一种屈服强度690MPa的丙烯球罐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的丙烯球罐用钢板及其制造方法。

背景技术：

1、丙烯作为三大合成材料塑料、合成橡胶、合成纤维的基本原料，并且丙烯的需求量随着我国工业的持续快速发展而逐年增加。同时为使石油化工装置的经济性持续提高，常温储存丙烯的球形储罐逐步向大型化、高参数方向发展。由于丙烯属于甲a类液化烃类物料，常温下为无色、有烃类气味的气体，易燃易爆，不溶于水，饱和蒸汽压较高，丙烯球罐用于常温储存气态丙烯，因此钢板需要具有高强度、良好的-20℃低温冲击韧性、焊接性能好等优异的综合力学性能。国内现有的丙烯球罐用钢板已无法满足高参数需求，因此研究一种屈服强度690mpa的丙烯球罐用钢板，已满足中国钢铁行业的发展。

2、丙烯球罐用钢板一般通过正火或调质热处理工艺，使钢板具有较高的强韧性、良好的综合力学性能；后续对钢板经过模拟焊后热处理检验模拟容器焊接及热成型过程，钢板的各项力学性能依旧能满足要求。

3、例如，专利文献《一种40-60mm厚易焊接心部低温韧性优良的容器钢板及其制造方法》(cn110184531a)公开的容器钢板其主要化学成分为：c0.04-0.09％、si≤0.40％、mn1.00-1.60％、p≤0.008％、s≤0.002％、mo0.12-0.30％、ni 0.20-0.60％，并满足pcm≤0.20％，10≤w(nb+v)/w(ti)≤30，其不足之处在，其屈服强度低于所设计屈服强度690mpa。

4、专利文献《大厚度超低温高韧性球罐用钢板及其轧制方法》(cn112795839a)公开的球罐用钢板其化学成分c：0.06-0.09％，si≤0.55％，mn 1.30-1.60％，p≤0.012％，s≤0.005％，ni 0.40-0.70％，nb 0.020-0.030％，alt 0.020-0.050％，余量fe和其他元素，其不足之处在，所设计的大厚度钢板强度低于所设计屈服强度690mpa，且厚钢板经焊后热处理后力学性能难以保证，影响后续加工。

5、专利文献《一种低表面硬度球罐用钢及其生产方法》(cn117026093a)公开的球罐用钢其主要化学成分为c 0.05-0.07％，si 0.15-0.30％，mn 1.40-1.60％，p≤0.008，s≤0.003，alt 0.020-0.050％，nb 0.020-0.030％，v 0.040-0.060％，ni 0.30-0.50％，mo0.20-0.30％，sn≤0.008％，其不足之处在，其屈服强度为550-570mpa之内，设计成分无法满足屈服强度690mpa的要求。

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的丙烯球罐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组织为单一回火索氏体，消除了铁素体对钢板强度的损害，具有良好的强韧性配比，经过模拟焊后热处理依然具有优异的强度和韧性的屈服强度690mpa的丙烯球罐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的丙烯球罐用钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：c:0.10％～0.15％、si:0.10％～0.30％、mn:1.00％～2.00％、p:≤0.010％、s:≤0.005％、mo:0.50％～0.90％、b:0.0007％～0.0014％、v:0.10％～0.50％、al:0.0025％～0.0045％、n:0.02％～0.06％，余量为fe和不可避免的杂质。

4、进一步，所述钢板中，v/n:7.5～9。

5、进一步，所述钢板显微组织为回火索氏体，组织中碳化物尺寸为1～3μm。

6、进一步，所述钢板厚度为10～50mm，rel≥690mpa、rm:800～920mpa、a≥18％、-20℃kv2≥100j；模拟焊后热处理后钢板力学性能屈服强度rel≥680mpa、抗拉强度rm:780～900mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j。

7、本发明成分设计理由如下：

8、在传统c-mn系低合金钢基础上通过添加一定量的v，提高钢板的淬透性和回火稳定性，v在钢中主要以v(c,n)形式存在，析出物的增多能够抑制晶界移动和晶粒长大，并且v还能与夹杂物发生复合析出，利于形变诱导铁素体相变，同时利用v元素的析出强化和弥散强化效果确保钢板具有足够的强度和韧性；此外还通过添加b元素和mo元素，抑制组织中c的扩散和碳化物长大，提高钢板强度的同时增加钢板的淬透性和回火稳定性。

9、c：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，其中v与c原子具有极强的亲和力，形成的含v碳化物在钢中起到提高强度的作用，且v与c能够在冶炼过程中形成稳定难熔的碳化物，使钢在较高温度时仍保持细晶组织，大大降低钢的过热敏感性，因此将c含量限定在0.10％～0.15％。

10、si：si在钢中固溶于铁素体内以提高钢板强度和钢的淬透性，并在一定范围内能够降低韧脆转变温度，提高钢的塑性。因此将si含量限定在0.10％～0.30％。

11、mn：mn在钢中的作用是通过固溶强化来提高钢的强度和淬透性，随着mn含量的增加，提高钢中奥氏体和回火组织的稳定性，降低临界冷却速度；但含量过高将使钢在高温下引起晶粒粗化，导致ceq提高，影响焊接性能，且易在钢板中形成偏析，对塑性和韧性不利。因此将mn限定在1.00％～2.00％。

12、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，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。

13、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，且对钢的韧性具有很大影响。因此将s控制在0.005％以下。

14、mo：mo作为本发明主要元素，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，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；与mn元素并存时，mo还能够降低回火脆性的发生；经调质热处理后，mo能够改善低温冲击韧性。因此mo的含量在0.50％～-0.90％。

15、v：v作为本发明主要元素，在高温能够溶入奥氏体，通过固溶强化作用提高钢的强度和淬透性；v在钢中以vc、vn、v(c,n)复合化合物的形式存在，其中v(c,n)析出的增多还能够抑制晶界移动和晶粒长大，提高钢的韧性和回火稳定性；并且v元素能与夹杂物发生复合析出，利于形变诱导铁素体相变。调整v与n的比例，一方面在冶炼中v能起到脱氮的作用；另一方面适当的n能够促进v的析出，生成氮化钒以获得良好的析出强化效果。若v含量过高，不仅成本增加，而且析出物尺寸增大。因此将v限定在0.10％～0.50％，v：n:7.5～9。

16、b：b在两阶段轧制过程中使固溶硼在原奥晶界上的偏析占据了原始奥氏体晶界上铁素体的形核位置，抑制了铁素体的生成；b能够促进贝氏体组织的转变，从而提高钢板的淬透性；并且b能够稳定原奥晶界上的m23c6碳化物，抑制晶界滑移和晶粒增长，增强晶界强化作用，因此能够保证钢板的热加工性。因此将b限定在0.0007％～0.0014％。

17、al：al在钢中作为主要的脱氧剂，固定钢液中的氮、细化晶粒，提高钢的韧性；也能够降低钢中bn的生成，增加钢中固溶b的含量；但al过高会导致大尺寸的氧化物生成，影响钢板的韧性。因此al含量限定在0.0025％-0.0045％。

18、n：n在钢中主要是奥氏体向铁素体转变时，从钢中析出vn或v(cn)的沉淀相，抑制奥氏体晶粒的长大，提高钢的强度和低温韧性。因此n含量限定在0.02～0.06％。

19、本发明技术方案之二是提供一种屈服强度690mpa的丙烯球罐用钢板的制造方法，包括冶炼—连铸—加热—轧制—热处理；

20、(1)冶炼：采用铁水预处理，铁水温度1350～1450℃；精炼处理时，lf时长30-50min，rh时长30～50min，真空度≤5.0mbar。

21、(2)连铸：中间包钢水浇铸温度1380～1400℃，优选，采用轻压下技术，压下量控制在3～6mm；拉坯速度0.75～0.95m/min，二冷水5500～6000l/min，过热度20～35℃，矫直温度950～1000℃。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、(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1160～1190℃；在炉总时长120～180min。通过对铸坯进行三阶段加热，使铸坯心部温度达到1160～1190℃，保证铸坯组织完全奥氏体。

23、(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1140～1170℃，辊速0.6～0.8m/s，单道次压下率10％～18％；精轧阶段开轧温度850～900℃，终轧温度800～850℃，辊速0.5～0.6m/s，单道次压下率8％～10％；冷却阶段开冷温度770～820℃，终冷温度500～550℃；冷却后钢板堆垛缓冷，缓冷温度400～450℃，时间960～1140min。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、(5)热处理：堆垛缓冷后钢板进行调质热处理，其中淬火温度为930～950℃，保温时间15～75min；回火温度为610～630℃，保温时间为30～200min，出炉后缓冷至500～540℃后再空冷至室温，缓冷冷却速度为0.4～0.6℃/s，保证钢板组织充分转变为回火索氏体。通过调质热处理+回火后缓冷，钢板组织均匀，且为回火索氏体组织，经热处理后能够改善钢板的力学性能。

25、本发明的有益效果在于：

26、1.本发明成分设计简单，在传统c-mn系低合金钢基础上通过添加一定量的v，提高钢板的淬透性和回火稳定性，v在钢中主要以v(c,n)形式存在，析出物的增多能够抑制晶界移动和晶粒长大，并且v还能与夹杂物发生复合析出，利于形变诱导铁素体相变，同时利用v元素的析出强化和弥散强化效果确保钢板具有足够的强度和韧性；此外还通过添加b元素和mo元素，抑制铁素体的生成，抑制组织中c的扩散和碳化物长大，从而增加钢板的淬透性和回火稳定性。

27、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+回火后缓冷，确保成品组织为单一回火索氏体，组织中碳化物尺寸在1-3μm之间，且分布均匀，通过消除了铁素体对钢板强度的损害，使得钢板具有良好的强韧性配比，经过模拟焊后热处理依然具有优异的强度和韧性。

28、3.本发明钢板厚度规格10-50mm，抗拉强度rel≥690mpa、屈服强度rm:800～920mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j；模拟焊后热处理后钢板力学屈服强度rel≥680mpa、抗拉强度rm:780～900mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j。