一种屈服强度690MPa的耐蚀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的耐蚀容器用钢板及其制造方法。

背景技术：

1、金属压力容器属于装备制造业，是一种能够承受高强度、高压力的金属密闭容器用于存装压缩气体、液化气体及其他具有一定压力的液体物质的金属容器，大多是为了存放某些高温、高压、高密度、高腐蚀性的液体或者气体，常应用于化学工业领域、军用领域等众多领域，比如化工、石油、核能等领域。随着能源行业的迅猛发展，国家开始重视该行业的发展，出台了各种政策助力金属压力容器行业在更为激烈的市场竞争中获得更好的发展。

2、压力容器的腐蚀分为内部腐蚀和外部腐蚀，内部腐蚀是由于容器受到内部物料介质的电化学反应而发生的破坏；外部腐蚀是由于外部环境和天气的变化而引起压力容器外部腐蚀。腐蚀破坏是压力容器失效最常见的形式之一，容器内部的介质大多具有腐蚀性，并常常伴有高温、高压、有毒和磨损等情况，最易发生事故。而腐蚀的发生又有着缓慢、无声的特点，许多事故是由于人们无法及时发现容器的腐蚀情况。所以对耐蚀容器用钢板提出了更高的需求。

3、耐蚀容器用钢板一般通过调质热处理工艺，使钢板具有良好的-80℃低温冲击韧性、较高的强度、良好的抗氢性能，以及优异的综合力学性能，且经过模拟焊后热处理后各项力学性能依旧能满足要求。

4、例如，专利文献《一种高耐蚀容器用n08825复合钢板及其制备方法》(cn112721349a)中基层化学成分为c≤0.20％，si≤0.55％，mn 0.5-1.7％，nb≤0.050％，v≤0.050％，ti≤0.030％，alt≥0.020％，p≤0.025％，s≤0.010％，cu+ni+cr+mo≤0.70％，复层采用n08825，其不足之处在于，所制复合板强度较低，生产周期较长，基层碳钢的耐蚀性能较差。

5、专利文献《一种高耐蚀容器用超级奥氏体不锈钢复合板及制备方法》(cn108723712a)中制备出良好冶金结合的高耐蚀容器用超级奥氏体不锈钢复合板，有效地解决了复合板中基材超级奥氏体不锈钢在线工艺耐蚀性能的问题，同时制坯过程减少了钻孔抽真空等程序，其不足之处在于，但生产周期较长，利用复层奥氏体不锈钢的耐蚀性能来提高容器的整体耐蚀性，导致成本较高；

6、专利文献《一种耐蚀型铁路罐车用钢及其生产方法》(cn111748743a)中通过设计化学成分为：c 0.14-0.18％、si 0.15-0.40％、mn 1.25-1.65％、p≤0.020％、s≤0.005％、cu 0.15-0.30％、ni 0.20-0.40％、v 0.050-0.080％、nb 0.010-0.020％、ti 0.008-0.020％、sb 0.05-0.15％，余量fe和其他元素，其不足之处在于，钢板中p含量较高，易生成夹杂物，低温冲击韧性仅保证-50℃，且强度较低，难以克服使用环境。

7、因此针对上述情况，待通过改进制造方法、新型成分设计，亟需研制一种高强度新型钢材，开发出一种屈服强度690mpa的耐蚀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消除了块状铁素体对钢板强度损害的、厚度规格为10～50mm、屈服强度690mpa的耐蚀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的耐蚀容器用钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：c:0.03％～0.08％、si:0.10％～0.30％、mn:1.00％～2.00％、p:≤0.015％、s:≤0.005％、nb:0.10％～0.50％、cr:1.00％～2.00％、mo:0.25％～0.65％、ni:0.80％～1.40％、cu:0.50％～1.00％、al:0.0025％～0.0045％，余量为fe和不可避免的杂质。

4、该钢板中nb/c:4～11。

5、所述钢板的显微组织为贝氏体回火组织，组织中碳化物尺寸为2～4μm。

6、所述钢板厚度为10～50mm，rel≥700mpa、rm:800～920mpa、a≥18％、-80℃kv2≥100j，clr≤5％，ctr≤1.5％，csr≤0.5％。

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、或形成固溶体形式以起到强化作用，是直接提高钢板强度的元素。对于回火态钢板，过高的c元素含量会导致钢的韧性、塑性较差，并且影响钢板的耐蚀性能。因此为了保证钢板在使用过程中具有良好的低温冲击韧性、高强度和优异的耐蚀性能，保证cev足够低，将c含量限定在0.03％～0.08％。

9、si在钢中有脱氧和固溶强化的作用，提高钢板的屈服强度，且适量的si能够提高钢板的韧性和淬透性，降低韧脆转变温度，同时si也能够提高钢的抗氧化性和抗高温的耐蚀性能。因此将si含量限定在0.10％～0.30％。

10、mn在钢中通过置换、细化晶粒及增加铁素体量来提高强韧性，固溶于fe基体中以提高钢板强度；随着mn含量的增加，能够稳定钢中奥氏体组织，降低临界冷却速度，显著提高淬透性和回火稳定性。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。本发明将p控制在较低范围内，因此p的含量控制在0.015％以下。

12、s也是钢中的有害元素，易在钢中形成mns，在后续加工中易成为裂纹形成的源点，且对钢的韧性和耐蚀性具有很大影响。因此将s控制在0.005％以下。

13、cr是本发明主要元素，能够提高钢板的韧性和淬透性，较高的cr含量能使钢板具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性，同时促进低温相变产物贝氏体的生成；在调质热处理过程中，析出的含cr碳化物能够溶固溶于基体中，细化晶粒尺寸。因此本发明将cr含量控制1.00％～2.00％之间。

14、mo是本发明主要元素，能提高钢材的强度、韧性和淬透性，在两阶段轧制过程中，能够缩小奥氏体相区、促进贝氏体转变，生成含mo的碳化物能够抑制铁素体的生成；通过固溶强化溶于奥氏体和铁素体中以提高钢材的屈服强度，提高钢板的抗回火性能；经调质热处理后，mo能形成稳定的碳化物，提高钢的耐蚀性能，也能改善钢的低温韧性。因此mo的含量在0.25％～0.65％之间。

15、ni是本发明主要元素，作为稳定奥氏体的主要元素，固溶于奥氏体和铁素体中，提高钢的强度、细化组织晶粒；ni能够显著改善调质热处理后钢板的低温韧性，并改善钢的强度和延伸率。但由于ni成本过高，还会使钢板氧化铁皮难以脱落而增加成本，因此将ni含量限定在0.80％～1.40％之间。

16、nb是本发明主要元素，在钢中能够抑制轧制过程中的奥氏体再结晶，提高奥氏体内部位错密度，促进晶粒细化，提高调质态钢板的强韧性；在控轧过程中，nb能够在晶界上与位错大量析出含nb的碳氮化物，产生析出强化。并且提高nb含量能够固定合金钢中的c，生成稳定的碳化物，减轻碳对钢板耐蚀性能的有害作用，因此将nb限定在0.10％～0.50％；但随着含碳量的增高，钢中析出含nb的碳化物增多、碳化物尺寸增大，弥散强化的效果减弱导致强度降低，因此将nb/c限定在4～11。

17、cu作为扩大奥氏体区的元素，在铁素体中的溶解度随温度降低而降低，通过适当的热处理，能够在组织中发生沉淀强化作用；并且cu能有利于钢板获得良好的低温韧性，还能提高钢的耐蚀性能，因此cu含量限定在0.50％～1.00％。

18、al在钢中作为主要的脱氧剂，能够固定n元素、细化晶粒，提高钢的韧性。适当的al含量能够提高钢的抗氧化性和抗高温气体的耐蚀性能，al含量过高却会影响钢板的热塑性。因此将al含量限定在0.0025％～0.0045％。

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

20、冶炼：采用铁水预处理，铁水温度1400～1450℃；精炼处理时，lf时长40～55min，rh时长40～55min，真空度≤5.0mbar。

21、连铸：中间包钢水浇铸温度1350～1410℃，优选采用轻压下技术，压下量控制在3～5mm；拉坯速度0.55～0.75m/min，二冷水4500～5000l/min，过热度15～25℃，矫直温度980～1050℃。采用轻压下技术，在铸坯快要凝固处，对铸坯进行轻微的压下以减轻中心偏析。

22、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1190～1250℃；均热段温度区间为1170～1230℃；在炉总时长200～300min。通过对铸坯进行三阶段加热，使铸坯心部温度达到1170～1230℃，保证铸坯组织完全奥氏体。

23、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1100～1150℃，辊速0.4～0.6m/s，单道次压下率15％～20％；精轧阶段开轧温度880～930℃，终轧温度770～820℃，辊速0.5～0.6m/s，单道次压下率10％～15％；冷却阶段开冷温度740～800℃，终冷温度400-450℃；冷却后钢板堆垛缓冷，缓冷温度400～450℃，时间1000～1200min；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完全。

24、优选冷却后对钢板进行矫直，矫直速度控制在1.3-2.0m/s。通过矫直钢板，消除因冷却导致钢板内部产生的残余应力，保证钢板板形良好。

25、热处理：堆垛缓冷后钢板进行调质热处理，其中淬火温度为930～960℃，保温时间40～70min；回火温度为680～720℃，保温时间为100-250min，出炉后空冷至室温，保证钢板组织充分转变为贝氏体回火组织。通过调质热处理，使钢板组织均匀，为贝氏体回火组织，经热处理后能够改善钢板的力学性能。

26、本发明的有益效果在于：

27、1.在化学成分方面，在传统c-mn系低合金钢基础上通过添加足够数量的cr和ni元素增加钢板的淬透性，较高的cr含量能使钢板具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性，同时促进低温相变产物贝氏体的生成，ni是稳定奥氏体的主要元素，能与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，并且ni能够提高离线调质钢板低温韧性，并改善调质钢板强度和延伸率；mo元能提高钢材的强度、韧性、淬透性和抗回火性能，在两阶段轧制过程中促进贝氏体转变，并且生成含mo的碳化物能够抑制铁素体的生成；此外，通过添加cu元素提升钢板的耐腐蚀性能。

28、2.本发明制造方式合理，通过采用两阶段轧制+控制冷却，配合调质热处理，确保成品组织为贝氏体回火组织，组织中碳化物尺寸在2-4μm之间，且分布均匀，消除了铁素体对钢板强度的损害，使得钢板具有优异的强度和韧性，经过模拟焊后热处理依然具有优异的强度和韧性。

29、3.本发明钢板厚度规格10-50mm，屈服强度rel≥700mpa、抗拉强度rm:800～920mpa、延伸率a≥18％、-80℃kv2≥100j。模拟焊后热处理后钢板性能屈服强度rel≥700mpa、抗拉强度rm:800～920mpa、a≥18％、-80℃kv2≥100j。

30、4.本发明将所取试样浸泡在溶液a中(质量分数5％nacl+质量分数0.5％冰醋酸溶液)，充入氮气时间60～80min，浸泡时间96～98h，浸泡溶液温度25±3℃，clr≤5％，ctr≤1.5％，csr≤0.5％。