一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法

摘要

本发明属于低合金钢生产工艺领域，具体涉及一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法。该低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板，其质量百分比的组成如下：C:0.07～0.13%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.45～1.60%，P﹤0.015%，S﹤0.005%，Nb﹤0.030%，V:0.03～0.05%，Ti:0.010～0.020%，Mo:0.08～0.18%，Ni:0.15～0.35%，N﹤0.008%，余量为Fe及不可避免的杂质。本方法能够克服传统的生产制造方法难于降低屈强比的局限性，简化生产工艺、缩短生产流程、减少能源消耗，适合批量工业生产，在满足强度、韧性和焊接性能指标要求的同时，保证了低屈强比。

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢生产工艺领域，具体涉及一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法。

背景技术

随着我国石油、化工行业的迅速发展，石油储备油罐的需求越来越多，石油储备油罐的制造向高强度、大型化方向发展，油罐的容积不断增大，对钢板的使用安全提出了更高的要求，要求钢材不但有高的强度、良好的韧性和焊接性能，还要求满足低屈强比要求。目前低屈强比钢板多应用于高层建筑用钢、高等级管线用钢等，而低屈强比油罐钢的生产也在逐步得到重视。目前国内石油储备罐体用610Mpa高强度钢板主要采用离线调质生产，配备了在线淬火设备生产厂也采用“在线淬火+离线回火”的工艺进行生产石油储备罐体用610Mpa高强度钢板，常规工艺生产的30mm以上规格的钢板屈强比在0.90以上，薄规格的钢板屈强比在0.92以上，甚至更高，难于满足用户对于石油储备油罐钢低屈强比的要求。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法，本方法能够克服传统的生产制造方法难于降低屈强比的局限性，简化生产工艺、缩短生产流程、减少能源消耗，适合批量工业生产，在满足强度、韧性和焊接性能要求的同时，保证了低屈强比。

本发明是通过下述的技术方案来实现的：

一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板，其质量百分比的组成如下：C:0.07～0.13%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.45～1.60%，P﹤0.015%，S﹤0.005%，Nb﹤0.030%，V:0.03～0.05%，Ti:0.010～0.020%，Mo:0.08～0.18%，Ni:0.15～0.35%，N﹤0.008%，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法，工艺路线如下：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—缓冷—连铸坯料加热—轧制—三阶段冷却—矫直—精整—回火。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法，包括如下步骤：

（1）转炉冶炼：包括选配化学成分，C:0.07～0.13%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.45～1.60%，P﹤0.015%，S﹤0.005%，Nb﹤0.030%，V:0.03～0.05%，Ti:0.010～0.020%，Mo:0.08～0.18%，Ni:0.15～0.35%，N﹤0.008%，余量为Fe及不可避免的杂质；

（2）LF、RH精炼：为了控制气体含量及控制合金元素，采用LF+RH精炼，保证软吹时间、RH精炼真空度和真空处理时间；

（3）连铸：严格全程保护浇注，中液面稳定；

（4）轧制成型：采用控制轧制模式，对连铸坯料加热，加热温度1180℃-1250℃，加热温度8-10分钟/厘米，进行两阶段控制轧制；

（5）预矫直：采用5辊预矫直机进行高温矫直，降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直；

（6）三阶段冷却：第一阶段空冷，轧制后钢板进入水冷系统前进行空冷，冷速0.5-1.5℃/S，第一阶段空冷后钢板为830℃-840℃；第二阶段高冷速水冷，采用高水压5bar、大水量进行快速冷却，冷却速度20-40℃/S；第三阶段低冷速水冷，采用低水压1.5bar进行低冷速冷却，冷却速度10-20℃/S，最终钢板冷却到25℃-100℃。

采用双道次轧制和设置辊道速度控制空冷时间，保证一定比例的多边形铁素体析出；通过第二阶段、第三阶段的快速冷却，得到一定的贝氏体组织。通过三阶段冷却得到相应的贝氏体和铁素体复相组织，并保证钢板水冷后钢板平直。

（7）矫直：采用9辊矫直机进行矫直，降低钢板内部和表面残余应力。

（8）回火：选择660-685℃回火，回火系数2.5-3.0，得到回火贝氏体和铁素体双相组织，保证强度和韧性同时，降低屈强比。

采用660-685℃回火，回火后得到25%-35%的多边形铁素体组织，保证材料具有良好的塑形和韧性，65%-75%的回火贝氏体组织，可有效的提高抗拉强度，改善加工硬化，降低屈强比，得到屈强比≤0.90的610Mpa石油储备罐体用钢。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中，所述步骤（4）中连铸钢坯经过粗轧机第一阶段轧制后，中间坯料厚度为55-105mm，最终成品钢板厚度为14mm-40mm。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中，所述步骤（4）中粗轧开轧温度1120℃-1180℃，粗轧终轧温度1050℃-1100℃。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中，其特征在于，所述步骤（4）精轧开轧在980℃-1030℃，精轧终轧温度850℃-900℃。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中，所述（4）中，精轧阶段最后三道次小压下量轧制策略，采用双道次轧制，减少头尾翘曲，保证轧制后钢板板形良好，顺利进入预矫直机。

上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中，所述步骤（1）、步骤（2）中，炼钢过程通过转炉、LF和RH控制P、S含量，要求P控制在120PPm以下，S控制在30PPm。

连铸过程需要控制拉速和温度，避免出现严重的成分偏析。防止出现内部裂纹、缩孔等内部缺陷。可采用常规工艺进行，除明确规定的工艺条件外，本发明未特别说明的工艺部分均按本领域现有技术。

对上述连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；中间坯厚度为钢板目标厚度的2.5-3倍；精轧终轧温度控制在850℃-900℃，精轧阶段采用小压下量轧制策略，保证轧制后的板形平直。通过双道次轧制策略，控制辊道速度，精确控制第一阶段空冷时间，保证多边形铁素体的析出。第二阶段高冷速水冷，大水压、大水量进行高速冷却，冷却到贝氏体转变温度；第三阶段低冷速水冷，保证最终冷却温度和板形。利用采用三阶段冷却，得到相应的复相组织，保证钢板水冷后钢板平直。

对于三阶段冷却钢板选择660-685℃回火，得到回火贝氏体和铁素体双相组织，保证强度和韧性同时，降低屈强比，得到低屈强比的双相石油储备罐体用钢。

本发明与已有技术相比较，具有下列显著的优点和效果：

（1）主要通过合理设计轧制、冷却及回火工艺实现钢板性能，对化学成分要求不严，可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性和低屈强比。

（2）精轧阶段采用小压下量多道次轧制策略，合理分配压下量和控制轧制力，得到轧制后的良好板形。

（3）采用轧后三阶段控制冷却技术控制水冷后钢板的组织和各相比例。采用双道次轧制和设置辊道速度控制空冷时间，保证一定比例的多边形铁素体析出；通过第二阶段、第三阶段的快速冷却，得到一定的贝氏体组织。通过三阶段冷却得到相应的贝氏体和铁素体复相组织，并保证钢板水冷后钢板平直。

（4）回火后得到25%-35%的多边形铁素体组织，保证材料具有良好的塑形和韧性，65%-75%的回火贝氏体组织，可有效的提高抗拉强度，改善加工硬化，降低屈强比，得到屈强比≤0.90的610Mpa石油储备罐体用钢。

（5）该制备方法采用“三阶段冷却+回火工艺”，节省了同类钢板下线再加热后淬火+回火的工序，生产周期短、成本低，提高了生产效率，节约了能源。

（6）低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板成分利用少量的Nb、V、Ti进行复合微合金化， Nb、Mo提高钢板的淬透性。

总之，本发明通过合理的成分设计，利用少量的Nb、V、Ti进行复合微合金化，利用Nb、Mo提高钢板的淬透性。将钢坯加热至1100℃～1250℃，分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为860℃～900℃，精轧采用小压下量多道次轧制，保证终轧温度和板形。通过控制终轧温度、开冷温度，并对轧制后钢板进行三阶段控制冷却，轧制后钢板进行第一阶段空冷，保证部分多变形铁素体析出，利用轧制后钢板的余热，利用水冷系统进行第二阶段、第三阶段水冷，进行变冷速三阶段冷却控制。得到TMCP后组织为贝氏体和一定比例的铁素体，然后对钢板进行回火处理，贝氏体组织分解，组织中仍保留一部分铁素体组织，实现了复相组织，保证强度和韧性同时，降低屈强比。此发明工艺降低了屈强比，克服了常规调质处理方式生产周期长、成本高的缺点，可以生产性能稳定的10mm～40mm 610Mpa低屈强比石油储备罐体用高强度钢板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。

实施例1

生产钢板所需主要成分按重量百分比为：C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.54％，P：0.010％，S：0.005％，Nb：0.017%，V：0.037％，Ti：0.012％，:Ni：0.17％，Mo：0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼，连铸成250mmх2200mm х3060mm连铸坯，连铸坯加热到1200℃；采用成型、展宽、延伸三阶段轧制，粗轧机轧制8道次，开轧温度为1148℃，完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制；中间坯料为60mm，精轧机开轧温度960℃，采用6道次轧制，最终轧制成制后20mmх25530mm х29600mm钢板终轧温度870℃。在钢板轧后三阶段冷却，第一阶段设置精轧机辊道速度4m/s，空冷时间为22s，第二阶段开冷温度为850℃，冷却速,30-40℃/s，冷却后钢板表面温度为434℃，第三阶段冷却速率15-20℃/s，终冷温度为124℃，控制铁素体和贝氏体比例。回火温度采用665℃，保温时间54Min。

产品实际测量厚度20.24mm，力学检测结果为：屈服强度 Rel：572Mpa，抗拉强度 Rm：660Mpa，屈强比（Rel/ Rm）：0.867，延伸率δ：19.5%，冲击功CVN1：237J，冲击功CVN2：234J，冲击功CVN3：241J，冷弯：合格。化学成分、力学性能满足国家标准和客户低屈强比要求。

实施例2

生产钢板所需主要成分按重量百分比为：C：0.08％，Si：0.25％，Mn：1.53％，P：0.010％，S：0.003％，Nb：0.021%，V：0.042％，Ti：0.012％，:Ni：0.19％，Mo：0.11％，其余为Fe及不可避免的杂质。上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼，连铸成250mmх1820mm х2970mm连铸坯，连铸坯加热到1200℃；采用成型、展宽、延伸三阶段轧制，粗轧机轧制8道次，开轧温度为1157℃，完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制；中间坯料为95mm，精轧机开轧温度950℃，采用6道次轧制，最终轧制成制后33mmх2830mm х12900mm钢板终轧温度867℃。在钢板轧后三阶段冷却，第一阶段设置精轧机辊道速度3.5m/s，空冷时间为25s，第二阶段开冷温度为850℃，冷却速：25-35℃/s，冷却后钢板表面温度为421℃，第三阶段冷却速率12-18℃/s，终冷温度为98℃，控制铁素体和贝氏体比例。回火温度采用660℃，保温时间82Min。

产品实际测量厚度33.12mm，力学检测结果为：屈服强度 Rel：612Mpa，抗拉强度 Rm：700Mpa，屈强比（Rel/ Rm）：0.874，延伸率δ：19.5%，冲击功 CVN1：193J，CVN2：201J，CVN3：182J，冷弯：合格。化学成分、力学性能满足国家标准和客户低屈强比要求。