改进型特厚正火低温容器钢板S A516Gr.70的开发 苏大雄，牛长胜，陈超，朱岩
(宝山钢铁股份有限公司制造管理部，上海201900)
摘要：在分析现有S A516Gr.70技术要求的基础上，着重分析了标准要求与用户要求的差异性，并针对用户的低温和长时间的焊后热处理(P WH T)特殊要求，分析了成分和工艺对性能的影响因素，并抓住重点因素，通过改进宝钢已有的S A516Gr.70的成分设计和轧制工艺，利用LF+RH精炼和钙处理，连铸过程中的动态压下和电磁搅拌，厚板轧制的控轧控冷技术，以及对不同厚度规格钢板采用不同的终轧温度控制并制定合理的正火工艺，开发出了厚度为50~80mm，具有超出标准要求的-50e低温冲击功的低温用容器钢板，并在经过620e,10h 焊后模拟热处理后，同样具有良好机械性能，很好地满足了用户需求。 关键词：低温容器钢板；低温冲击功；正火；焊后热处理(P WHT)
中图分类号:TG142文献标志码:B文章编号:1008-0716(2010)04-0077-05
do:i10.3969/.j issn.1008-0716.2010.04.017
D evelopm en t of t h eM odifi ed L o w T e m pera ture
E xtra2heavy
N orm a lized P r ess u re V essel P l a te S A516G r.70
SU Dax i ong,N IU Changsheng,CH EN Chao and Z H U Y an
(M anufa ctur ingM ana ge m en t D epar t m ent,Baoshan Iron&Steel Co.,L td.,
Shang ha i201900,Ch ina)
Abstr act:On the basis of the analysis of the existi ng techn i ca l require ments f or steel S A516 G r.70,the d iff erences bet ween the standard quire m ents were ana l yz ed.For t he purpose ofm eeti ng the users.de mands f or lo w te mperature and lo ng ti m e postwe l d heat treat men t (P WHT)properti es of the plate,this paper ana lyzed t he influence of t he p late.s co m positio n and productio n process o n its properti es.Thro ug h se izi ng so m e key factors,i m pro vi ng t he existi ng S A516G r.70.s co mpositio n desig n and rolli ng m ill para m eters,utilizi ng so me techn ica lm ethods, such as t he LF+RH refi n i ng,ca lciu m treat men t process,dy na m ic depressing and e l ectro mag netic stirr i ng i n continuous casting,Baostee l developed th is l o w te mperature pressure vessel p late w ith a th ickness of50-80mm.I n the process of the develo p m en,t reaso nab
le fi n ish i ng te mperature and nor m alizi ng techn i que were also adopted.Th is stee l plate has a super perf or m ance of l o w te mpera t ure i m pact at-50e,which is better than what t he standard requirs.Thro ugh a si m ulati ve heati ng treat m ent at620e f or10hours(holdi ng ti m e),th is modified steel has goo d m echan ica l properties and it can m ee t quire ments wel.l
K ey w ords:lo w te mperature vessel p late;lo w te mperature i m pac;t nor m alizi ng;postweld hea t treat m ent(P WHT)
苏大雄工程师年生3年毕业于西安建筑科技大学现从事焊管生产质量管理工作电话663
x@0前言
随着世界经济全球化的日益发展，中国的压力容器设备制造行业在技术和装备上也日趋成
1978200钻机导管
87920 E2m ail suda i ong baostee.l com
熟，各国内制造厂家承接的国外订单也趋多，以国外牌号的容器钢需求量增加明显。同时，现代容器的大型化和高参数化也日益明显，对钢板的厚度要求越来越厚，使用条件和环境越来越苛刻，尤其是
低温要求也越来越多，相应地对压力容器用钢板的技术要求也不断提高。宝钢在2007年9月在满足普通要求的基础上开发出了超出标准要求的-50e低温冲击功的低温用50~80mm特厚钢板，并在经过620e,10h焊后模拟热处理(P WHT)后，同样具有良好的各项机械性能。
1-50e用特厚50~80mm S A516
G r.70钢板的开发
1.1S A516G r.70钢板的技术要求与特点
S A516G r.70钢板采用AS ME S A516/S A516M 5中低温压力容器用碳素钢板6标准和用户的A要求，与国内常用的50kg级压力容器钢16Mn R和16Mn DR等中低温用压力容器钢种相比，该钢种具有以下几点不同[1-4]:
(1)S A516G r.70碳含量随着厚度的变化而变化，锰含量较低(0.85%~1.20%)，见表1；而国内中低温压力容器用钢所有成分均固定，锰含量上限相对较高(1.20%~1.60%)。
(2)S A516G r.70不分厚度规格，其抗拉强度(R m)、屈服强度(R p0.2)是一个固定值，见表2，而国内钢种强度指标随着厚度的增加而降低; S A516Gr.70的延伸率(A)通常采用固定试样标距(200mm或50mm)测试，而国内常采用比例试样标距(A50)。
(3)S A516Gr.70冲击韧性的要求，是个性化要求，用户可以根据使用条件而选择，一般随着厚度的增加，标准规定的最低使用温度呈上升趋势，见表2；国内钢种就某个钢种而言，其冲击温度都是固定的(如16MnR为0e,16Mn DR为-40e)。
(4)S A516Gr.70对于焊后模拟热处理(P WHT)的要求，也属于个性化要求，用户也是根据焊接后的热处理和加工方式的不同选取热处理温度和时间，国内对于此项要求没有特殊说明，只是在用户的使用过程中会做特殊的说明，在标准中没有明确规定(如表3)。
表1S A516G r.70化学成分质量分数标准要求
Tab le1Che m i ca l co m positio n standard for S A516Gr.70%规格/m m w C w S i w Mn w P w S w Cu w N i w Cr w Mo w V w Nb w T i Tal
熔炼分析
[12.50.27
>12.5~500.28
>50~1000.30
0.15~
0.40
0.85~
1.20
[0.035[0.035[0.40[0.40[0.30[0.12[0.03[0.02[0.03\0.020
成品分析
[12.50.27
>12.5~500.28
>50~1000.30
0.13~
0.45
0.79~
1.30
[0.035[0.035[0.43[0.43[0.34[0.13[0.04[0.03[0.04\0.020表2SA516G r.70机械性能标准要求
Table2M echanical property standard for S A516Gr.70
规格/m m R m/
M Pa
R p0.2/
MPa
A50(或
A200)/%
最低冲击
温度/e
A kv
(横)/J
装饰扣[12.5
>12.5~50 >50~100\260\485~620\21/17
-46
-40
-35
\18
表3S A516G r.70焊后模拟热处理标准要求Table3P WHT standard requ irement for SA516Gr.70
始化温度/e 加热速率/
(e#h-1)
保持温
度/e
保持时间
冷却速率/
(e#h-1)
[400[110[600~
65
厚度每增加25m m,
时间增加1h，任何
情况下不少于
120
对于普通要求的S A516系列产品，国内的舞
钢[5]、济钢[6]等生产厚板企业都可以生产，但对
于-50e要求冲击韧性，并要求在保温620e,
10h的焊后模拟热处理的技术条件的特厚钢板的
生产还未见报道。国内某厂[7]曾用到50mm规
格的钢板进行焊接试验，但使用温度在-45e，与
本次用户要求存在一定差异性。
美颜棒1.2SA516G r.70的用户特殊要求和钢种开发
难点分析
由于该批用户使用的S A516Gr.70钢板厚度
在50~80mm，且要求冲击温度为-50e，并且平
均冲击功要求大于21J，单个不小于16J，同时要
求做保温620e,10h的焊后模拟热处理，这就造
成以下两个开发的难点
()由于标准要求在5~之间，标准0
1h
:
10100mm
要求的最低使用温度为-35e，且平均值仅大于18J，而用户要求的冲击温度远低于标准规定的使用值，在标准成分不变的情况下，要保证低温冲击值，就必须降低C、Si、Cr、P、S、O、N等对冲击不利的元素含量，而增加Mn、N i等有利元素含量，但这又会导致强度指标的下降。
(2)焊后模拟热处理在保持温度一定的条件下，在炉的保持时间越长，对钢板的强度和低温冲击韧性越
不利，用户要求保温时间为10h，远大于标准要求。为了防止强度的降低，就必须提高能够耐高温的C、Cr、Mo等元素，这就与(1)中提到的提高冲击韧性的方法截然相反。
1.3改进型S A516G r.70成分设计和工艺设计
为解决以上提到的两个技术难点，笔者的开发团队结合其他订单，制订了两种成分，见表4。控制各元素不同配比，并通过控制有害元素含量，结合宝钢5m厚板轧机大轧制力和控轧技术，经过正火热处理满足用户需求。
表4改进型SA516G r.70设计成分的质量分数
Table4Chem ical co m positi on desi gn of the m o d ifi ed SA516Gr.70%成分类型w C w S i w Mn w P w S其他元素A1.6~2.00.15~0.401.0~1.2[0.015[0.002添加Cu、N i(较低)、V、Nb、A l、T i等微合金元素B1.2~1.60.15~0.401.1~1.2[0.015[0.002添加Cu、N i(较高)、Cr、M o、Nb、A l、T i等合金元素
工艺设计如下:
(1)炼钢均采用高纯度铁水，并采用LF+RH
工艺进行精炼处理，并进行钙处理，有效地降低有
害元素含量和气体元素含量;
(2)采用300mm连铸坯生产，为保证连铸坯
的内质，连铸过程采用轻压下技术，并伴以电磁搅
拌，适当控制较低拉速，控制好过程的冷却水量,
防止出现表面裂纹;
改性沥青稳定剂(3)为防止加热温度过高造成奥氏体晶粒度
过大，根据有关文献报道[8-9]，含Nb微合金钢的
加热温度控制在1100~1170e为宜;
(4)轧制工艺控制，如表5，两种成分类型各
指定了两种控制轧制和控制冷却工艺;
(5)对此规格钢板采用正火处理，重新奥氏
体化，均匀组织，消除残余应力;
(6)根据用户要求对钢板进行试样模拟焊后
热处理。
表5改进型SA516G r.70控轧工艺设计
Tab l e5Co n troll ed rolli ng techn i que desi gn of
the m o d ifi ed SA516Gr.70
工艺序号成分类型控轧控冷工艺试制厚度/m m
1
2 3 4A
860?20e开轧,
终轧温度840e?20e
50
75或80 780e?20e开轧,
终轧温度810e?20e
50
75或80
5
6
B
860?20e开轧,
终轧温度840e?20e
50
75或80
?开轧,
终轧温度?
5
5或
2改进型S A516G r.70钢板生产结
果分析
2.1机械性能结果
根据以上工艺方案，进行了试生产，在未进行圣诞树灯
P WH T时，其性能如表6。结果表明：成分A和
B轧制后得到的钢板强度指标基本一致，相比较
而言,50mm的钢板强度指标高于75mm和
80mm，而终轧温度则对强度指标无明显影响;
对比冲击韧性，成分B明显高于成分A，特别是
在终轧温度为810e时，成分B各个厚度冲击韧
性能够得到稳定的保证，并不出现低值。成分B
在终轧温度为840e时，冲击功均值能满足用户
要求，但单个值会出现低值，很难满足要求；成
分A的50mm钢板韧性能满足用户要求，但75
或80mm韧性不能满足，相比较而言，终轧温度
较低的工艺，冲击功平均值会更高。
表6改进型SA516G r.70正火后
非PWH T的机械性能
Table6M echan i ca l pro perties of the m o d ifi ed
S A516G r.70after nor m a lizi ng
工艺
序号
拉伸性能
R m/MPa R p0.2/MPa A50/%
A kv(-50e)/J
单值平均值
153********,88,9580
25163173215,17,3422
353336429206,157,193185
452132131175,25,1873
554133529159,123,135139
653533,5,3
5533333,5,
533,6,53
7 8780e20e
810e20e
780
27011219198
7482229174222
820129184191178
从成本和性能综合考虑，选取工艺序号为3、5、7、8做P WHT 处理，确定最终的工艺和成分。2.2模拟焊后热处理(PWH T )后钢板的性能
分析
根据1.1的试验设计，进行620e ，保温10h P WH T 处理后，其性能见表7。
依表7分析，以上四种工艺生产的钢板在经过P WH T 后屈服强度和抗拉强度均下降，冲击韧性有不同程度的降低，但各项性能指标均满足用户的特殊需求。
表7改进型SA516G r .70PWHT 后的机械性能
Table 7M echanica l pro perties of the m o d ifi ed
S A516Gr .70after P WHT
工艺
模块制作序号拉伸性能
R m /MPa R p 0.2/MPa A 50/%A kv (-50e )/J 单值平均值351933334142,98,124121551131732123,154,121133751832729178,179,2031878
494
295
32
142,163,86
130
结合经济成本和满足用户要求，对于50mm (含)以下要求的钢板，可以采用成分A ，并以较低的终轧温度810e 保证低温冲击韧性；而对于
50~80mm 连铸用特厚钢板，必须采用成分B ，并辅以810e 的终轧温度。2.3显微组织检验
改进型S A 516Gr .70的钢板显微组织为F +P ，晶粒度为9.0~11.0级，夹杂物含量较低，组织均匀，为满足用户的低温冲击要求提供了良好的组织基础(见表8、图1和图2)。
表8改进型SA516G r .70的PWHT 后金相组织
Tab l e 8M i crostructure of t he m odified
S A516Gr .70after P WHT
工艺序号
显微组织
组织类型铁素体晶粒度/级
3F+P 9.0~10.05F+P 9.5~11.07F+P 10.0~11.08
F+P
9.5~11.
图1工艺3P WHT 前后金相对比
F f y f f W T 3
i g .1
Co mpar i so n o m eta llograph be ore and a te r P H w it h Process
图2工艺8P WHT前后金相对比
F i g.2Co mpar i so n ofm eta llography before and afte r P WHT w it h Process8
3结论
针对低温冲击-50e，并要进行620e,10h P WH T处理50~80mm S A516Gr.70特厚钢板的要求，采用不同的C含量，采用降低P、S、[O]、[N]和[H]等夹杂元素和气体元素含量和复合微合金化的成分设计，通过L F+RH精炼和钙处理，连铸经过动态压下和电磁搅拌，再采用控轧控冷技术的应用，对不同厚度规格钢板采用不同的终轧温度控制，制定合理的正火工艺，经过成分筛选和厚板工艺控制，得出了较好满足用户要求的改进型S A516G r.70厚钢板。
结果表明，要满足用户超出标准的特殊需求，对于50mm钢板，可以采用C含量为1.6%~ 2.0%，终轧温度为810e，或者C含量为1.2%~ 1.6%，终轧温度为840e和810e也可满足；对于厚度为75~80mm的钢板也要满足上述特殊要求，则必须采用C含量为1.2%~1.6%，终轧温度为810e的工艺才能满足。
致谢本工作在开展过程中得到了刘自成、李占杰、钟武波、徐惟诚、曹莉鸣等同志的大力协助，在此表示真挚的感谢。
参考文献
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[M].北京：机械工业出版社,1989:209.
(收稿日期)
:2009-10-22
豫公网安备41160202000603
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