Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼及生產方法
【專利摘要】本發明提供了一種極限厚度Cr-Mo系ASTM?A387?Gr22CL2壓力容鋼及其生產方法。所述Cr-Mo系ASTM?A387?Gr22CL2壓力容器鋼的化學成分及質量百分比如下(單位，wt%)：C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：0.30～0.60、P：≤0.015、S：≤0.005、Als：0.020～0.060，Cr：2.0～2.5、Mo：0.9～1.1，其它為Fe和殘留元素。本發明的生產方法包括在優質鐵水、KR鐵水預處理、120t頂底復吹轉爐、Ar站吹氬、LF精煉、VD真空脫氣、水冷模鑄澆注、均熱坑加熱、3800mm軋機、ACC層流冷卻、矯直、堆冷、熱處理、精整、外觀檢驗、探傷、入庫。本發明的鋼板采取48t水冷錠模澆注，可比常規鑄鐵錠模冷速凝固時間縮短1/3，且減少或避免了鋼錠心部嚴重的疏松或偏析缺陷，改善鋼板內部質量。
【專利說明】Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼及生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于寬厚鋼板生產【技術領域】，具體涉及到一種120~150mm厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼及其生產方法。
【背景技術】
[0002]ASTM A387 Gr22CL2屬于美標ASTM A387/A387M_06a中的壓力容器鋼，廣泛應用于石油、化工、核電站、鍋爐等行業，用于制作反應器、換熱器、鍋爐汽包、核反應堆壓力殼、水電站高壓水管、水輪渦殼等設備構件。要求具有良好的力學性能、良好的工藝性能、良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能。
[0003]目前傳統生產采取模鑄澆注，專利CN102080187A公開了一種采用33t扁平錠生產12Cr2MolR容器鋼的方法，但采取常規錠模生產，鋼水澆注完畢后進行自然緩慢冷卻，尤其是在凝固中后期，鋼錠模吸收大量熱量后依靠錠模與空氣間的傳導向外散熱，散熱速度極慢，與帽口部鋼液散熱速度趨于一致，不利于在鋼錠中心形成上大下小的“喇叭口 ”補縮通道，狹長的液相穴影響了鋼錠本體中心的補縮效果。同時由于凝固時間的延長，加劇了鋼錠內部的選分結晶和成分偏析，無法避免常規模鑄生產中出現的中心疏松及縮孔現象，內部質量難以保證。
[0004]采用常規錠模生產，每套常規錠模平均使用次數在60次左右(最高不超過80次)，錠模就會因模內壁出現龜裂而報廢，錠模使用成本較高；且常規模鑄錠的疏松缺陷則向帽口下部的本體部分延伸，甚至可能延伸至本體中部，為保證鋼板質量，鋼錠本體靠帽口部分也需切除，成材率低，直接導致生產成本升高。
[0005]澆注完畢后，常規錠模依靠散熱自然冷卻，生產周期較長，難以滿足產品交貨期需求。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明人經過反復試驗摸索，獲得了一種極限厚度Cr-Mo系ASTMA387 Gr22CL2壓力容器鋼及其生產方法，從而完成了本發明。
[0007]因此，本發明的目的在于提供一種極限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容鋼及其生產方法。
[0008]為達到上述目的，本發明采取的技術方案是所述Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼的化學成分及質量百分比如下(單位，wt%):C:0.08~0.16,S1:0.20~0.50、Mn:
0.30 ~0.60、P:≤0.015、S:≤ 0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~
1.1，其它為Fe和殘留元素。
[0009]為得到上述鋼板，本發明的生產方法包括在優質鐵水、KR鐵水預處理、120t頂底復吹轉爐、Ar站吹氬、LF精煉、VD真空脫氣、水冷模鑄澆注、均熱坑加熱、3800mm軋機、ACC層流冷卻、矯直、堆冷、熱處理、精整、外觀檢驗、探傷、入庫工藝順序下，通過選用水冷模鑄錠燒注，成分上僅添加Cr、Mo合金、采取Als作為細化晶粒元素的低成本設計,通過LF+VD工藝控制鋼水純凈度，二階段軋制及ACC控冷，采取采用正火+空冷+回火熱處理工藝滿足鋼種晶粒度需求，成功生產出120-150mm厚ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，且具有良好的韌性及高溫拉伸性能。
[0010]冶煉工藝:生產前準備好優質邊角料，并且保證邊角料干燥無污染，轉爐生產過程中重點以脫P為主，冶煉終點鋼水成分控制按照:0.04%≤C≤0.07%,P ( 0.008% ;點吹次數不得大于2次，避免出鋼過程下渣；LF精煉要求精煉一加熱結束爐渣必須變白或黃白，白渣保持時間> 30min,要求精煉結束的終渣為流動性良好、粘度合適的泡沫白渣；VD真空要求在67Pa的真空度下，VD保壓時間按照≥20min控制，保壓過程鋼水翻騰效果良好。
[0011]澆鑄工藝:使用熱傳導率高的結晶器銅板作為鋼錠模，外部通過循環冷卻水對銅板錠模進行冷卻，該水冷結晶器冷卻的錠模裝置，冷卻器四周和底部為水冷銅板結晶器，鋼錠本身的凝固放熱可以迅速地通過流動的水帶走，改變了原有錠模僅由熱傳導和輻射向外散熱的方式，大大加快了鋼錠冷凝的速度，可縮短生產周期，同時使鋼錠本體加快凝固速度和縮短凝固時間，減輕了內部偏析，鑄模內腔形狀為倒置的錐臺形或圓錐臺形，在冷卻器與底板之間設有升降裝置，鑄造過程中升降裝置向下移動，使鋼錠始終與鑄模處于緊貼狀態，對鑄錠在凝固過程中產生一定的擠壓作用，減輕疏松。同時，設置有側邊擠壓機構，將連鑄輕壓下類似技術應用于模鑄，在凝固后期對鑄錠寬邊形成微擠壓，進一步減小氣隙、加速傳熱，從而形成更加致密組織；鋼錠帽口采取妥善的保溫措施，在凝固過程中可使鋼錠內部形成上大下小的補縮通道，避免了縮孔的產生，又進一步減輕了鋼錠內部的疏松和偏析。采取水冷鋼錠模生產，因錠模通水冷卻，冷卻強度大，鋼水凝固速度快，凝固時間和脫模時間大大縮短，可比常規鑄鐵錠模冷速凝固時間縮短1/3，由于水冷錠模模壁不會隨著冷卻凝固時間的推移而顯著升高溫度，水冷模壁持續為鋼錠的冷卻提供著較大的溫度梯度，因此定向柱狀晶一直能夠得到快速持續發展，幾乎不會遇到阻礙，柱狀晶一直可以發展到鋼錠心部，因此減少或避免了鋼錠心部嚴重的疏松或偏析缺陷，為產品質量提供保障。
[0012]加熱、軋制工藝:采用均熱坑加熱，燜鋼Ih后以≤120°C/h升溫，升溫段約2h，保溫段溫度控制在1190°C~1270°C ;采用二階段控軋，開軋溫度控制在1050~1150°C之間，粗軋階段采用“高溫低速大壓下”工藝，在設備允許的前提下，增大壓下量，增大變形滲透程度，盡量愈合內部組織缺陷，總壓下率不小于50% ;當溫度960°C~1000°C時，停軋晾鋼，晾鋼厚度為成品厚度+(80~100)mm，晾鋼時注意擺動，防止黑印；軋制后用ACC反復冷卻(冷卻次數3~5次)，返紅溫度640~680°C，冷速控制在3~8°C /S。
[0013]鋼板緩冷、熱處理工藝:鋼板采用石棉布包裹嚴實，在保溫箱內堆冷，堆冷時間不大于等于48小時；熱處理采用正火+空冷+回火對鋼板進行調質處理，淬火溫度為930± 10°C,保溫時間2min/mm,空冷至室溫，回火溫度660± 10°C,保溫時間4~4.5min/mm。
[0014]通過使用48t水冷銅板結晶器錠模澆鑄，改善中心疏松及縮孔現象；合理優化合金元素設計，保證鋼的高溫塑性及高溫拉伸性能；冶煉過程中精選優質邊角料，保證邊角料干燥無污染，嚴格控制鋼中有害元素含量；采取LF造白渣工藝制度及VD真空處理，提高鋼水純凈度；在均熱坑加熱以保證鋼錠燒透至中心，軋制過程前三道次加大道次壓下量，軋制后用ACC冷卻和軋后鋼板石棉布包裹堆垛緩冷的方式，最后利用調質處理使鋼板的各項性能指標達到標準要求，且軋制成材率高出常規錠模3%~5%。【具體實施方式】
[0015]本發明在優質鐵水、KR鐵水預處理、120t頂底復吹轉爐、Ar站吹氬、LF精煉、VD真空脫氣、水冷模鑄澆注、均熱坑加熱、3800mm軋機、ACC層流冷卻、矯直、堆冷、熱處理、精整、外觀檢驗、探傷、入庫工藝順序下，通過選用水冷模鑄錠澆注，成分上僅添加Cr、Mo合金、采取Als作為細化晶粒元素的低成本設計，通過LF+VD工藝控制鋼水純凈度，二階段軋制及ACC控冷，采取采用正火+空冷+回火熱處理工藝滿足鋼種晶粒度需求，成功生產出120-150mm厚ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，且具有良好的韌性及高溫拉伸性能。
[0016]實施方式如下:
成分設計:該極限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，化學成分及質量百分比如下(單位，wt%):C:0.08 ~0.16、Si:0.20 ~0.50、Mn:0.30 ~0.60、P:≤ 0.015、S:(0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~1.1，其它為 Fe 和殘留元素。
[0017]冶煉工藝:生產前準備好優質邊角料，并且保證邊角料干燥無污染，轉爐生產過程中重點以脫P為主，冶煉終點鋼水成分控制按照:0.04%≤C≤0.07%,P ( 0.008% ;點吹次數不得大于2次，避免出鋼過程下渣；LF精煉要求精煉一加熱結束爐渣必須變白或黃白，白渣保持時間> 30min,要求精煉結束的終渣為流動性良好、粘度合適的泡沫白渣；VD真空要求在67Pa的真空度下，VD保壓時間按照≤20min控制，保壓過程鋼水翻騰效果良好。
[0018]澆鑄工藝:使用熱傳導率高的結晶器銅板作為鋼錠模，外部通過循環冷卻水對銅板錠模進行冷卻，該水冷結晶器冷卻的錠模裝置，冷卻器四周和底部為水冷銅板結晶器，鋼錠本身的凝固放熱可以迅速地通過流動的水帶走，改變了原有錠模僅由熱傳導和輻射向外散熱的方式，大大加快了鋼錠冷凝的速度，可縮短生產周期，同時使鋼錠本體加快凝固速度和縮短凝固時間，減輕了內部偏析，鑄模內腔形狀為倒置的錐臺形或圓錐臺形，在冷卻器與底板之間設有升降裝置，鑄造過程中升降裝置向下移動，使鋼錠始終與鑄模處于緊貼狀態，對鑄錠在凝固過程中產生一定的擠壓作用，減輕疏松。同時，設置有側邊擠壓機構，將連鑄輕壓下類似技術應用于模鑄，在凝固后期對鑄錠寬邊形成微擠壓，進一步減小氣隙、加速傳熱，從而形成更加致密組織；鋼錠帽口采取妥善的保溫措施，在凝固過程中可使鋼錠內部形成上大下小的補縮通道，避免了縮孔的產生，又進一步減輕了鋼錠內部的疏松和偏析。采取水冷鋼錠模生產，因錠模通水冷卻，冷卻強度大，鋼水凝固速度快，凝固時間和脫模時間大大縮短，可比常規鑄鐵錠模冷速凝固時間縮短1/3，由于水冷錠模模壁不會隨著冷卻凝固時間的推移而顯著升高溫度，水冷模壁持續為鋼錠的冷卻提供著較大的溫度梯度，因此定向柱狀晶一直能夠得到快速持續發展，幾乎不會遇到阻礙，柱狀晶一直可以發展到鋼錠心部，因此減少或避免了鋼錠心部嚴重的疏松或偏析缺陷，為產品質量提供保障。
[0019]加熱、軋制工藝:采用均熱坑加熱，燜鋼Ih后以≤120°C/h升溫，升溫段約2h，保溫段溫度控制在1190°C~1270°C ;采用二階段控軋，開軋溫度控制在1050~1150°C之間，粗軋階段采用“高溫低速大壓下”工藝，在設備允許的前提下，增大壓下量，增大變形滲透程度，盡量愈合內部組織缺陷，總壓下率不小于50% ;當溫度960°C~1000°C時，停軋晾鋼，晾鋼厚度為成品厚度+(80~100)mm，晾鋼時注意擺動，防止黑印；軋制后用ACC反復冷卻(冷卻次數3~5次)，返紅溫度640~680°C，冷速控制在3~8°C /S。
[0020]鋼板緩冷、熱處理工藝:鋼板采用石棉布包裹嚴實，在保溫箱內堆冷，堆冷時間不大于等于48小時；熱處理采用正火+空冷+回火對鋼板進行調質處理，淬火溫度為930± 10°C,保溫時間2min/mm,空冷至室溫，回火溫度660± 10°C,保溫時間4~4.5min/mm。
[0021]實施例一:
一種極限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，包含如下質量百分比成分(單位，wt%):C:0.10、Si:0.30、Mn:0.50、P:0.010、S:0.002、Als: 0.029，Cr:2.2、Mo:
0.98,其它為Fe和殘留元素。
[0022]實施例二:
一種極限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，包含如下質量百分比成分(單位，wt%):C:0.09、Si:0.32、Mn:0.45、P:0.011、S:0.003、Als: 0.025，Cr:2.1、Mo:
1.0，其它為Fe和殘留元素。
[0023]上述極限厚度Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容器鋼，所述鋼板厚度120_150mm。
[0024]化學成份及機械性能按照ASTM A387/A387M_06a執行，具體如表所示。
【權利要求】
1.一種Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容鋼，其特征在于所述Cr-Mo系ASTM A387Gr22CL2壓力容器鋼的化學成分及質量百分比如下:C:0.08~0.16、S1:0.20~0.50,Mn:.0.30 ~0.60、P:≤ 0.015、S:≤ 0.005、Als: 0.020 ~0.060，Cr:2.0 ~2.5、Mo:0.9 ~.1.1，其它為Fe和殘留元素。
2.一種如權利要求1所述Cr-Mo系ASTM A387 Gr22CL2壓力容鋼的生產方法，該生產方法包括優質鐵水、KR鐵水預處理、120t頂底復吹轉爐、Ar站吹氬、LF精煉、VD真空脫氣、水冷模鑄澆注、均熱坑加熱、3800mm軋機、ACC層流冷卻、矯直、堆冷、熱處理、精整、外觀檢驗、探傷、入庫，在加熱、軋制工藝:采用均熱坑加熱，燜鋼Ih后以< 120°C /h升溫，升溫段約2h，保溫段溫度控制在1190°C~1270°C ;采用二階段控軋，開軋溫度控制在1050~1150°C之間，粗軋階段采用“高溫低速大壓下”工藝，在設備允許的前提下，增大壓下量，增大變形滲透程度，總壓下率不小于50% ;當溫度960°C~1000°C時，停軋晾鋼，晾鋼厚度為成品厚度+(80~100)mm，晾鋼時注意擺動，防止黑印；軋制后用ACC反復冷卻，返紅溫度640~.680°C，冷速控制在3~8°C /S ;在鋼板緩冷、熱處理工藝:鋼板采用石棉布包裹嚴實，在保溫箱內堆冷，堆冷時間不大于等于48小時；熱處理采用正火+空冷+回火對鋼板進行調質處理，淬火溫度為930± 10°C，保溫時間2min/mm，空冷至室溫，回火溫度660± 10°C，保溫時間.4 ~4.5mi n/mnin
【文檔編號】C21D8/02GK103710626SQ201310730097
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】朱書成, 王新, 許少普, 趙迪, 崔冠軍, 康文舉 申請人:南陽漢冶特鋼有限公司