本發(fā)明屬于冶金行業(yè)，涉及一種用于中溫、中壓環(huán)境的鍋爐壓力容器用鋼及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问?，而?jīng)過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體，長(zhǎng)久以來(lái)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，多用于火電站、船舶、機(jī)車(chē)和工礦等領(lǐng)域。中溫中壓鍋爐容器主要指使用環(huán)境在3.8mpa＜?jí)毫Γ?.8mpa、350℃＜溫度＜450℃的鍋爐容器設(shè)施，由于制造鍋爐容器的原材料主要鋼材，因此鋼鐵企業(yè)對(duì)于鍋爐容器鋼板的開(kāi)發(fā)十分重視。

公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利“一種為釩鈦復(fù)合處理鍋爐和壓力容器用鋼及其生產(chǎn)方法”(201010622957.1)，通過(guò)釩鈦復(fù)合處理提高鋼材的強(qiáng)度，但公開(kāi)的鍋爐和壓力容器用鋼屬于鍋爐容器中強(qiáng)度較低的牌號(hào)。

公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利“一種大厚度鍋爐鍋筒用低合金高強(qiáng)鋼板及其制造方法”(cn103834873a)，成分上添加cr、ni、mo、nb等合金元素，通過(guò)傳統(tǒng)的模鑄鋼錠+軋制+離線熱處理工藝保證鋼板的各項(xiàng)性能，工藝復(fù)雜繁瑣。

發(fā)明專(zhuān)利“一種壓力容器鋼18mnmonbr及其100mm厚度板生產(chǎn)工藝”(cn103160740a)、以及《金屬材料與冶金工程》中發(fā)表的論文“壓力容器用特厚18mnmonbr鋼種的研制”，公開(kāi)鋼種的生產(chǎn)工藝流程基本為電爐+模鑄+軋制+熱處理，成分工藝雖然滿足鋼板性 能要求，但同樣存在制造工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

上述公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利有的成分設(shè)計(jì)上添加了較多貴重金屬元素增加了成本、有的雖然未添加較多合金元素但強(qiáng)度級(jí)別較低；工藝上大多采用模鑄鋼錠作為原料，生產(chǎn)效率低，成本較高，且熱處理工藝基本采用離線正火+回火，進(jìn)一步增加了工序成本。為了解決上述公開(kāi)專(zhuān)利中存在的諸多問(wèn)題，本發(fā)明意在采用一種合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，即適量提高碳含量、添加ni、mo合金元素及v、ti微合金元素，增強(qiáng)鋼的常溫及中溫強(qiáng)度，通過(guò)轉(zhuǎn)爐連鑄、在線正火軋制+離線回火生產(chǎn)工藝路線，有效降低了生產(chǎn)工序成本，保證該級(jí)別鍋爐鋼板的常溫及中溫性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明通過(guò)全新的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，采用與傳統(tǒng)鍋爐容器制造工藝不同的生產(chǎn)工藝路線，得到強(qiáng)韌型匹配優(yōu)異、中溫性能優(yōu)良的鍋爐鋼板。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：鋼的合金成分設(shè)計(jì)，按重量百分比為：c0.15％～0.23％、si0.15％～0.40％、mn1.20％～1.60％、s≤0.005％、p≤0.015％、ni0.20％～0.40％、mo0.30％～0.60％、ti0.01％～0.02％、v0.02％～0.05％、als0.02％～0.05％，余量為fe及不可避免夾雜；

鋼板中合金元素c、si、mn、p、s、ni、mo、ti、v、als限定量的理由詳述如下：

c是提高鋼強(qiáng)度的最主要元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，提高淬透性，及保證鋼的強(qiáng)度級(jí)別和高溫性能；碳含量過(guò)高，又會(huì)影響鋼的焊接性能。因此本發(fā)明中將c的含量限定為0.15％～0.23％。

si在煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑，si和mo、cr等結(jié)合，有 提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，超過(guò)0.5％時(shí)，會(huì)造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能，因此本發(fā)明中將si含量限定為0.15％～0.40％。

mn能增加鋼的韌性、強(qiáng)度和硬度，是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體的元素，可有效地降低奧氏體的分解速度，提高鋼的淬透性，mn含量高會(huì)增強(qiáng)回火脆性，因此控制mn含量范圍為1.20％～1.60％。

s和p都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性，因此應(yīng)盡量減少磷和硫在鋼中的含量，本發(fā)明中將s、p的含量分別限定為：s≤0.005％，p≤0.015％。

mo提高鋼的淬透性，含量0.5％左右時(shí)，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度，但mo含量過(guò)高反而會(huì)導(dǎo)致鋼的脆化，因此本發(fā)明中將mo含量限定在0.30％～0.60％。

ni能提高鋼板的強(qiáng)度、韌性，并具有良好的淬透性，提高塑性及韌性，改善耐蝕性能，與鉬聯(lián)合使用，增強(qiáng)熱強(qiáng)性，是熱強(qiáng)鋼及不銹耐酸鋼的主要合金元素之一，但由于ni成本較高，因此將ni含量限定在0.20％～0.40％

ti固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)，但降低固溶體的韌性，固溶于奧氏體中提高鋼的淬透性，改善回火穩(wěn)定性，并有二次硬化作用，提高鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性，如蠕變和持久強(qiáng)度，且改善鋼的焊接性，因此將ti含量限定在0.01～0.02％。

v固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性，但化合狀態(tài)存在的釩，會(huì)降低鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性，并有很強(qiáng)的二次硬化作用，固溶于鐵素體中有極強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，因此將v含量限定在0.02％～0.05％。

als是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，過(guò)高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能， 因此als含量限定在0.02％～0.05％。

一種650mpa級(jí)中溫中壓鍋爐鋼板的生產(chǎn)工藝為：鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—lf—rh—連鑄—鑄坯加熱—軋制—熱處理—檢驗(yàn)。其中，

冶煉工藝：煉鋼要進(jìn)行鐵水脫硫預(yù)處理，選用清潔廢鋼，保證合金清潔干燥，擋渣出鋼，要求下渣渣層厚度≤100mm，采用lf精煉深脫硫處理，造還原渣，確保夾雜物充分上浮，采用vd，vd凈循環(huán)時(shí)間≥10min，開(kāi)澆前鎮(zhèn)靜時(shí)間≥3min；lf爐喂硅鈣線速度≥2m/s，喂線量≥3～5m/t；

澆鑄工藝：vd破真空后采用連鑄機(jī)澆鑄，過(guò)熱度小于25℃，澆注過(guò)程要穩(wěn)定恒速。鑄坯下線進(jìn)堆垛緩冷，堆垛緩冷48h以上；

加熱工藝：通過(guò)控制鋼坯的加熱工藝，確保合金元素充分固溶，并有效抑制原始奧氏體晶粒長(zhǎng)大，板坯加熱溫度控制在1150～1250℃，加熱4～6小時(shí)，均熱時(shí)間0.5～1.0小時(shí)；

軋制工藝：軋制采用兩階段正火軋制工藝，保證ⅰ階段較大的道次壓下率，變形充分滲透致鋼坯心部，使再結(jié)晶區(qū)奧氏體晶粒充分均勻細(xì)化，控制ⅱ階段開(kāi)軋溫度，確保終軋溫度在ac3+(30～50)℃，由于終軋溫度范圍很窄，因此在控制上需要更加精確，具有一定的生產(chǎn)難度。具體工藝參數(shù)為：ⅰ階段開(kāi)軋溫度≥1100℃、終軋溫度1050～1000℃、ⅰ階段道次壓下率15％～25％、中間坯厚度為成品鋼板的2～2.5倍；ⅱ階段開(kāi)軋溫度900～920℃、終軋溫度870～890℃、ⅱ階段累計(jì)壓下率為50％～65％。軋后空冷。

熱處理工序：經(jīng)正火軋制后的鋼板雖然晶粒得到細(xì)化，但并未獲得最終的穩(wěn)定組織，通過(guò)高溫回火處理，得到更為穩(wěn)定的強(qiáng)韌性匹配良好的回火貝氏體+鐵素體組織，回火工藝：保溫溫度650～680℃，保溫時(shí)間2～4min/mm。

在本發(fā)明的生產(chǎn)工藝中：

ⅰ階段開(kāi)軋溫度≥1100℃、終軋溫度1050～1000℃：此溫度區(qū)間為奧氏體再結(jié)晶區(qū)，通過(guò)晶粒的形變、再結(jié)晶使再結(jié)晶晶粒細(xì)化，相變后得到均勻細(xì)小的組織。

15％～25％的道次壓下率主要是使鋼坯心部得到滲透變形，保證鋼板的力學(xué)性能。

中間坯厚度為成品鋼板的2～2.5倍主要是保證ⅱ階段總變形率大于50％，因?yàn)榭倝合侣试酱螅F素體晶粒越細(xì)小，鋼板力學(xué)性能越好。

ⅱ階段開(kāi)軋溫度900～920℃、終軋溫度870～890℃：此溫度區(qū)間為鋼的ac3+(30～50)℃，即正火溫度區(qū)間，是保證進(jìn)行正火軋制的關(guān)鍵溫度區(qū)間。

50％～65％的ⅱ階段累計(jì)壓下率則為了獲得細(xì)小的原始晶粒。

有益效果：

本發(fā)明的有益效果是通過(guò)全新的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，采用與傳統(tǒng)鍋爐鋼板不同的短流程、低成本、高效的生產(chǎn)工藝路線，其中常溫rm≥650mpa，-20℃kv2≥100j；350℃的rel≥380mpa、400℃的rel≥365mpa、450℃的rel≥350mpa常溫及中溫性能優(yōu)良的鍋爐鋼板。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及的技術(shù)問(wèn)題采用下述技術(shù)方案解決：一種650mpa級(jí)中溫中壓鍋爐鋼板及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：c0.15％～0.23％、si0.15％～0.40％、mn1.20％～1.60％、s≤0.005％、p≤0.015％、ni0.20％～0.40％、mo0.30％～0.60％、ti0.01％～0.02％、v0.02％～0.05％、als0.02％～0.05％，余量為fe及不可避免夾雜；經(jīng)鐵 水脫硫預(yù)處理，擋渣出鋼中，要求下渣渣層厚度≤100mm，采用lf精煉深脫硫處理，造還原渣，確保夾雜物充分上浮，采用vd，vd凈循環(huán)時(shí)間≥10min，開(kāi)澆前鎮(zhèn)靜時(shí)間≥3min；lf爐喂硅鈣線速度≥2m/s，喂線量≥3～5m/t；vd破真空后采用連鑄機(jī)澆鑄，過(guò)熱度小于25℃，澆注過(guò)程要穩(wěn)定恒速。鑄坯下線進(jìn)堆垛緩冷，堆垛緩冷48h以上；鑄坯加熱溫度控制在1150～1250℃，加熱4～6小時(shí)，均熱時(shí)間0.5～1.0小時(shí)；ⅰ階段開(kāi)軋溫度≥1100℃、ⅰ階段終軋溫度1050～1000℃、、ⅰ階段道次壓下率15％～25％、中間坯厚度為成品鋼板的2～2.5倍；ⅱ階段開(kāi)軋溫度900～920℃、終軋溫度870～890℃、ⅱ階段累計(jì)壓下率為50％～65％。軋后空冷。

以下實(shí)施例用于具體說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容，這些實(shí)施例僅為本發(fā)明內(nèi)容的一般描述，并不對(duì)本發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行限制。表1為本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分，表2為本發(fā)明實(shí)施例鋼的生產(chǎn)工藝參數(shù)，表3為本發(fā)明實(shí)施例鋼力學(xué)性能。

表1實(shí)施例化學(xué)成分(wt，％)

表2實(shí)施例生產(chǎn)工藝參數(shù)

表3實(shí)施例力學(xué)性能

根據(jù)以上結(jié)果可以得出，本發(fā)明提供的中溫中壓鍋爐鋼板常溫rm≥665mpa，-20℃kv2≥144j；350℃的rel≥384mpa、400℃的rel≥365mpa、450℃的rel≥351mpa，常溫及中溫性能優(yōu)良。