本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、丙烯作為三大合成材料塑料、合成橡膠、合成纖維的基本原料，并且丙烯的需求量隨著我國工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展而逐年增加。同時為使石油化工裝置的經(jīng)濟性持續(xù)提高，常溫儲存丙烯的球形儲罐逐步向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展。由于丙烯屬于甲a類液化烴類物料，常溫下為無色、有烴類氣味的氣體，易燃易爆，不溶于水，飽和蒸汽壓較高，丙烯球罐用于常溫儲存氣態(tài)丙烯，因此鋼板需要具有高強度、良好的-20℃低溫沖擊韌性、焊接性能好等優(yōu)異的綜合力學性能。國內(nèi)現(xiàn)有的丙烯球罐用鋼板已無法滿足高參數(shù)需求，因此研究一種屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板，已滿足中國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

2、丙烯球罐用鋼板一般通過正火或調(diào)質(zhì)熱處理工藝，使鋼板具有較高的強韌性、良好的綜合力學性能；后續(xù)對鋼板經(jīng)過模擬焊后熱處理檢驗模擬容器焊接及熱成型過程，鋼板的各項力學性能依舊能滿足要求。

3、例如，專利文獻《一種40-60mm厚易焊接心部低溫韌性優(yōu)良的容器鋼板及其制造方法》(cn110184531a)公開的容器鋼板其主要化學成分為：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％，并滿足pcm≤0.20％，10≤w(nb+v)/w(ti)≤30，其不足之處在，其屈服強度低于所設(shè)計屈服強度690mpa。

4、專利文獻《大厚度超低溫高韌性球罐用鋼板及其軋制方法》(cn112795839a)公開的球罐用鋼板其化學成分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，其不足之處在，所設(shè)計的大厚度鋼板強度低于所設(shè)計屈服強度690mpa，且厚鋼板經(jīng)焊后熱處理后力學性能難以保證，影響后續(xù)加工。

5、專利文獻《一種低表面硬度球罐用鋼及其生產(chǎn)方法》(cn117026093a)公開的球罐用鋼其主要化學成分為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％，其不足之處在，其屈服強度為550-570mpa之內(nèi)，設(shè)計成分無法滿足屈服強度690mpa的要求。

6、因此針對上述情況，待通過調(diào)整制造方法、新型成分設(shè)計，亟需研制出來一種高強度新型鋼材，開發(fā)出一種屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板及其制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述問題和不足而提供一種組織為單一回火索氏體，消除了鐵素體對鋼板強度的損害，具有良好的強韌性配比，經(jīng)過模擬焊后熱處理依然具有優(yōu)異的強度和韌性的屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板及其制造方法。

2、本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：

3、一種屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板，該鋼板的成分按重量百分比計如下：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％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、進一步，所述鋼板中，v/n:7.5～9。

5、進一步，所述鋼板顯微組織為回火索氏體，組織中碳化物尺寸為1～3μm。

6、進一步，所述鋼板厚度為10～50mm，rel≥690mpa、rm:800～920mpa、a≥18％、-20℃kv2≥100j；模擬焊后熱處理后鋼板力學性能屈服強度rel≥680mpa、抗拉強度rm:780～900mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j。

7、本發(fā)明成分設(shè)計理由如下：

8、在傳統(tǒng)c-mn系低合金鋼基礎(chǔ)上通過添加一定量的v，提高鋼板的淬透性和回火穩(wěn)定性，v在鋼中主要以v(c,n)形式存在，析出物的增多能夠抑制晶界移動和晶粒長大，并且v還能與夾雜物發(fā)生復合析出，利于形變誘導鐵素體相變，同時利用v元素的析出強化和彌散強化效果確保鋼板具有足夠的強度和韌性；此外還通過添加b元素和mo元素，抑制組織中c的擴散和碳化物長大，提高鋼板強度的同時增加鋼板的淬透性和回火穩(wěn)定性。

9、c：c在鋼中與合金元素形成各類碳化物、或形成固溶體形式以起到強化作用，其中v與c原子具有極強的親和力，形成的含v碳化物在鋼中起到提高強度的作用，且v與c能夠在冶煉過程中形成穩(wěn)定難熔的碳化物，使鋼在較高溫度時仍保持細晶組織，大大降低鋼的過熱敏感性，因此將c含量限定在0.10％～0.15％。

10、si：si在鋼中固溶于鐵素體內(nèi)以提高鋼板強度和鋼的淬透性，并在一定范圍內(nèi)能夠降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的塑性。因此將si含量限定在0.10％～0.30％。

11、mn：mn在鋼中的作用是通過固溶強化來提高鋼的強度和淬透性，隨著mn含量的增加，提高鋼中奧氏體和回火組織的穩(wěn)定性，降低臨界冷卻速度；但含量過高將使鋼在高溫下引起晶粒粗化，導致ceq提高，影響焊接性能，且易在鋼板中形成偏析，對塑性和韌性不利。因此將mn限定在1.00％～2.00％。

12、p是鋼中的有害元素，對低溫沖擊韌性危害很大，也是極易偏析元素，在煉鋼過程在含量應控制較低。因此p的含量控制在0.010％以下。

13、s也是鋼中的有害元素，易在鋼中形成mns，在后續(xù)加工中易成為裂紋形成的源點，且對鋼的韌性具有很大影響。因此將s控制在0.005％以下。

14、mo：mo作為本發(fā)明主要元素，提高鋼材的強度和韌性，能夠降低鋼的臨界冷卻速度以提高鋼板的淬透性；在兩階段軋制過程中，能夠縮小奧氏體相區(qū)、促進貝氏體轉(zhuǎn)變，生成含mo的碳化物能夠抑制鐵素體的生成；與mn元素并存時，mo還能夠降低回火脆性的發(fā)生；經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，mo能夠改善低溫沖擊韌性。因此mo的含量在0.50％～-0.90％。

15、v：v作為本發(fā)明主要元素，在高溫能夠溶入奧氏體，通過固溶強化作用提高鋼的強度和淬透性；v在鋼中以vc、vn、v(c,n)復合化合物的形式存在，其中v(c,n)析出的增多還能夠抑制晶界移動和晶粒長大，提高鋼的韌性和回火穩(wěn)定性；并且v元素能與夾雜物發(fā)生復合析出，利于形變誘導鐵素體相變。調(diào)整v與n的比例，一方面在冶煉中v能起到脫氮的作用；另一方面適當?shù)膎能夠促進v的析出，生成氮化釩以獲得良好的析出強化效果。若v含量過高，不僅成本增加，而且析出物尺寸增大。因此將v限定在0.10％～0.50％，v：n:7.5～9。

16、b：b在兩階段軋制過程中使固溶硼在原奧晶界上的偏析占據(jù)了原始奧氏體晶界上鐵素體的形核位置，抑制了鐵素體的生成；b能夠促進貝氏體組織的轉(zhuǎn)變，從而提高鋼板的淬透性；并且b能夠穩(wěn)定原奧晶界上的m23c6碳化物，抑制晶界滑移和晶粒增長，增強晶界強化作用，因此能夠保證鋼板的熱加工性。因此將b限定在0.0007％～0.0014％。

17、al：al在鋼中作為主要的脫氧劑，固定鋼液中的氮、細化晶粒，提高鋼的韌性；也能夠降低鋼中bn的生成，增加鋼中固溶b的含量；但al過高會導致大尺寸的氧化物生成，影響鋼板的韌性。因此al含量限定在0.0025％-0.0045％。

18、n：n在鋼中主要是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時，從鋼中析出vn或v(cn)的沉淀相，抑制奧氏體晶粒的長大，提高鋼的強度和低溫韌性。因此n含量限定在0.02～0.06％。

19、本發(fā)明技術(shù)方案之二是提供一種屈服強度690mpa的丙烯球罐用鋼板的制造方法，包括冶煉—連鑄—加熱—軋制—熱處理；

20、(1)冶煉：采用鐵水預處理，鐵水溫度1350～1450℃；精煉處理時，lf時長30-50min，rh時長30～50min，真空度≤5.0mbar。

21、(2)連鑄：中間包鋼水澆鑄溫度1380～1400℃，優(yōu)選，采用輕壓下技術(shù)，壓下量控制在3～6mm；拉坯速度0.75～0.95m/min，二冷水5500～6000l/min，過熱度20～35℃，矯直溫度950～1000℃。采用輕壓下技術(shù)，在鑄坯快要凝固處，對鑄坯進行輕微的壓下以減輕中心偏析。

22、(3)加熱：連鑄坯加熱分為預熱段、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1160～1190℃；在爐總時長120～180min。通過對鑄坯進行三階段加熱，使鑄坯心部溫度達到1160～1190℃，保證鑄坯組織完全奧氏體。

23、(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1140～1170℃，輥速0.6～0.8m/s，單道次壓下率10％～18％；精軋階段開軋溫度850～900℃，終軋溫度800～850℃，輥速0.5～0.6m/s，單道次壓下率8％～10％；冷卻階段開冷溫度770～820℃，終冷溫度500～550℃；冷卻后鋼板堆垛緩冷，緩冷溫度400～450℃，時間960～1140min。通過兩階段軋制，采用大壓下慢輥速軋制，組織中的形變儲存能增大，延長了動態(tài)再結(jié)晶行為發(fā)生的時間，使晶粒細化；通過控制冷卻，抑制鐵素體轉(zhuǎn)變，促進貝氏體組織轉(zhuǎn)變完全。

24、(5)熱處理：堆垛緩冷后鋼板進行調(diào)質(zhì)熱處理，其中淬火溫度為930～950℃，保溫時間15～75min；回火溫度為610～630℃，保溫時間為30～200min，出爐后緩冷至500～540℃后再空冷至室溫，緩冷冷卻速度為0.4～0.6℃/s，保證鋼板組織充分轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。通過調(diào)質(zhì)熱處理+回火后緩冷，鋼板組織均勻，且為回火索氏體組織，經(jīng)熱處理后能夠改善鋼板的力學性能。

25、本發(fā)明的有益效果在于：

26、1.本發(fā)明成分設(shè)計簡單，在傳統(tǒng)c-mn系低合金鋼基礎(chǔ)上通過添加一定量的v，提高鋼板的淬透性和回火穩(wěn)定性，v在鋼中主要以v(c,n)形式存在，析出物的增多能夠抑制晶界移動和晶粒長大，并且v還能與夾雜物發(fā)生復合析出，利于形變誘導鐵素體相變，同時利用v元素的析出強化和彌散強化效果確保鋼板具有足夠的強度和韌性；此外還通過添加b元素和mo元素，抑制鐵素體的生成，抑制組織中c的擴散和碳化物長大，從而增加鋼板的淬透性和回火穩(wěn)定性。

27、2.本發(fā)明制造方式合理，通過采用兩階段軋制+控制冷卻，配合調(diào)質(zhì)熱處理+回火后緩冷，確保成品組織為單一回火索氏體，組織中碳化物尺寸在1-3μm之間，且分布均勻，通過消除了鐵素體對鋼板強度的損害，使得鋼板具有良好的強韌性配比，經(jīng)過模擬焊后熱處理依然具有優(yōu)異的強度和韌性。

28、3.本發(fā)明鋼板厚度規(guī)格10-50mm，抗拉強度rel≥690mpa、屈服強度rm:800～920mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j；模擬焊后熱處理后鋼板力學屈服強度rel≥680mpa、抗拉強度rm:780～900mpa、延伸率a≥18％、-20℃kv2≥100j。