專利名稱：一種抗氫致開裂壓力容器用鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓力容器用鋼，特別是涉及一種抗氫致開裂壓力容器用鋼及其制造方法。
背景技術：
目前涉及在濕硫化氫環(huán)境中具有抗氫致開裂性能的鋼的專利主要集中在管線鋼領域，涉及壓力容器用鋼的專利并不多。CN1914341A涉及一種具有抗氫致開裂(HIC)性能的用于制造管線的鋼板，其中C 含量在O. 03-0. 15%，Mn、Cr、Mo、V、B、Nb合金化，其抗HIC性能通過含Cu或Ni實現(xiàn)。這種鋼中夾雜TiN最大不超過30 μ m。CN1715435A涉及一種具有抗HIC(氫致開裂)性能的管線鋼及其熱軋板制造方法， 其中C最多不超過O. 055%，含有Si、Mn、Ti、V、Nb、B等元素，用于管線的熱軋板卷，一般不超過20mm。這兩個鋼種在用途和鋼板厚度上與本發(fā)明有較大區(qū)別。JP2008-007841A公開了一種制造管線、海洋結構、壓力容器用鋼的成分組織和制造工藝。利用Nb和Ti元素提高強度，成分滿足關系式I. 48-1. 5*Si-14. 3*Ti_73*N>0. 72。 工藝上采用連鑄坯作為原料生產鋼板?？箽渲麻_裂(HIC)試驗的開裂面積比(cracking area ratios, CAR)小于4%。本專利不含有Nb和Ti元素，因此對軋鋼工藝的要求更簡單。 另外本專利采用了模鑄-開坯-軋制的工藝，可以更好的滿足壓力容器用鋼板要求的大壓縮比。JP60-228655A公開了一種低碳低合金鋼,用于壓力容器和油氣管道。它含有兀素 La，作用是固定P。通過滿足關系式Mn+150P+2. 5C彡44達到抗HIC的目的。但目前在大多數(shù)鋼廠的煉鋼生產中還很少見到添加該元素。石油化工行業(yè)的壓力容器因潮濕的硫化氫環(huán)境(即使沒有應力存在)而發(fā)生稱為氫致開裂(HIC)的破壞形式。因此要求此種服役條件下的壓力容器用碳鋼及低合金鋼具有好的抗氫致開裂(HIC)性能。目前工業(yè)上常用的此類鋼主要有16MnR(HIC)、 SA516Gr. 70 (HIC)等。這類鋼的屈服強度一般要求大于280MPa，抗拉強度大于480MPa，合金含量低，屬于碳鋼。但是石化設備日益大型化的要求使得鋼制容器的壁厚不斷增加，從而加大了這類鋼板的制造難度，并且?guī)磉\輸、吊裝、安裝等一系列難題。因此提出了更高強度級別的抗氫致開裂的鋼種的需求。對這類材料的性能要求是強度高、韌性好、抗氫致開裂性能好。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種抗氫致開裂壓力容器用鋼。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其化學成分(重量％)為C 0. 15-0. 25 %, Si 0. 10-0. 30 %, Mn 1. 0-1. 6 %, P ^ O. 012 %, S ^ O. 002 %, Mo
O.35-0. 60%,V^0. 05%,Ni 0. 20-0. 80%, Ca 0. 0015-0. 0045 %, Al 0. 002-0. 050 %，其
余為鐵及不可避免的雜質。本發(fā)明設計了一種更高強度級別的低合金鋼，通過有效的成分配比，使發(fā)明鋼種易于冶煉，同時采用淬火加回火的調質熱處理工藝，保證鋼板的力學性能和抗氫致開裂性能。產品經過卷曲可以制造筒體，旋壓后可以制造封頭，用于制造在硫化氫工作環(huán)境下使用的壓力容器。本發(fā)明的另一個目的是提供上述抗氫致開裂壓力容器用鋼的制造方法。該方法包括如下步驟LD轉爐冶煉一爐外精煉(LF脫硫、RH真空脫氣、喂絲Ca處理)一模鑄一鋼錠加熱 —初軋一精整一加熱一軋制一洋火一回火。經LD轉爐冶煉，爐外精煉以及模鑄后，鋼坯加熱到1100-1250°C后以至少80%以上的變形量進行軋制；軋制鋼板進行淬火處理，軋制鋼板在860_94(TC再加熱，充分保溫，鋼板保溫結束立即噴水快速冷卻至200°C以下；淬火鋼板接著進行回火處理，回火溫度600-700°C，保溫足夠長時間使淬火形成的馬氏體等亞穩(wěn)組織充分分解，碳化物充分析出，形成穩(wěn)定組織?；鼗鸷筮M行空冷。本發(fā)明用厚板軋制-調質處理的方式生產一種高強度高韌性且在濕硫化氫環(huán)境具有優(yōu)良抗氫致開裂性能的壓力容器用鋼，使其屈服強度大于485MPa，抗拉強度處于 620-795MPa，50mm標距延伸率超過16 %，并擁有優(yōu)良沖擊韌性。


圖I是本發(fā)明實施例5經過熱處理后，典型的微觀組織是回火貝氏體。
具體實施例方式以下結合實施例及附圖，詳細地說明本發(fā)明的特點和有益效果。本發(fā)明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。為了實現(xiàn)本發(fā)明的提供強度高、韌性好、抗氫致開裂性能好的壓力容器用鋼的目的，各個元素進行如下控制碳碳是在鋼中最基本的強化元素，是奧氏體轉變成馬氏體、貝氏體等強化相所必不可少的元素。碳含量過低時鋼板的淬透性較差，對于厚規(guī)格鋼板淬火時易產生鐵素體等組織，難以達到高強度需要的組織；反之，碳含量過高對鋼的塑性、韌性和焊接性不利。本發(fā)明碳含量的控制范圍為O. 15-0. 25%。硅硅在鋼中起脫氧作用，也起固溶強化的作用，但含量過高則使鋼出現(xiàn)脆性。本發(fā)明中硅含量的控制范圍為O. 10-0. 30%。錳錳起固溶強化作用，能提高鋼板的強度和硬度。由于延遲了鐵素體、珠光體的形成，從而擴大了冷卻形成馬氏體、貝氏體組織的冷卻速率的范圍，提高淬透性。本發(fā)明Mn 含量范圍為I. 0-1.6%。為了提高鋼板強度，優(yōu)選地，Mn :1. 21-1.55%。硫和磷硫和磷屬于鋼中不可避免的雜質元素，應盡可能降低含量。硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，是氫致裂紋的潛在形核位置。通過超低硫(小于15ppm)及 Ca處理對硫化物進行夾雜物形態(tài)控制，可十鋼板具有高的沖擊韌性和良好的抗氫致開裂性能。本發(fā)明中P含量為120ppm以下。鑰鑰擴大Y相區(qū)，強烈抑制珠光體形成，對抗HIC有利，促進貝氏體形成，對控制相變組織起重要作用。一定的Mo含量可以保證厚鋼板的淬透性，同時，Mo與C結合能力較強，熱處理時形成的碳化物對室溫強度和高溫強度都有貢獻。另外鋼中的Mo有利于減輕回火脆性。本發(fā)明Mo含量范圍O. 35-0.60%。為了保證鋼板淬透性，避免形成珠光體組織，優(yōu)選地，Mo 0. 40-0. 60%。釩釩通過沉淀析出和細化晶粒產生強化，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)明根據(jù)需要允許添加少量V，含量控制在
O.05% 以下，優(yōu)選為 O. 002-0. 05%。鎳鎳是非碳化物形成元素，在鋼中主要起到固溶強化的作用。鋼中添加鎳對韌性有益，同時還可以補償鋼板厚度增加引起的強度下降。Ni的含量范圍是O. 20-0.80%，Ni
O.25-0. 80%。鋁鋁是鋼中的主要脫氧元素，有利于細化晶粒，一般的鋼中均含有一定量。本發(fā)明中加入的鋁主要用來脫氧和細化晶粒，加入鋁含量為O. 002-0. 050%。為了避免夾雜物含量過高,優(yōu)選地，Al 0. 004-0. 035%。鈣為使鋼中條狀硫化物夾雜轉化為球狀硫化物，采用Ca處理。本發(fā)明中Ca的含量范圍是 O. 0013-0. 0045，優(yōu)選為 O. 0015-0. 0045% 銅銅在鋼中可以通過形成保護膜起到阻礙氫原子向鋼中擴散從而提高鋼的抗氫致開裂性能，但當酸性環(huán)境的pH值小于4. 5時，這種保護膜將受到破壞?？紤]到石化行業(yè)的硫化氫環(huán)境比較苛刻，本發(fā)明沒有主要依靠加入Cu元素實現(xiàn)抗氫致開裂性能。本發(fā)明用厚板軋制和調質處理的方式生產上述的高強度高韌性且在濕硫化氫環(huán)境具有優(yōu)良抗氫致開裂性能的壓力容器用鋼，使其屈服強度大于485MPa，抗拉強度處于 620-795MPa，50mm標距延伸率超過16 %，并擁有優(yōu)良沖擊韌性。本發(fā)明中經LD轉爐冶煉，爐外精煉以及模鑄后，鋼坯加熱到1100-1250°C使奧氏體組織均勻化，使鋼中鑰、釩的碳化物充分溶解，鋼中的AlN析出物高溫下穩(wěn)定可阻止原始奧氏體晶粒的長大。同時控制加熱溫度下限是為了考慮軋制時板坯的溫降，保證在規(guī)定溫度完成軋制。鋼板軋制時控制壓縮比，至少變形80%以上。軋制鋼板需要經過熱處理調整性能，典型的熱處理工藝是淬火、回火處理。軋制鋼板在860-940°C (優(yōu)選為890-910°C )再加熱，充分保溫(優(yōu)選保溫時間為30-300分鐘)使鋼板內外溫度一致，形成單一均勻的奧氏體組織，鋼板保溫結束立即噴水快速冷卻直至鋼板溫度至少降至100°C以下。淬火鋼板接著進行回火處理以調整最終性能，回火溫度 600-7000C (優(yōu)選為620-690°C )，保溫足夠長時間(優(yōu)選保溫時間為60-600分鐘)使淬火形成的馬氏體等亞穩(wěn)組織充分分解，碳化物充分析出，形成穩(wěn)定貝氏體組織?；鼗鸷罂绽?。所述成分設計易于實施，通過合金化處理不僅有效起到強化作用，并且推遲奧氏體轉變孕育時間，便于厚規(guī)格鋼板熱處理工藝實施。通過各種合金元素的合理配合，使各種厚度的鋼板均獲得所需性能。經過上述成分和生產工藝后，各種厚度鋼板熱處理態(tài)屈服強度大于485MPa，抗拉強度處于620_795MPa，50mm標距延伸率超過16%，并具有優(yōu)良的沖擊韌性。鋼的氫致開裂與其中所含的硫化物夾雜和帶狀珠光體組織緊密相關。本發(fā)明通過嚴格控制S元素含量，使硫化物夾雜降低到很低水平。再通過添加Ca元素，使剩余的極少量的硫化物夾雜球化。這些措施減少了氫原子在鋼中可聚集的場所，降低了氫原子向氫分子轉變時的破壞力，從而提高了鋼的抗氫致開裂能力。本發(fā)明采用的另一個措施是在鋼的大厚度范圍內采用貝氏體組織設計。在本發(fā)明的成分范圍內，采用淬火加回火的調質熱處理工藝，在很大的鋼的厚度范圍內，基本全部形成貝氏體組織避免了常見的引起氫致開裂的帶狀珠光體組織的出現(xiàn)，從而改善了鋼的抗氫致開裂性能。實施例本發(fā)明實施例鋼的化學成分見表I，主要工藝參數(shù)見表2。表I本發(fā)明實施例鋼的化學成分，重量％
權利要求
1.抗氫致開裂壓力容器用鋼，其按重量百分比計的化學成分為c0. 15-0. 25%, Si O. 10-0. 30%, Mn 1. 0-1. 6%, P ^ O. 012%, S 彡 O. 002%, Mo 0. 35-0. 60%, V ^ O. 05%, Ni 0. 20-0. 80%, Ca 0. 0013-0. 0045%, Al 0. 002-0. 050%，其余為鐵及不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，所述鋼的組織為回火貝氏體。
3.如權利要求I或2所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，Mn1. 21-1. 55%。
4.如權利要求1-3任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，S< O. 0015%。
5.如權利要求1-4任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，Ni O. 25-0. 80%。
6.如權利要求1-5任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，Mo O. 40-0. 60%。
7.如權利要求1-6任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，V:O.002-0. 05%。
8.如權利要求1-7任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，Al:O.004-0. 035%。
9.如權利要求1-8任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其特征在于，Ca:O.0015-0. 0045 % ο
10.如權利要求1-9任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼，其厚度為30-130mm。
11.如權利要求ι- ο任一所述的抗氫致開裂壓力容器用鋼的制造方法，包括如下步驟經LD轉爐冶煉，爐外精煉以及模鑄后，鋼坯加熱到1100-1250°C后以至少80%以上的變形量進行軋制；軋制鋼板進行淬火處理，軋制鋼板在860-94(TC再加熱，充分保溫，鋼板保溫結束立即噴水快速冷卻至100°C以下；淬火鋼板接著進行回火處理，回火溫度為600-700°C，保溫足夠長時間使淬火形成的馬氏體等亞穩(wěn)組織充分分解，碳化物充分析出，形成穩(wěn)定組織。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，淬火的保溫時間為30-300分鐘。
13.如權利要求11或12所述的方法，其特征在于，回火的保溫時間為60-600分鐘。
14.如權利要求11-13任一所述的方法，其特征在于，淬火中，鋼板保溫結束立即噴水快速冷卻至100°C以下。
15.如權利要求11-14任一所述的方法，其特征在于，回火后的鋼板進行空冷。
16.如權利要求11-15任一所述的方法，其特征在于，軋制鋼板在890-910°C再加熱。
17.如權利要求11-16任一所述的方法，其特征在于，回火溫度為620-690°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及抗氫致開裂壓力容器用鋼，其化學成分(重量％)為C0.15-0.25％，Si0.10-0.30％，Mn1.0-1.6％，P≤120ppm，S≤0.002％，Mo0.35-0.60％，V≤0.05％，Ni0.20-0.80％，Ca0.0013-0.0045％，Al0.002-0.050％，其余為鐵及不可避免的雜質。本發(fā)明還涉及上述鋼的如下制造方法經LD轉爐冶煉，爐外精煉以及模鑄后，鋼坯加熱到1100-1250℃后以至少80％以上的變形量進行軋制；軋制鋼板進行淬火處理，軋制鋼板在860-940℃再加熱，充分保溫，鋼板保溫結束立即噴水快速冷卻至200℃以下；淬火鋼板接著進行回火處理，回火溫度600-700℃，保溫足夠長時間后空冷。得到的高強度高韌性且在濕硫化氫環(huán)境具有優(yōu)良抗氫致開裂性能的鋼，屈服強度大于485MPa，抗拉強度處于620-795MPa，50mm標距延伸率超過16％，具有優(yōu)良沖擊韌性，適合用于壓力容器。
文檔編號C22C38/12GK102605242SQ201210055848
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者劉慧斌 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司