一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14‑0.18%，Si 0.25‑0.35%，Mn 0.75‑0.85%，Mo 0.25‑0.35%，Al 0.02‑0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%，Cr ≤0.20%，Ni 0.20‑0.30%，Nb：0.010‑0.020%和/或Ti：0.010‑0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36‑0.40。工制造艺流程为转炉‑LF精炼‑真空脱气‑连铸‑缓冷‑加热‑轧制‑控冷‑缓冷‑热处理‑精检‑探伤‑性能检验‑包装入库。本申请钢板具有较高的高温强度，同时具有较好的低温冲击韧性，较低的碳当量，焊接性能优良，钢板为铁素体+珠光体组织，正火态交货。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金钢板
，具体涉及一种在高温环境下仍具有较高强度，同时低温冲击韧性优良的含Mo钢板及其制造方法。
技术介绍
含Mo的合金钢板，且正火态交货，主要应用于压力容器、汽轮机、冶金机械等领域，与其他普通C-Mn钢铁材料比较，其适用温度范围广，尤其是高温适应范围更广；与常规Cr-Mo钢比较，具有生产容易，交货期短、成本低、应用领域广泛的优势；与调质钢板比较，正火态钢板材料生产过程中更节省能源，钢板焊接后性能更稳定。目前，高温环境下仍保持高强度的含Mo合金钢板所制造的设备，主要应用于高温环境，尤其是400-500℃高温环境，一般要求相应的钢板要保证足够的高温拉伸性能；但对于冲击韧性，则以0℃或20℃要求为主。一般而言，高温下钢板具有良好的冲击韧性；但设备在寒冷地区的冬季也会不可避免的会发生故障，或进行停车检修等操作，此时设备处于停机状态下，钢板温度迅速恢复在环境温度，若钢板的低温冲击韧性较低则极容易出现冷裂纹的问题。因此，产品设计单位、机械制造厂家以及设备使用厂家也开始关注高温作业钢板的低温（-20℃）韧性，并对钢板的低温冲击功的提出了更加具体要求。对于高温作业的钢板，由于Mo的存在，有利于提升和稳定钢板的高温性能，使钢板在高温条件下仍具有较高的强度，尤其是抗蠕变性能，但一定的Mo含量却对钢板低温冲击性能极不利，严重恶化钢板的低温冲击韧性，两者矛盾。理论上，通过添加功能性合金能够提高低温韧性，但是合金的添加会造成钢材的碳当量过高，影响钢板的焊接性能。因此，钢板的高温强度、低温冲击韧性、焊接性能等需要综合考虑，以满足在寒冷地区作业的高温设备所用钢板之需。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术提供一种具有高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，钢板的化学成分基于En 10028标准，并在此基础上进行了创造性改善，该钢板含有0.25～0.35%的Mo含量，通过其他微合金化作用，采用合理的轧制及热处理手段，正火态交货，所得到的钢板具有高温强度高、低温冲击韧性优良及碳当量低便于焊接的综合性能，可广泛应用于低温环境下使用的高温作业压力容器、汽轮机、冶金机械等领域。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14-0.18%，Si 0.25-0.35%，Mn 0.75-0.85%，Mo 0.25-0.35%，Al 0.02-0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%， Cr ≤0.20%，Ni 0.20-0.30%，Nb：0.010-0.020%和/或Ti：0.010-0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36-0.40。上述钢板厚度方向1/4处及1/2处横向冲击试样的-20℃低温冲击功≥31J；钢板500℃高温拉伸屈服强度≥200MPa。优选地，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.16%，Si：0.30%，Mn：0.82%，Mo：0.30%，Al：0.030%，P：0.012%，S：0.002%，N： 0.004%，Cr：0.04%，Cu：0.02%， Ni：0.27%，Nb：0.018%，余量为Fe及不可避免的杂质。优选地，该钢板的化学成分按质量百分比计为：0.16%，Si：0.30%，Mn：0.80%，Mo：0.30%，Al：0.033%，P：0.011%，S：0.002%，N： 0.004%，Cr：0.04%，Cu：0.02%， Ni：0.27%，Ti：0.020%，余量为Fe及不可避免的杂质。钢板化学成分的设计原理如下由碳当量公式可知，C、Mn对Ceq的贡献系数较高，为改善钢板焊接性能，同时为了保证钢板强度，本专利技术严格设计C与Mn成分范围的上限与下限。1）C含量的确定考虑到钢的塑性、韧性、冲击性能和焊接性，C含量不宜过高，选用低碳较合适。本专利技术C含量的范围确定为0.14-0.18%，优选，0.16-0.18%；2）Si含量的确定此处的Si为强化铁素体，可提高材料的基体强度，对材料抗拉强度有贡献，但过高含量的Si对钢板表面涂覆性能不利。本专利技术的Si含量范围确定为0.25-0.35%；3）Mn含量的确定由碳当量公式可以看出，Mn的系数较高，对焊接性能的害处较大；但Mn元素能有效提升钢板的强度，本专利技术Mn含量的范围确定为0.75-0.85%；4）Mo含量的确定Mo存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，能改善钢的热稳定性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力；对正火态钢板而言，过量的Mo能使组织从珠光体形态向贝氏体形态转变。本专利技术Mo含量的范围确定为0.25-0.35%。5）Al含量的确定添加Al元素主要是用来细化晶粒。本专利技术Al含量的范围确定为0.02-0.05%。6）P、S含量的确定硫在钢中常以硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的韧性；钢材中的磷能全部溶于钢中，使其在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。本专利技术P、S含量的范围确定为P ≤0.012%，S ≤0.005%。7）Nb、Ti含量的确定Nb、Ti均是微合金元素，在钢中与C、N等元素形成第二相粒子，通过钉扎效应，在轧制过程中阻止高温下奥氏体晶粒回复再结晶，与控制轧制结合达到细化晶粒的作用。本专利技术Nb、Ti含量的范围确定为Nb：0.010-0.020%和/或Ti：0.010-0.025%。8）Ni含量的确定Ni在钢中为纯固溶元素，它与铁以互溶形式存在于α和γ铁相中，通过其在晶粒内的内吸附作用细化铁素体晶粒，提高钢的冲击韧度。但Ni也是扩大奥氏体的元素，可使Ac3温度点降低，由于临界点的降低和Ni使钢中其它元素扩散速度的降低，因而可提高钢的淬透性，易使钢中出现贝氏体和马氏体，于焊接即为不利。因此，控制合适的Ni含量，使其保持单一的铁素体+珠光体是改善韧性的关键。本专利技术Ni含量的围确定为0.20-0.30。9）Ceq的确定碳当量Ceq是钢板强度的成分保证，但过高的Ceq会增加钢板焊接淬硬性，给焊接、冷作带来不利的影响，容易发生冷裂纹。因此，在保证强度的前提下，严控Ceq范围0.36-0.40。上述高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板的制造方法，工艺流程为，转炉-LF精炼-真空脱气-连铸-缓冷-加热-轧制-控冷-缓冷-热处理-精检-探伤-性能检验-包装入库；主要工序的具体操作如下，1）冶炼工艺：高炉铁水经过转炉吹炼，采用顶底复吹，无渣出钢，随钢水加入脱氧剂预脱氧，随后送入LF精炼炉精炼，强化脱氧，有效精炼时间≥30min；钢水随炉进行RH真空脱气处理，真空度133Pa以下，保持时间≥20min；连续浇铸，开浇温度1520-1550℃，铸坯厚度370mm及以上；2）加热：将连铸坯放入步进梁加热炉加热，均热段温度1220-1240℃，在炉总时间1.0～1.3min/mm；3）轧制：采用控轧工艺，二阶段开轧温度850-900℃，开轧厚度不低于2倍目标板厚；轧后水冷至500-600℃，钢板目标厚度6-40mm；4）热处理：钢板正火态交货，正火保温温度为：Ac3+（30-50）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14‑0.18%，Si 0.25‑0.35%，Mn 0.75‑0.85%，Mo 0.25‑0.35%，Al 0.02‑0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%， Cr ≤0.20%，Ni 0.20‑0.30%，Nb：0.010‑0.020%和/或Ti：0.010‑0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36‑0.40。

【技术特征摘要】
1.一种高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.14-0.18%，Si 0.25-0.35%，Mn 0.75-0.85%，Mo 0.25-0.35%，Al 0.02-0.05%，P ≤0.012%，S ≤0.005%，Cu ≤0.20%， Cr ≤0.20%，Ni 0.20-0.30%，Nb：0.010-0.020%和/或Ti：0.010-0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质，碳当量Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，Ceq介于0.36-0.40。2.根据权利要求1所述的高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.16%，Si：0.30%，Mn：0.82%，Mo：0.30%，Al：0.030%，P：0.012%，S：0.002%，N： 0.004%，Cr：0.04%，Cu：0.02%， Ni：0.27%，Nb：0.018%，余量为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的高温高强度、低温冲击韧性优良的含Mo钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为：0.16%，Si：0.30%，Mn：0.80%，Mo：0.30%，Al：0.033%，P：0.011%，S：0.002%，N： 0.004%，Cr：0.04...

【专利技术属性】
技术研发人员：于雄，李经涛，吴小林，林涛，潘贵明，袁伽利，王柯，周海燕，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32