一种屈服强度690MPa的移动容器用钢板及其制造方法与流程

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板及其制造方法。

背景技术：

1、移动式压力容器主要指用以充装气体并进行运输的压力容器，移动容器没有固定的使用地点，使用环境经常变化，运输过程中易受到其他附加载荷，因此比固定式容器的危险性更大。部分移动容器运输的介质如液化石油气、液氨、液氯、二氧化硫、丙烷、丙烯等需要在-40℃左右加压成为液态，那就需要移动容器必须保证在-40℃以下温度具有良好的冲击韧性。近几年随着石油、石化、化工、能源等领域的快速发展，车辆的卧罐、槽罐有轻量化设计趋势，我国制造的移动容器也逐步向安全、节能和轻量化方向发展，因此要求移动容器用钢板的强度更高，使用温度更低，移动容器的安全性能要求随着趋势也越来越高。于是我国在gb/t 19905-2017《液化气体汽车罐车》标准中规定，钢板的标准抗拉强度下限值不小于570mpa，低合金钢板的使用环境温度不高于-40℃。因此移动容器在轻量化的设计、运输成本降低的基础上，便要求钢板本身除了具有较高的强度，压力容器的制造过程中进行焊后应力消除热处理后仍具有良好的力学性能，还须具有优异的焊接性能，以满足后续移动容器的制造要求。因此研究一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板，已成为中国钢铁行业的迫切任务。

2、移动容器用钢板一般通过调质热处理工艺，使钢板具有较高的强度、良好的-40℃低温冲击韧性，且经过焊后应力消除热处理后钢板的力学性能依旧能满足要求。综上，亟需开发一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板及其制造方法，以满足钢铁行业需求。

3、专利文献《一种低温移动容器用钢的生产方法》(cn113186453a)中公开的容器用钢其化学成分c 0.17-0.20％，si 0.10-0.60％，mn 1.00-1.70％，p≤0.008％，s≤0.003％，alt 0.020-0.050％，nb 0.020-0.050％，v≤0.2％，ni0.25-0.80％，cu 0.1-0.3％，ti 0.010-0.030％，mo≤0.1％，cr≤0.3％，热处理后组织为铁素体+珠光体，晶粒度在10级以上，屈服强度≥460mpa、抗拉强度630-725mpa，屈服强度低于690mpa，且设计成分的碳当量过高，制造时易产生裂纹。

4、专利文献《一种低温压力容器用钢的生产方法及低温压力容器用钢》(cn116623092a)中公开的容器用钢其化学成分c 0.14-0.16％、si 0.20-0.40％、mn 1.40-1.60％、p≤0.015％、s≤0.008％、nb 0.020-0.030％、als 0.020-0.040％，其余为fe及不可避免的夹杂，但通过浇水控制冷却会使钢板硬度增加，钢板韧性降低，影响后续钢板制造。

5、专利文献《一种低温压力容器用35-50mm厚q420r高强钢及其生产方法》(cn108165892a)中公开的容器用钢其化学成分：c 0.12-0.15％、si 0.20-0.40％、mn1.45-1.55％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni 0.30-0.40％、cr 0.22-0.27％、nb0.020-0.030％、v 0.05-0.06％、als 0.015-0.035％、ti 0.008-0.018％，余量fe和其他元素，通过亚温淬火后，组织易发生混晶，并且根据组织遗传性，热处理后带状组织易严重，影响钢板性能。

6、因此针对上述情况，待通过调整制造方法、新型成分设计，亟需研制出来一种高强度新型钢材，开发出一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板及其制造方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有优异的强韧性、低屈强比的屈服强度690mpa的移动容器用钢板及其制造方法。

2、本发明目的是这样实现的：

3、一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：c:0.01％～0.05％、si:0.10％～0.30％、mn:1.00％～2.00％、p:≤0.010％、s:≤0.003％、nb:0.10％～0.50％、ti:0.10％～0.50％、mo:0.10％～0.50％、ni:0.50％～1.00％、al:0.0025％～0.0045％，余量为fe和不可避免的杂质。

4、所述钢板中nb/c≥5。

5、所述钢板显微组织为回火索氏体+极少量铁素体，其中，按体积百分比计，所述回火索氏体93％～98％、铁素体2％～7％，组织中碳化物尺寸为1～4μm。

6、所述钢板厚度为8～30mm，屈服强度rel≥690mpa、抗拉强度rm:800～920mpa、延伸率a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。

7、本发明成分设计理由如下：

8、c在钢中与合金元素形成各类碳化物起到强化作用，是直接提高钢板强度的元素。本发明通过降低c含量减少带状组织的生成，确保cev足够低，能够满足焊接性能的优异条件，因此将c含量限定在0.01％～0.05％。

9、si在钢中通过固溶强化能够提高钢板的屈服强度，在炼钢过程中起到脱氧的作用，但si含量过高会影响钢板的低温冲击韧性和焊接性能。因此将si含量限定在0.10％～0.30％。

10、mn在钢中能与fe形成固溶体，提高钢板的强度和淬透性；mn能够增加奥氏体组织的稳定性，延缓钢中铁素体和珠光体转变，热处理后提高回火组织稳定性。但是含量过高，容易在钢中形成偏析mns，不利于钢的低温韧性，因此将mn限定在1.00％～2.00％。

11、p是钢中的有害元素，对低温冲击韧性危害很大，也是极易偏析元素，因此在炼钢过程在含量应控制较低。因此p的含量控制在0.010％以下。

12、s易在钢中形成mns，在后续加工中易成为裂纹形成的源点，且对钢的韧性具有很大影响。因此将s控制在0.003％以下。

13、mo作为本发明主要元素，通过固溶强化溶于奥氏体和铁素体中以提高钢材的强度和韧性，能够降低钢的临界冷却速度以提高钢板的淬透性；在两阶段轧制过程中，缩小奥氏体相区、促进贝氏体转变，生成含mo的碳化物能够也抑制回火脆性的发生；经调质热处理后，mo能够改善钢板的低温韧性。因此mo的含量在0.10％～0.50％之间。

14、ni作为本发明主要元素，是稳定奥氏体的主要元素，以固溶强化来提高钢的强度，并细化晶粒；ni能够提高调质热处理后钢板的低温韧性，改善延伸率。但添加ni含量超过多会使ceq增大，成本大大提高，因此将ni含量限定在0.50％～1.00％之间。

15、nb作为本发明主要元素，在钢中能够抑制轧制过程中的奥氏体再结晶，对进行未再结晶区控制轧制以提高奥氏体内部位错密度，促进晶粒细化，提高调质态钢板强度和韧性，降低钢的回火脆性。因此将nb限定在0.10％～0.50％。随着含碳量的增高，钢中析出含nb的碳化物增多、碳化物尺寸增大，导致强度降低，因此限定nb/c≥5。

16、ti作为本发明主要元素，能够显著细化晶粒，ti与c、n有极强的亲合力，并且形成的碳化物、氮化物或碳氮化物具有很高的溶解温度，在加热过程中，未溶解的碳氮化物小质点增加了奥氏体的形核点并阻碍了高温时奥氏体晶粒的长大。细小的氮化物在焊接高温时极大地抑制奥氏体晶粒粗化，在冷却过程中，使焊缝及热影响区的组织细化，韧性得到改善。因此将ti含量限定在0.10％～0.50％。

17、al在钢中主要的作用是脱氧、固氮，形成的aln能起到细化组织晶粒，提高钢的韧性。但al过高会导致尺寸较大的aln形成，降低钢板的低温冲击韧性。因此将al含量限定在0.0025％～0.0045％。

18、本发明技术方案之二是提供一种屈服强度690mpa的移动容器用钢板的制造方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理；

19、(1)冶炼：采用铁水预处理，铁水温度1370～1470℃；精炼处理时，lf时长40～50min，rh时长30～45min，真空度≤5.0mbar。

20、(2)连铸：中间包钢水浇铸温度1390～1440℃，采用电磁搅拌技术，优选电磁搅拌频率3～6hz，拉坯速度0.65～0.95m/min，二冷水5400～5900l/min，过热度23～31℃，矫直温度980～1100℃。采用电磁搅拌技术，能够扩大等轴晶区、促进钢液温度分布均匀，显著减轻中心偏析，改善铸坯的表面质量和内部质量。

21、(3)加热：连铸坯加热分为预热段、加热段和均热段；其中加热段温度区间为1180～1210℃；均热段温度区间为1160～1200℃；在炉总时长130～160min。通过对铸坯进行三阶段加热，使铸坯心部温度达到1160～1200℃，保证铸坯组织完全奥氏体。

22、(4)轧制：钢坯出炉后，采用两阶段控轧控冷技术。粗轧阶段开轧温度1140～1180℃，辊速0.5～0.7m/s，单道次压下率11％～15％；精轧阶段开轧温度840～890℃，终轧温度750～800℃，辊速0.4～0.6m/s，单道次压下率8％～13％；冷却阶段开冷温度720～770℃，终冷温度430～500℃；冷却后钢板堆垛缓冷，缓冷温度400～430℃，时间600～800min。通过两阶段轧制，采用大压下慢辊速轧制，组织中的形变储存能增大，延长了动态再结晶行为发生的时间，使晶粒细化；通过控制冷却，抑制铁素体转变，促进贝氏体组织转变。

23、(5)热处理：堆垛缓冷后钢板进行调质热处理，其中一次淬火温度为940～960℃，保温时间10～30min；二次淬火温度为850～880℃，保温时间5～10min；回火温度为550～580℃，保温时间为60～100min。通过二次淬火+回火，使淬火组织转变充分并减少组织中大量的铁素体，回火后组织为回火索氏体组织+极少量铁素体，且组织分布均匀，经热处理后能够改善钢板的力学性能。

24、本发明的有益效果在于：

25、1.本发明成分在传统的碳素钢基础上，通过添加足够数量的nb和ti元素大幅增加钢板的强度和低温韧性，nb在钢中能够在轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化晶粒尺寸，热处理后提高调质态钢板强度和韧性，提高抗回火性能，改善焊接性能，ti能够显著细化晶粒，形成的碳化物、氮化物或碳氮化物能够在高温时抑制奥氏体晶粒的长大，在冷却过程中细化焊缝及热影响区的组织，改善韧性；同时通过添加足够的mo和ni增加钢板的淬透性和抗回火性能，mo能够抑制晶界铁素体的生成，促贝氏体转变，提高钢材的强度和韧性，抑制回火脆性的发生，ni能够稳定奥氏体，与fe以固溶的方式存在于奥氏体和铁素体中，提高钢的强度、细化晶粒，提高调质钢板的低温韧性。

26、2.本发明制造方式合理，通过采用控轧控冷配合二次淬火+回火热处理，确保成品组织为回火索氏体+极少量铁素体，组织中碳化物尺寸在1～4μm之间，分布均匀，减轻了铁素体对钢板强度的损害，在保证钢板具有优异的强度和韧性的同时屈强比相对较低；并且经焊后应力消除热处理依然具有优异的强度和韧性。

27、3.本发明钢板厚度规格8-30mm，屈服强度rel≥690mpa、抗拉强度rm:800～920mpa、a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。焊后应力消除热处理的性能屈服强度rel≥690mpa、抗拉强度rm:800～920mpa、a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。