專利名稱：采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金鋼板生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，特別涉及一種采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法。
背景技術(shù)：
國際上石油儲罐建設(shè)逐步向單臺容積10 30萬立方米的大型化發(fā)展，主要采用高強度調(diào)質(zhì)鋼板制作。為了提高施工效率，在罐壁板縱縫施工中，已經(jīng)采用自動氣電立焊方法，要求罐壁板的焊接熱輸入能夠達到120kJ/cm。由于焊接熱輸入的增大，焊接熱影響區(qū)的高溫停留時間變長，奧氏體晶粒嚴重粗化，并且由于焊后冷卻速度緩慢，在焊接熱影響區(qū)容易形成粗大的側(cè)板條鐵素體、魏氏組織和上貝氏體等異常組織，使焊接熱影響區(qū)強度和韌性下降較大，并容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，尤其是在靠近熔合線溫度達到1400°C時，這種惡化更加明顯。這就帶來了傳統(tǒng)鋼板的焊接熱影響區(qū)嚴重脆化問題。
為此，已有技術(shù)相繼開發(fā)出大熱輸入焊接用調(diào)質(zhì)鋼板，用于石油儲罐建設(shè)。但是，在生產(chǎn)高強調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工序中，普遍采用離線淬火+回火工藝，將軋制后緩慢冷卻至室溫的鋼板，重新再加熱到奧氏體化溫度以上，再進行淬火。這種方法設(shè)備投資高、能源消耗大、 生產(chǎn)周期長，不利于企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。如中國專利申請?zhí)?00810013605. 9 “一種大型石油儲罐用高強度厚鋼板及其低成本制造方法”，中國專利申請?zhí)?00610028249. 9 “一種復合強化高強度高韌性調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法”，中國專利申請?zhí)?00810041043. 9“低成本的 700MPa級高強高韌調(diào)質(zhì)鋼板及其制造方法”，中國專利申請?zhí)?00410017255. 5 “可大線能量焊接的超高強度鋼板及其制造方法”。這些現(xiàn)有技術(shù)主要存在如下問題
(1)采用離線淬火方法，生產(chǎn)周期長、能源消耗大；
(2)焊接熱輸入低。一般焊接熱輸入小于lOOKJ/cm。(3)合金含量高。如中國專利申請?zhí)?00810013605. 9“一種大型石油儲罐用高強度厚鋼板及其低成本制造方法”中的昂貴金屬Ni的含量為0. 2% 0. 4%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，在降低昂貴金屬的同時，解決傳統(tǒng)離線調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板造成的設(shè)備投資高、能源消耗大、生產(chǎn)周期長的技術(shù)瓶頸。采用該方法制造的鋼板具有更好的大熱輸入焊接性能，在 (400KJ/cm的大熱輸入焊接條件下，仍具有良好的低溫韌性，有助于提高戰(zhàn)略石油儲備庫建設(shè)的施工效率和安全可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，鋼的化學組成質(zhì)量百分比為c=0. 05% 0. 12%、Si=O. 15% 0. 30%、Mn=L 2% 1. 6 %、P < 0. 015%、S < 0. 010%、Mo 彡 0. 3%、Nb 彡 0. 03 %、Ti=0. 005% 0. 03%、Ni=O. 01% 0. 2 %、V=0. 02% 0. 05 %、Ca=O. 0001% 0. 006%、N=O. 002% 0. 007%、0=0. 001% 0. 006%, B=O. 0001% 0. 003%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，Pcm彡0. 20%, Ceq彡0. 40% ；將鋼坯加熱至1100
31280°C，經(jīng)再結(jié)晶和未再結(jié)晶兩階段軋制成鋼板，在鋼板軋后溫度為780 900°C時進行直接淬火，平均冷卻速度為25 60°C /s，冷卻終止溫度彡350°C;淬火后鋼板經(jīng)600 700°C 離線回火。所述的Pcm ( 0. 20%,是指焊接裂紋敏感組成
度\21. 5mm\45mmPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B (%)彡 0. 20% ；所述的 Ceq ^ 0. 40%，是指碳當量 Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (%) ^ 0. 40%。冶煉時控制夾雜物類型及尺寸，即在轉(zhuǎn)爐冶煉時進行脫氧，LF爐精煉時控制鋼水中的氧含量為1 lOOppm，氮含量為1 IOOppm時添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，再經(jīng)過真空脫氣處理后進行連鑄。在前述方法中，所述鋼板的厚度為12 50mm，鋼板屈服強度大于490MPa，抗拉強度大于610MPa，經(jīng)< 400KJ/cm大熱輸入焊接后，焊接熱影響區(qū)仍具有優(yōu)良的低溫韌性，-20°C沖擊功平均值> 50J。本發(fā)明的原理直接淬火是指軋后鋼板處于奧氏體組織時，通過在線快速冷卻到馬氏體溫度點以下，獲得完全馬氏體組織或馬氏體+貝氏體組織。直接淬火相比傳統(tǒng)的軋后離線再加熱淬火，能夠獲得更高的強度，且由于軋制過程中因形變累積效應(yīng)所形成的大量晶體缺陷具有遺傳作用，使奧氏體相變后形成的馬氏體板條間距小且含有大量高密度位錯，這種板條馬氏體在回火過程中析出微細且彌散分布的合金碳化物等，在使強度指標提高的同時，形變所造成的馬氏體板條細化和板條取向多樣化效果，則使斷裂單位變得更加細小而顯著提高鋼材的沖擊韌性。因此，在生產(chǎn)相同強度級別鋼板時，采用直接淬火不僅能夠節(jié)約大量能耗、提高生產(chǎn)效率，還能夠降低合金含量，有利于焊接性能的提高。本發(fā)明的有益效果。本發(fā)明提供一種專用的石油儲罐鋼化學組成并采用直接淬火工藝進行生產(chǎn)。該化學成分組成的要點是利用極少量的Nb、V、Ti復合微合金化，添加少量的Mo、B等提高鋼板淬透性的元素，Ni含量降到0. 01% 0. 2%范圍內(nèi)，Pcm彡0. 20% ；在冶煉過程中采用直接淬火工藝，充分利用氧化物冶金原理，有效控制鋼中夾雜物的類型、數(shù)量、尺寸和分布狀態(tài)。因而，本發(fā)明具有如下進步效果
(1)化學成分簡單，各元素比例合理，昂貴金屬Ni的含量低，鋼板合金成本大幅下降， 冶煉工藝相對簡單、易于操作。已有技術(shù)中的昂貴金屬Ni的含量為0. 2% 0. 4%，而本發(fā)明的Ni含量僅為0. 01 0. 2%，合金成本顯著降低。
(2)采用軋后直接淬火工藝，生產(chǎn)工藝流程縮短，能源消耗降低，鋼板具有穩(wěn)定的綜合力學性能。(3)采用控制夾雜物類型及尺寸的冶煉方法，鋼中能夠形成大量有益于大熱輸入焊接HAZ韌性的復合夾雜物，鋼板可承受< 400KJ/cm的焊接熱輸入。


圖1、圖2、圖3分別為實施例12mm、21. 5mm、45mm厚度鋼板回火后金相組織圖。圖4為實施例45mm鋼板經(jīng)400KJ/cm焊接熱循環(huán)CGHAZ的金相組織圖。圖5為實施例45mm鋼經(jīng)400KJ/cm氣電立焊后熔合線部位的金相組織圖。
具體實施例方式
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下面結(jié)合實施例對發(fā)明做進一步說明。采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，其整體工藝流程為轉(zhuǎn)爐冶煉一LF 爐精煉一VD真空脫氣處理一板坯澆注一步進式爐加熱一高壓水除鱗一軋機粗軋一軋機精軋一預矯直一直接淬火一強力矯直一精整一探傷一回火一取樣檢驗一噴號標識一入庫。三個實施例分別選取生產(chǎn)厚度為12、21. 5、45的三種鋼板，鋼的化學組成質(zhì)量百分比為:C=0. 05% 0. 12%,Si=O. 15% 0. 30%、Μη=1· 2% 1. 6 %、Ρ < 0. 015%、S < 0. 010%、 Mo 彡 0. 3%、Nb 彡 0. 03 %、Ti=O. 005% 0. 03%、Ni=O. 01% 0. 2 %、V=O. 02% 0. 05 %、 Ca=O. 0001% 0. 006%、N=O. 002% 0. 007%、0=0. 001% 0. 006%, B=O. 0001% 0. 003%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，Pcm ^ 0. 20%, Ceq ^ 0. 40%。關(guān)鍵工藝步驟包括
冶煉工藝采用轉(zhuǎn)爐冶煉進行脫氧，LF爐精煉時添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，控制夾雜物類型及尺寸，經(jīng)VD真空脫氣處理后進行連鑄。連鑄坯厚度260mm，下線堆冷。軋制工藝連鑄坯加熱至1250°C，再結(jié)晶區(qū)軋制階段道次變形量10 35%，板坯溫度彡9800C ；45mm厚度鋼板的未再結(jié)晶區(qū)軋制階段開軋溫度880°C，軋后鋼板溫度為830°C時進行在線直接淬火，冷卻終止溫度200°C ； 12mm和21. 5mm厚度鋼板的未再結(jié)晶區(qū)軋制階段開軋溫度930°C，軋后鋼板溫度為790°C時進行在線直接淬火，冷卻終止溫度 150°C。回火工藝淬火后的45mm厚度鋼板回火溫度630°C，回火保溫時間60min ；21. 5mm 厚度鋼板回火溫度640°C，回火保溫時間30min ； 12mm厚度鋼板回火溫度660°C，回火保溫時間20min。實施例三種厚度規(guī)格鋼板回火后的力學性能如表1所示，大熱輸入焊接結(jié)果如表 2所示，系列溫度沖擊結(jié)果如表3所示。為了反映本發(fā)明的效果，我們引進比較例進行對比。比較例鋼板的化學成分如表 4所示，采用離線淬火+回火工藝進行調(diào)質(zhì)，力學性能及大熱輸入焊接結(jié)果如表5所示。表1實施例鋼板回火后的力學性能
權(quán)利要求
1.采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，其特征在于鋼的化學組成質(zhì)量百分比為 C=O. 05% 0. 12%、Si=O. 15% 0. 30%、Mn=L 2% 1. 6 %、P < 0. 015%、S < 0. 010%、 Mo 彡 0. 3%、Nb 彡 0. 03 %、Ti=O. 005% 0. 03%、Ni=O. 01% 0. 2 %、V=O. 02% 0. 05 %、 Ca=O. 0001% 0. 006%、N=O. 002% 0. 007%、0=0. 001% 0. 006%, B=O. 0001% 0. 003%,其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，Pcm彡0. 20%, Ceq彡0. 40% ；將鋼坯加熱至1100 1280°C，經(jīng)再結(jié)晶和未再結(jié)晶階段軋制成鋼板，在鋼板軋后溫度為780 900°C時進行直接淬火，平均冷卻速度為25 60°C /s，冷卻終止溫度彡3500C ；淬火后鋼板經(jīng)600 700°C離線回火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，其特征在于 冶煉時控制夾雜物類型及尺寸，即在轉(zhuǎn)爐冶煉時進行脫氧，LF爐精煉時控制鋼水中的氧含量為1 lOOppm，氮含量為1 IOOppm時添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，再經(jīng)過真空脫氣處理后進行連鑄。
全文摘要
采用直接淬火工藝生產(chǎn)石油儲罐鋼板的方法，本發(fā)明提供一種專用的石油儲罐鋼化學組成并采用直接淬火工藝。將鋼坯加熱至1100～1280℃，經(jīng)再結(jié)晶和未再結(jié)晶階段軋制成鋼板，在鋼板溫度為780～900℃時進行在線淬火，平均冷卻速度為25～60℃/s，冷卻終止溫度≤350℃；淬火后鋼板經(jīng)600～700℃離線回火。本發(fā)明區(qū)別于常規(guī)離線淬火+回火的高能耗調(diào)質(zhì)工藝，生產(chǎn)流程短、能源消耗低，鋼板具有良好的常規(guī)力學性能和大熱輸入焊接性能。鋼板屈服強度大于490MPa，抗拉強度大于610MPa，經(jīng)≤400KJ/cm大熱輸入焊接后，焊接熱影響區(qū)仍具有優(yōu)良的低溫韌性，-20℃沖擊功平均值＞50J。
文檔編號C22C38/14GK102230057SQ20111018160
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者于青, 劉永龍, 吳進, 張朋彥, 易耀云, 曹波, 朱伏先, 熊祥江, 王國棟, 翟運濤, 譚小斌, 鄭生斌 申請人:東北大學, 湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司