16MnDR是制造低溫壓力容器用的專(zhuān)用鋼板,該鋼屬于低合金鋼. 低溫壓力容器是用于盛裝易燃、易爆、有毒物品的特種容器,其工作溫度低,工作環(huán)境惡劣,使條件復(fù)雜. 用于制作低溫壓力容器用的鋼板應(yīng)具備以下要求: 1)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的強(qiáng)度和低溫條件下的塑韌性; 2)良好的內(nèi)部質(zhì)量; 3)良好的焊接及加工性能; 4)高的低溫耐蝕性.河南舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舞鋼”)根據(jù)客戶(hù)及市場(chǎng)的需要,于2009年5月成功試制了16MnDR鋼板,現(xiàn)就生產(chǎn)工藝介紹如下.
1 試制工藝
高爐鐵水→混鐵爐→120 噸轉(zhuǎn)爐→LF爐精煉→RH真空處理→板坯連鑄→鑄坯緩冷→板坯加熱→高壓水除鱗→寬板軋制(控軋) →軋后水冷(控冷) →正火→探傷→入庫(kù).
2 鋼的化學(xué)成分與冶煉
2. 1 成分設(shè)計(jì)
該鋼種成分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是《大量現(xiàn)貨庫(kù)存詳情舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司》鋼板在李*159*03*63/53*79低溫條件下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和塑韌性,通過(guò)加入常規(guī)合金強(qiáng)化元素(如碳、硅、錳、鋁等)生產(chǎn)的鋼板一般都能夠滿(mǎn)足常溫條件下鋼板的性能要求,但這類(lèi)鋼板的低溫性能較差,尤其是鋼板的低溫沖擊韌性不能適應(yīng)低溫惡劣的工作環(huán)境.通過(guò)加入微量合金Nb、V元素來(lái)改善鋼板的低溫塑韌性,利用強(qiáng)碳化物形成元素Nb、V所形成碳氮化物的彌散析出相(第二相) ,使原始奧氏體晶粒充分細(xì)化以提高鋼的強(qiáng)度和韌性. Nb、V是強(qiáng)烈的
碳氮化物形成元素,可與碳氮形成極其穩(wěn)定的Nb(C、N) 、V (C、N)化合[ 1 ] . 沿奧氏體晶界彌散分布的Nb (C、N) 、V (C、N)粒子,阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大,顯著提高原始奧氏體晶粒粗化溫度,從而細(xì)化了鐵素體晶粒,改善了鋼的強(qiáng)度與低溫韌性.
通過(guò)微合金化,可以降低影響韌性和焊接性能最大的碳含量,確保在低的碳含量情況下仍獲得高的強(qiáng)度,同時(shí)也可以獲得良好的低溫沖擊韌性. 為確保鋼板具有良好的低溫性能,鋼板的組織應(yīng)為單一的鐵素體+珠光體組織,這就要求微合金元素的加入量不宜過(guò)高,要使微合金元素以化合物的形式在鋼中彌散析出,同時(shí)在隨后的軋鋼工序中,要嚴(yán)格控制控軋控冷工藝參數(shù),確保鋼板不出現(xiàn)體異
常組織.
綜合各方面因素,本次試制16MnDR鋼決定采用加入單一的微合金元素Nb來(lái)提高鋼板的低溫韌性.
2. 2 鋼的成分表
1 16MnDR 鋼的化學(xué)成分
成分w (C) w ( Si) w (Mn) w ( P) w ( S) w (Als) w (Nb) w (N) w ( T. O)
GB353122008 ≤0. 2 0. 15～0. 5 1. 2～1. 6 ≤0. 025 ≤0. 012 ≥0. 015 適量- -
實(shí)際控制0. 13 0. 37 1. 42 0. 008 0. 002 0. 031 微量0. 0031 0. 0021
2. 3 鋼的冶煉
采取一切有效措施,提高鋼水的純凈度,減少鋼中磷、硫和氧、氮、氫等氣體含量,同時(shí)減少鋼中夾雜物的含量,并改善夾雜物的形態(tài). 特別注意連鑄設(shè)備
的正常運(yùn)行,確保鑄坯不出現(xiàn)微裂紋和較嚴(yán)重的中心偏析.
3 鋼板軋制
第一次試制16MnDR 鋼板,軋制δ12 mm、δ20mm、δ50 mm三種規(guī)格板,δ12 mm厚鋼板采用常規(guī)軋制工藝,δ20 mm、δ50 mm厚鋼板采用嚴(yán)格的控軋控冷(TMCP). 軋后經(jīng)過(guò)正火處理,保證組織為單一的鐵素體加珠光體組織,使鋼板在隨后的深加工及焊接等制作過(guò)程中保持組織穩(wěn)定,以達(dá)到鋼板性能穩(wěn)定的目的.鋼坯的加熱溫度應(yīng)選在比微合金碳氮化物能全部溶解的溫度略高. 粗軋?jiān)趭W氏體再結(jié)晶區(qū)控軋,精軋?jiān)趭W氏體未再結(jié)晶區(qū)控軋,軋后實(shí)行控冷. 鋼板粗軋開(kāi)始溫度≤1 200 ℃,精軋開(kāi)始溫度880～940 ℃,精軋后累計(jì)變形量≥45 ～55 ,終軋溫度≤880 ℃,軋后水冷,終冷溫度650～700 ℃.
4 檢測(cè)結(jié)果與分析
4. 1 力學(xué)性能
16MnDR鋼板的力學(xué)性能見(jiàn)表2、表3.
表2 16MnDR鋼板(正火)性能(橫向)標(biāo)準(zhǔn)及用戶(hù)要求
規(guī)格/mm屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa
率/冷彎Akv/J ( - 40 ℃)探傷
≤16 ≥315 490～620
≥21 完好
≥34 (GB3531208)
≥47 (用戶(hù)要求)
> 16～36 ≥295 470～600 Ⅱ
> 36～60 ≥285 460～590
表3 16MnDR正火鋼板力學(xué)性能(橫向)
軋制號(hào)
規(guī)格/mm屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)
率/冷彎Ⅱ級(jí)探傷
Z9808925N δ12 395 525 36 完好全部合格
Z9808926N δ12 395 525 32 完好全部合格
Z9808923N δ20 370 525 33 完好全部合格
Z9808921N δ50 350 505 30 完好全部合格
表4 16MnDR正火鋼板低溫沖擊性能(橫向)
試驗(yàn)
溫度/℃
橫向沖擊Akv/J
Z9808925N -δ12 mm Z9808923N -δ20 mm Z9808921N -δ50 mm
1 2 3 平均1 2 3 平均1 2 3 平均
0 238 260 240 246 238 245 249 244 196 187 226 203
- 20 174 199 169 181 194 231 219 215 178 195 175 183
- 40 179 177 188 181 183 260 196 213 178 124 150 151
- 60 140 120 137 132 148 167 96 137 114 118 120 117
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5 結(jié) 論
1)韶鋼寬板生產(chǎn)線通過(guò)Nb微合金化及控軋控冷工藝試制的16MnDR低溫壓力容板,其性能及內(nèi)在質(zhì)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)及用戶(hù)要求
2)試制的16MnDR 板低溫沖擊韌性?xún)?yōu)良, 在- 60 ℃下的沖擊功大于96 J;
3)試制的16MnDR 板,帶狀組織嚴(yán)重,表明鋼板的各向性能差別較大,下一步要予以改進(jìn).
