本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、移動(dòng)式壓力容器主要指用以充裝氣體并進(jìn)行運(yùn)輸?shù)膲毫θ萜?，移?dòng)容器沒有固定的使用地點(diǎn)，使用環(huán)境經(jīng)常變化，運(yùn)輸過(guò)程中易受到其他附加載荷，因此比固定式容器的危險(xiǎn)性更大。部分移動(dòng)容器運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)如液化石油氣、液氨、液氯、二氧化硫、丙烷、丙烯等需要在-40℃左右加壓成為液態(tài)，那就需要移動(dòng)容器必須保證在-40℃以下溫度具有良好的沖擊韌性。近幾年隨著石油、石化、化工、能源等領(lǐng)域的快速發(fā)展，車輛的臥罐、槽罐有輕量化設(shè)計(jì)趨勢(shì)，我國(guó)制造的移動(dòng)容器也逐步向安全、節(jié)能和輕量化方向發(fā)展，因此要求移動(dòng)容器用鋼板的強(qiáng)度更高，使用溫度更低，移動(dòng)容器的安全性能要求隨著趨勢(shì)也越來(lái)越高。于是我國(guó)在gb/t?19905-2017《液化氣體汽車罐車》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，鋼板的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值不小于570mpa，低合金鋼板的使用環(huán)境溫度不高于-40℃。因此移動(dòng)容器在輕量化的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸成本降低的基礎(chǔ)上，便要求鋼板本身除了具有較高的強(qiáng)度，壓力容器的制造過(guò)程中進(jìn)行焊后應(yīng)力消除熱處理后仍具有良好的力學(xué)性能，還須具有優(yōu)異的焊接性能，以滿足后續(xù)移動(dòng)容器的制造要求。因此研究一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板，已成為中國(guó)鋼鐵行業(yè)的迫切任務(wù)。

2、移動(dòng)容器用鋼板一般通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理工藝，使鋼板具有較高的強(qiáng)度、良好的-40℃低溫沖擊韌性，且經(jīng)過(guò)焊后應(yīng)力消除熱處理后鋼板的力學(xué)性能依舊能滿足要求。綜上，亟需開發(fā)一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板及其制造方法，以滿足鋼鐵行業(yè)需求。

3、專利文獻(xiàn)《一種低溫移動(dòng)容器用鋼的生產(chǎn)方法》(cn113186453a)中公開的容器用鋼其化學(xué)成分c?0.17-0.20％，si?0.10-0.60％，mn?1.00-1.70％，p≤0.008％，s≤0.003％，alt?0.020-0.050％，nb?0.020-0.050％，v≤0.2％，ni0.25-0.80％，cu?0.1-0.3％，ti?0.010-0.030％，mo≤0.1％，cr≤0.3％，熱處理后組織為鐵素體+珠光體，晶粒度在10級(jí)以上，屈服強(qiáng)度≥460mpa、抗拉強(qiáng)度630-725mpa，屈服強(qiáng)度低于690mpa，且設(shè)計(jì)成分的碳當(dāng)量過(guò)高，制造時(shí)易產(chǎn)生裂紋。

4、專利文獻(xiàn)《一種低溫壓力容器用鋼的生產(chǎn)方法及低溫壓力容器用鋼》(cn116623092a)中公開的容器用鋼其化學(xué)成分c?0.14-0.16％、si?0.20-0.40％、mn?1.40-1.60％、p≤0.015％、s≤0.008％、nb?0.020-0.030％、als?0.020-0.040％，其余為fe及不可避免的夾雜，但通過(guò)澆水控制冷卻會(huì)使鋼板硬度增加，鋼板韌性降低，影響后續(xù)鋼板制造。

5、專利文獻(xiàn)《一種低溫壓力容器用35-50mm厚q420r高強(qiáng)鋼及其生產(chǎn)方法》(cn108165892a)中公開的容器用鋼其化學(xué)成分：c?0.12-0.15％、si?0.20-0.40％、mn1.45-1.55％、p≤0.015％、s≤0.005％、ni?0.30-0.40％、cr?0.22-0.27％、nb0.020-0.030％、v?0.05-0.06％、als?0.015-0.035％、ti?0.008-0.018％，余量fe和其他元素，通過(guò)亞溫淬火后，組織易發(fā)生混晶，并且根據(jù)組織遺傳性，熱處理后帶狀組織易嚴(yán)重，影響鋼板性能。

6、因此針對(duì)上述情況，待通過(guò)調(diào)整制造方法、新型成分設(shè)計(jì)，亟需研制出來(lái)一種高強(qiáng)度新型鋼材，開發(fā)出一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板及其制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述問(wèn)題和不足而提供一種具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性、低屈強(qiáng)比的屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板及其制造方法。

2、本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板，該鋼板的成分按重量百分比計(jì)如下：c:0.01％～0.05％、si:0.10％～0.30％、mn:1.00％～2.00％、p:≤0.010％、s:≤0.003％、nb:0.10％～0.50％、ti:0.10％～0.50％、mo:0.10％～0.50％、ni:0.50％～1.00％、al:0.0025％～0.0045％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、所述鋼板中nb/c≥5。

5、所述鋼板顯微組織為回火索氏體+極少量鐵素體，其中，按體積百分比計(jì)，所述回火索氏體93％～98％、鐵素體2％～7％，組織中碳化物尺寸為1～4μm。

6、所述鋼板厚度為8～30mm，屈服強(qiáng)度rel≥690mpa、抗拉強(qiáng)度rm:800～920mpa、延伸率a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。

7、本發(fā)明成分設(shè)計(jì)理由如下：

8、c在鋼中與合金元素形成各類碳化物起到強(qiáng)化作用，是直接提高鋼板強(qiáng)度的元素。本發(fā)明通過(guò)降低c含量減少帶狀組織的生成，確保cev足夠低，能夠滿足焊接性能的優(yōu)異條件，因此將c含量限定在0.01％～0.05％。

9、si在鋼中通過(guò)固溶強(qiáng)化能夠提高鋼板的屈服強(qiáng)度，在煉鋼過(guò)程中起到脫氧的作用，但si含量過(guò)高會(huì)影響鋼板的低溫沖擊韌性和焊接性能。因此將si含量限定在0.10％～0.30％。

10、mn在鋼中能與fe形成固溶體，提高鋼板的強(qiáng)度和淬透性；mn能夠增加奧氏體組織的穩(wěn)定性，延緩鋼中鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，熱處理后提高回火組織穩(wěn)定性。但是含量過(guò)高，容易在鋼中形成偏析mns，不利于鋼的低溫韌性，因此將mn限定在1.00％～2.00％。

11、p是鋼中的有害元素，對(duì)低溫沖擊韌性危害很大，也是極易偏析元素，因此在煉鋼過(guò)程在含量應(yīng)控制較低。因此p的含量控制在0.010％以下。

12、s易在鋼中形成mns，在后續(xù)加工中易成為裂紋形成的源點(diǎn)，且對(duì)鋼的韌性具有很大影響。因此將s控制在0.003％以下。

13、mo作為本發(fā)明主要元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化溶于奧氏體和鐵素體中以提高鋼材的強(qiáng)度和韌性，能夠降低鋼的臨界冷卻速度以提高鋼板的淬透性；在兩階段軋制過(guò)程中，縮小奧氏體相區(qū)、促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，生成含mo的碳化物能夠也抑制回火脆性的發(fā)生；經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，mo能夠改善鋼板的低溫韌性。因此mo的含量在0.10％～0.50％之間。

14、ni作為本發(fā)明主要元素，是穩(wěn)定奧氏體的主要元素，以固溶強(qiáng)化來(lái)提高鋼的強(qiáng)度，并細(xì)化晶粒；ni能夠提高調(diào)質(zhì)熱處理后鋼板的低溫韌性，改善延伸率。但添加ni含量超過(guò)多會(huì)使ceq增大，成本大大提高，因此將ni含量限定在0.50％～1.00％之間。

15、nb作為本發(fā)明主要元素，在鋼中能夠抑制軋制過(guò)程中的奧氏體再結(jié)晶，對(duì)進(jìn)行未再結(jié)晶區(qū)控制軋制以提高奧氏體內(nèi)部位錯(cuò)密度，促進(jìn)晶粒細(xì)化，提高調(diào)質(zhì)態(tài)鋼板強(qiáng)度和韌性，降低鋼的回火脆性。因此將nb限定在0.10％～0.50％。隨著含碳量的增高，鋼中析出含nb的碳化物增多、碳化物尺寸增大，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，因此限定nb/c≥5。

16、ti作為本發(fā)明主要元素，能夠顯著細(xì)化晶粒，ti與c、n有極強(qiáng)的親合力，并且形成的碳化物、氮化物或碳氮化物具有很高的溶解溫度，在加熱過(guò)程中，未溶解的碳氮化物小質(zhì)點(diǎn)增加了奧氏體的形核點(diǎn)并阻礙了高溫時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。細(xì)小的氮化物在焊接高溫時(shí)極大地抑制奧氏體晶粒粗化，在冷卻過(guò)程中，使焊縫及熱影響區(qū)的組織細(xì)化，韌性得到改善。因此將ti含量限定在0.10％～0.50％。

17、al在鋼中主要的作用是脫氧、固氮，形成的aln能起到細(xì)化組織晶粒，提高鋼的韌性。但al過(guò)高會(huì)導(dǎo)致尺寸較大的aln形成，降低鋼板的低溫沖擊韌性。因此將al含量限定在0.0025％～0.0045％。

18、本發(fā)明技術(shù)方案之二是提供一種屈服強(qiáng)度690mpa的移動(dòng)容器用鋼板的制造方法，包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、熱處理；

19、(1)冶煉：采用鐵水預(yù)處理，鐵水溫度1370～1470℃；精煉處理時(shí)，lf時(shí)長(zhǎng)40～50min，rh時(shí)長(zhǎng)30～45min，真空度≤5.0mbar。

20、(2)連鑄：中間包鋼水澆鑄溫度1390～1440℃，采用電磁攪拌技術(shù)，優(yōu)選電磁攪拌頻率3～6hz，拉坯速度0.65～0.95m/min，二冷水5400～5900l/min，過(guò)熱度23～31℃，矯直溫度980～1100℃。采用電磁攪拌技術(shù)，能夠擴(kuò)大等軸晶區(qū)、促進(jìn)鋼液溫度分布均勻，顯著減輕中心偏析，改善鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。

21、(3)加熱：連鑄坯加熱分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段；其中加熱段溫度區(qū)間為1180～1210℃；均熱段溫度區(qū)間為1160～1200℃；在爐總時(shí)長(zhǎng)130～160min。通過(guò)對(duì)鑄坯進(jìn)行三階段加熱，使鑄坯心部溫度達(dá)到1160～1200℃，保證鑄坯組織完全奧氏體。

22、(4)軋制：鋼坯出爐后，采用兩階段控軋控冷技術(shù)。粗軋階段開軋溫度1140～1180℃，輥速0.5～0.7m/s，單道次壓下率11％～15％；精軋階段開軋溫度840～890℃，終軋溫度750～800℃，輥速0.4～0.6m/s，單道次壓下率8％～13％；冷卻階段開冷溫度720～770℃，終冷溫度430～500℃；冷卻后鋼板堆垛緩冷，緩冷溫度400～430℃，時(shí)間600～800min。通過(guò)兩階段軋制，采用大壓下慢輥速軋制，組織中的形變儲(chǔ)存能增大，延長(zhǎng)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為發(fā)生的時(shí)間，使晶粒細(xì)化；通過(guò)控制冷卻，抑制鐵素體轉(zhuǎn)變，促進(jìn)貝氏體組織轉(zhuǎn)變。

23、(5)熱處理：堆垛緩冷后鋼板進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其中一次淬火溫度為940～960℃，保溫時(shí)間10～30min；二次淬火溫度為850～880℃，保溫時(shí)間5～10min；回火溫度為550～580℃，保溫時(shí)間為60～100min。通過(guò)二次淬火+回火，使淬火組織轉(zhuǎn)變充分并減少組織中大量的鐵素體，回火后組織為回火索氏體組織+極少量鐵素體，且組織分布均勻，經(jīng)熱處理后能夠改善鋼板的力學(xué)性能。

24、本發(fā)明的有益效果在于：

25、1.本發(fā)明成分在傳統(tǒng)的碳素鋼基礎(chǔ)上，通過(guò)添加足夠數(shù)量的nb和ti元素大幅增加鋼板的強(qiáng)度和低溫韌性，nb在鋼中能夠在軋制過(guò)程中抑制奧氏體再結(jié)晶，細(xì)化晶粒尺寸，熱處理后提高調(diào)質(zhì)態(tài)鋼板強(qiáng)度和韌性，提高抗回火性能，改善焊接性能，ti能夠顯著細(xì)化晶粒，形成的碳化物、氮化物或碳氮化物能夠在高溫時(shí)抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，在冷卻過(guò)程中細(xì)化焊縫及熱影響區(qū)的組織，改善韌性；同時(shí)通過(guò)添加足夠的mo和ni增加鋼板的淬透性和抗回火性能，mo能夠抑制晶界鐵素體的生成，促貝氏體轉(zhuǎn)變，提高鋼材的強(qiáng)度和韌性，抑制回火脆性的發(fā)生，ni能夠穩(wěn)定奧氏體，與fe以固溶的方式存在于奧氏體和鐵素體中，提高鋼的強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，提高調(diào)質(zhì)鋼板的低溫韌性。

26、2.本發(fā)明制造方式合理，通過(guò)采用控軋控冷配合二次淬火+回火熱處理，確保成品組織為回火索氏體+極少量鐵素體，組織中碳化物尺寸在1～4μm之間，分布均勻，減輕了鐵素體對(duì)鋼板強(qiáng)度的損害，在保證鋼板具有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性的同時(shí)屈強(qiáng)比相對(duì)較低；并且經(jīng)焊后應(yīng)力消除熱處理依然具有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。

27、3.本發(fā)明鋼板厚度規(guī)格8-30mm，屈服強(qiáng)度rel≥690mpa、抗拉強(qiáng)度rm:800～920mpa、a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。焊后應(yīng)力消除熱處理的性能屈服強(qiáng)度rel≥690mpa、抗拉強(qiáng)度rm:800～920mpa、a≥18％、-40℃kv2≥100j、rel/rm≤0.90。