專利名稱：：一種大厚度臨氫設備用鋼板及其生產工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于煉鋼
技術領域：
，主要涉及的是一種大厚度臨氫設備用鋼板及其生產工藝。
背景技術：
：自60年代以來，2XCr-lMo鋼一直是臨氫設備普遍采用的材料，我國主要依賴進口。由于長期處于高溫、高壓、臨氫狀態(tài)，設備材質容易發(fā)生回火脆化，且有相當的氫擴散、滲入并溶解于鋼中，對鋼造成損傷。高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因為氫以原子狀態(tài)滲入金屬內，并在金屬內部再結合成分子，產生很高的壓力，嚴重時會導致鼓包、皺折或裂紋；氫與鋼中的碳結合，使鋼脫碳；使鋼中的硫化物與氧化物還原。作為建造加氫反應器用的2.25Cr-lMo鋼具有較強的氫脆敏感性，在含氫介質環(huán)境中，氫可能在鋼的缺陷部位引發(fā)氫誘導開裂。因此，普通的2XCr-lMo鋼從抗氫性能和抗蠕變性能考慮，最高使用溫度限制到454'C，滿足不了某些油品加氫裝置和煤加氫液化裝置的需要。伴隨著冶煉技術的不斷提高，2XCr-lMo鋼的純潔性、勻質性、抗氫性和綜合機械性能都在不斷的得到改善和提高，2^Cr-1Mo-0.25V鋼就是在此基礎上開發(fā)出的新鋼種。雖然后者的抗氫性和綜合機械性能有所提高，但該鋼種焊接性稍差，冷裂傾向大，焊接條件更為苛刻。此外，己商品化的抗氫鋼板還存在規(guī)格范圍窄的問題。由于厚板的熱處理工藝難度大，國家最新標準規(guī)定厚度極限為150mm。但是就目前國內的生產技術裝備和工藝技術而言，厚度超過120mm很難保證鋼板性能，無法滿足日益增長的厚板市場的需求，主要依賴進口產品補給。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種大厚度的臨氫設備用鋼板，在不降低普通Cr-Mo抗氫鋼板綜合力學性能的基礎上，使之既具有良好的抗氫蝕能力，又具備良好低溫韌性和悍接性能。這一目的是通過以下技術方案實現的一種大厚度臨氫設備用鋼板，其特征在于以質量百分比計，鋼板由以下元素組成CO.130.15%、Si《0.腦、MnO.500.60%、P《0.008%、S《0.007%、NiO.140.18%、Cr2.302.50%、Cu《0.15%、MoO.951.10%、NbO.0150.020%、TiO.0100.020%、A10.0200.045%、As《0.016%、Sn《0.015%、Sb《0.003%，其余為Fe和不可避免的雜質。所述大厚度臨氫設備用鋼板的厚度為137mm。一種所述大厚度臨氫設備用鋼板的生產方法，其特征在于包括以下步驟(1)冶煉工藝鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂Al線300500m，大包溫度》1600。C時，吊包VD爐真空處理；(2)澆鑄工藝保真空破壞后溫度為15551565°C;(3)加熱工藝為了避免Cr-Mo鋼鋼錠表面出現炸裂，鋼錠實現溫送、溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼1小時；為保證合金元素充分固溶、r晶粒細小，采用低速燒鋼，1000。C以下升溫速度《120'C/h,最高加熱溫度為125CTC;(4)軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，溫度在9501150'C之間，累計壓下率》70%，使奧氏體發(fā)生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度《93(TC，終軋溫度《900'C，壓下率應盡量大，累計壓下率》50%，在這一階段內，奧氏體晶粒被拉長，在伸長而未再結晶的奧氏體內形成高密度形變孿晶和形變帶，同時微合金碳、氮化物因形變誘導析出，細化了晶粒；(5)水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅溫度為680720。C;(6)熱處理工藝鋼板經過修磨、探傷和拋丸后，進行正火+回火處理，正火溫度為930士l(TC，總加熱時間為2min/mm，正火后按照輥速3m/min低速和上下水比1:3的大水量進行冷卻，入水溫度^88(TC，鋼板冷卻速度》3。C/S，返紅溫度《300'C;回火溫度為710±IO'C，總加熱時間為2.5min/mm，回火后自然冷卻。本發(fā)明所述的技術方案以Cr-Mo為基本的合金元素對鋼板進行成分含量設計和生產工藝控制，據此生產出的鋼板鋼質純凈，晶粒度達到了8級，組織為回火索氏體；抗氫蝕能力優(yōu)良；具有較高的強度和韌性，尤其是-30'C低溫韌性好，抗疲勞性能優(yōu)異；焊接性良好，焊接冷裂傾向小，焊接時所需的熱處理溫度較2乂Cr"-IMo-0.25V鋼低。本發(fā)明根據各元素的功能將其限定在特定的范圍內，其中C含量為0.130.15%，主要與其他元素形成碳化物，起組織強化和析出強化的作用，使鋼板強度增加。Cr和Mo作為碳化物形成元素，可以使鋼中的碳元素以化學性質較為穩(wěn)定的合金碳化物形式存在下來，緩和碳在銖素體中的擴散，從而減輕在鋼表面和內部發(fā)生的甲垸反應，提高鋼的抗氫蝕性能；同時它們還能提高鋼的淬透性、抗高溫蠕變斷裂性和高溫強度。Nb的含量為0.0150.020。/。。該元素與碳、氮、氧都有極強的結合力，并與之形成相應的極為穩(wěn)定的化合物，能夠阻止奧氏體晶粒長大從而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，使鋼具備很好的抗氫性能。Ti含量為0.0100.020%，與Nb的作用接近，能夠改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度，并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。Ni的作用主要是增大奧氏體的過冷度，從而細化組織，取得強化效果，并增加鋼的耐大氣腐蝕能力，提高低溫沖擊韌性和降低冷脆轉變溫度。因此本發(fā)明要求Ni含量為O.140.18%。要求Al的含量為0.0200.045%。Al在煉鋼中用作脫氧定氮劑，同時還能夠細化晶粒，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度；若含A1量較高，則會降低鋼板高溫強度和韌性。Mn主要起固溶強化和降低相變溫度提高鋼板強度的作用，同時能促進P的回火脆性，含量過高時時，會使鋼的焊接性能變壞，同時也會使鋼的耐銹蝕性能降低，因而本發(fā)明中Mn的含量為0.500.60%。雜質元素P、S、As、Sn和Sb在工藝設備能力下應盡可能降低，以獲得較低的回火脆性敏感性。此外，對鋼材的回火脆化敏感性系數J和X有影響的元素還有Mn、Si?？紤]到鋼淬透性及強度等因素，鋼中要求有一定的Mn含量，因此降低鋼中的Si含量對降低J系數十分重要。本發(fā)明中Si的含量不能超過O.1%。采用本發(fā)明所述技術方案生產出的大厚度臨氫設備用鋼板具有很低的J系數和X系數，采用II型控軋工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、沖擊韌性降低現象，適合低軋制壓力軋機生產高強鋼。鋼板的交貨狀態(tài)為正火+回火，組織為回火索氏體，有較高的強度和良好的低溫韌性，提高了鋼板的綜合力學性能，同時具有良好的抗氫蝕能力。正火+回火工藝生產的大厚度Cr-Mo抗氫鋼板在行業(yè)內尚無先例。具體實施例方式本發(fā)明的大厚度臨氫設備用鋼板各成分的實際含量，以質量百分比計，如表1所示，其厚度為137腿，頭、尾部的焊接冷裂指數尸cw分別為0.37%、0.36%,碳當量Ce《為0.91%。表1大厚度臨氫設備用鋼各成分的含量及回火脆化敏感性系數<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>大厚度臨氫設備用鋼板的生產方法為(1)冶煉工藝鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂Al線300500m，大包溫度》160(TC時，吊包VD爐真空處理；(2)澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1555—1565°C;(3)鋼錠清理和加熱工藝為了避免Cr-Mo鋼鋼錠表面出現炸裂，鋼錠實現溫送、溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時；為保證合金元素充分固溶,采用低速燒鋼，1000r以下升溫速度《120'C/h，最高加熱溫度1250°C。(4)軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，約在9501150'C之間，此階段大多數道次壓下量為825%，累計壓下率》70%,使奧氏體發(fā)生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒。第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度《930'C，終軋溫度《90(TC，此階段壓下率應盡量大，累計壓下率>50%;(5)水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅溫度為720'C左右，冷卻速度10~20°C/S;(6)熱處理工藝鋼板經過修磨、探傷和拋丸后，對鋼板進行正火+回火處理，正火溫度為930±10°C，總加熱時間為2min/mm，正火后按照輥速3m/min低速和上下水比1:3的大水量進行冷卻，入水溫度》880。C，鋼板冷卻速度》3。C/S，返紅溫度《300。C?；鼗饻囟葹?10±IO'C，總加熱時間為2.5min/ram，回火后自然冷卻。與普通的2乂Cr-lMo鋼和2乂Cr-lMo-0.25V鋼相比，本發(fā)明鋼板的焊接冷裂指數和碳當量相對較低，這表明鋼板具有焊接性良好，焊接冷裂傾向小，焊接時所需的熱處理溫度較低。具有較低的J系數和X系數，組織致密，宏觀上不存在缺陷，具有良好的耐蝕性能，依據本發(fā)明所述技術方案生產大厚度臨氫設備用鋼板，對其中部分批次進行力學性能測試，其結果如表2所示。實驗結果表明，本發(fā)明的大厚度臨氫設備用鋼板具有很好的綜合力學性能，強度高、韌性強，尤其是-30'C低溫韌性好，抗疲勞性能優(yōu)異，完全能夠滿足臨氫設備用鋼的要求，適合大批量生產。表2大厚度臨氫設備用鋼板的性能測試結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注試樣編號中T-代表頭部試樣；W-代表尾部試樣。權利要求1.一種大厚度臨氫設備用鋼板，其特征在于以質量百分比計，鋼板由以下元素組成C0.13～0.15％、Si≤0.10％、Mn0.50～0.60％、P≤0.008％、S≤0.007％、Ni0.14～0.18％、Cr2.30～2.50％、Cu≤0.15％、Mo0.95～1.10％、Nb0.015～0.020％、Ti0.010～0.020％、Al0.020～0.045％、As≤0.016％、Sn≤0.015％、Sb≤0.003％，其余為Fe和不可避免的雜質。2、如權利要求1所述的大厚度臨氫設備用鋼板，其特征在于所述鋼板厚度為137rnrn。3、一種如權利要求1所述的大厚度臨氫設備用鋼板的生產方法，其特征在于包括以下步驟(1)冶煉工藝鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂Al線300500m，大包溫度》1600'C時，吊包VD爐真空處理；(2)澆鑄工藝保真空破壞后溫度為15551565°C;(3)加熱工藝鋼錠溫送、溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時；采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱溫度1250°C;(4)軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，在950115(TC之間，累計壓下率》70%，使奧氏體發(fā)生完全再結晶，第二階段為奧氏體非再結晶階段，開軋溫度《930。C，終軋溫度《900。C，累計壓下率》50%;(5)水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅溫度為680720。C;(6)熱處理工藝鋼板經過修磨、探傷和拋丸后，進行正火+回火處理，正火溫度為930土1(TC，總加熱時間為2min/mm，正火后按照輥速3m/min低速和上下水比1:3的大水量進行冷卻，入水溫度》88(TC，鋼板冷卻速度^3。C/S，返紅溫度《300。C;回火溫度為710±10。C，總加熱時間為2.5min/mm，回火后自然冷卻。全文摘要一種大厚度臨氫設備用鋼板及其生產工藝，屬于煉鋼
技術領域：
。以質量百分比計，鋼板由以下元素組成C0.13～0.15％、Si≤0.10％、Mn0.50～0.60％、P≤0.008％、S≤0.007％、Ni0.14～0.18％、Cr2.30～2.50％、Cu≤0.15％、Mo0.95～1.10％、Nb0.015～0.020％、Ti0.010～0.020％、Al0.020～0.045％、As≤0.016％、Sn≤0.015％、Sb≤0.003％，其余為Fe和不可避免的雜質。本發(fā)明鋼板的交貨狀態(tài)為正火+回火，鋼質純凈，抗氫蝕能力優(yōu)良且具有良好的焊接性和綜合力學性能。文檔編號C21D8/02GK101368251SQ200810141500公開日2009年2月18日申請日期2008年9月28日優(yōu)先權日2008年9月28日發(fā)明者吳天育,寧康康,宋向前,李歡歡,李紅濤,溫利民,王會嶺,王志明,羅君高,趙全卿,車金峰,杰龍申請人:舞陽鋼鐵有限責任公司