(diǎn)。維氏硬度測(cè)定按GB/T4340-1984《金屬維氏硬度試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行，試板在不同焊前預(yù)熱溫度下施焊的維氏硬度測(cè)定點(diǎn)位置及其硬度值見(jiàn)表10。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)鋼板的抗冷裂紋性能，一般認(rèn)為，鋼板的焊接熱影響區(qū)最高硬度大于HV350時(shí)，即有一定的冷裂紋傾向。由結(jié)果可見(jiàn)該鋼板在預(yù)熱至75t時(shí)，焊接熱影響區(qū)最高硬度在310N/mm2左右，冷裂紋傾向不大。、'表10維氏硬度測(cè)定點(diǎn)位置及其硬度值<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>注表中黑體字的數(shù)據(jù)為焊接熱影響區(qū)最高硬度值。焊接接頭SR熱處理試驗(yàn)試驗(yàn)選用32mm厚的發(fā)明鋼板，試驗(yàn)焊條為44.0mm的PRJ607RH，焊條焊前經(jīng)400。CX1小時(shí)的烘干處理。焊接預(yù)熱溫度為100。C，焊接線能量為30~35KJ/cm，焊后立即進(jìn)行250°CX0.5小時(shí)的消氫處理，然后進(jìn)行580。C的應(yīng)力消除熱處理。試驗(yàn)中有一組未進(jìn)行焊后熱處理，以便進(jìn)行力學(xué)性能的對(duì)比。對(duì)不同焊后熱處理的焊接接頭進(jìn)行拉伸與冷彎試驗(yàn)。采用全厚度帶肩板形拉伸試樣(試樣尺寸為32X25X250mm)對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；冷彎試驗(yàn)采用全厚度側(cè)彎試樣，試樣寬度為32mm，試樣厚度為10mm，側(cè)彎試樣為4件；焊接接頭沖擊試樣取樣按照J(rèn)B4708-2000的要求。拉伸、沖擊、冷彎試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11和表12。_焊接接頭不同焊接工藝力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表12焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)應(yīng)力消除熱處理，接頭的抗拉強(qiáng)度與焊態(tài)焊接接頭相比稍有下降，焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)室溫和低溫沖擊功也有一定程度的下降,但仍然滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。3、本發(fā)明鋼同其他類(lèi)似鋼板的比較把發(fā)明鋼板同其他企業(yè)現(xiàn)有類(lèi)似鋼板作組織、母材成分性能和焊接性能比較，組織對(duì)比見(jiàn)圖4和圖5，母材成分性能和焊接性能見(jiàn)表13和表14。從從圖4和圖5對(duì)比可以看出，本發(fā)明鋼的組織均勻細(xì)小，優(yōu)于比較鋼；從表13可以看出，在保證本發(fā)明鋼性能不低于比較鋼的基礎(chǔ)上，Mo、Nb等貴重合金成分都明顯低于比較鋼，說(shuō)明發(fā)明鋼經(jīng)濟(jì)性較高。從表14可以看出，相比對(duì)比其他企業(yè)生產(chǎn)的鋼板，顯然本發(fā)明鋼在大于100KJ/cm的線能量下，甚至達(dá)到120KJ/cm后熱影響區(qū)仍具有很高的低溫韌性，大大優(yōu)于比較鋼。以上說(shuō)明，通過(guò)在線淬火+離線回火加工方法生產(chǎn)該高強(qiáng)鋼，其經(jīng)濟(jì)性較高，且焊接性能優(yōu)于其他方法，是一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板的低成本制造方法。表13發(fā)明鋼和比較鋼成分性能對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表14發(fā)明鋼和比較鋼焊接性能對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>權(quán)利要求1.一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，它的化學(xué)成分重量百分比為C0.01～0.12％，Si0.15～0.35％，Mn1.45～1.80％，P≤0.010％，S≤0.003％，Al0.02～0.06％，V0.02～0.06％，Ni0.20～0.40％，N0.003～0.006％，其余為Fe和其它合金元素及不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板，其特征在于，鋼的化學(xué)成分中加入以下重量百分比的Nb《0.02%，Mo《0.12%，Ti:0.0100.040%，且滿足Ti/N=2.03.4;同時(shí)，鋼的化學(xué)成分滿足PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2《0;Pcm二C+Si/30+Ni/60+(Mn+CrfCu)/20+Mo/15+V/10+5B《0.20%。3.—種如權(quán)利要求1或2所述的大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板的制造方法，其特征在于，a.KR鐵水處理；b.LF+VD精煉技術(shù)；c.大板坯連鑄技術(shù)；d.板坯加熱；e.熱軋，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)大壓下實(shí)現(xiàn)充分再結(jié)晶；f.直接淬火冷卻；g.強(qiáng)力熱矯直控制板形；h.無(wú)氧化輥底式爐回火處理。4.如權(quán)利要求3所述的大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板制造方法，其特征在于在充分脫氧后在LF加入Nb,VD或RH中加入Ti，并通過(guò)加入Ca進(jìn)行處理，球化夾雜物形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了純凈鋼的冶煉，凈化鋼質(zhì)。5.如權(quán)利要求4所述的大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板制造方法，其特征在于將鋼坯加熱至1100125(TC;在奧氏體可發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼坯軋制成鋼板；在奧氏體未發(fā)生再結(jié)晶區(qū)將鋼板軋制，終軋溫度S6095(TC;軋制后利用汽霧及水幕兩階段冷卻實(shí)現(xiàn)鋼板2545'C/s的快速冷卻，實(shí)現(xiàn)鋼板在線淬火；對(duì)淬火后的鋼板進(jìn)行60(TC65(TC高溫回火。全文摘要一種大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板及其低成本制造方法，特別是適應(yīng)于≤120KJ/cm線能量焊接的大型石油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度厚鋼板。它的化學(xué)成分重量百分比為C0.01～0.12％，Si0.15～0.35％，Mn1.45～1.80％，P≤0.010％，S≤0.003％，Al0.02～0.06％，V0.02～0.06％，Ni0.20～0.40％，N0.003～0.006％，其余為Fe和其它合金元素及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明方法采用在線淬火+離線回火工藝，減少貴重合金元素，獲得具有優(yōu)良焊接性能的高強(qiáng)高韌性厚鋼板，0℃以上焊接無(wú)需預(yù)熱；降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了能源，提高了生產(chǎn)效率，改善了焊接施工條件，可廣泛應(yīng)用于10～30萬(wàn)米³大型石油儲(chǔ)罐的建設(shè)。文檔編號(hào)C22C38/12GK101215669SQ20081001360公開(kāi)日2008年7月9日申請(qǐng)日期2008年1月8日優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日發(fā)明者侯東華,劉曉東,唐立冬,夏佃秀,姜廣林,浩孫,孫衛(wèi)華,宋汝貴,徐洪慶,李國(guó)寶,賈玉萍,陳啟祥申請(qǐng)人:濟(jì)南鋼鐵股份有限公司