本发明属于钢铁冶炼、轧制及热处理技术，涉及到一种热成型封头用钢的生产方法。
背景技术：
封头是压力容器主要受压元件之一，其制造过程要经历加热或不加热、压力成型、恢复性能热处理以及制造设备后的焊后热处理等加工工序。制造的封头不但要保证最终产品满足设计尺寸的要求，还必须保证其力学性能满足设计要求。
按控制温度分类，封头成型一般分为冷成型和热成型。冷成型冷压变形后，封头的硬度、强度增大，塑性、韧性降低，出现加工硬化现象，冷成型时尺寸精度和减薄量相对于热成型要差，封头应在成型后进行相应热处理，恢复材料的性能。热成型通过加热可以大大提高材料的塑性、降低变形抗力，对压制设备能力要求降低，其减薄量要小，而且成型尺寸好，能很好地满足尺寸要求。目前随着设备大型化，封头的壁厚、尺寸也不断增大，导致其变形抗力很大，不易成型。为保证封头环缝的对接尺寸，目前封头一般采用热成型进行加工。对于常用的500mpa级碳钢板，如q345r、sa516钢板等，当采用热成型工艺制备封头时，由于热成型过程中，钢板在较高的温度（930~980℃）下进行压制，导致钢材内部强化效果减弱，晶粒组织粗化、力学性能大幅度降低。封头成型后虽经恢复性能热处理（一般要求采用正火热处理），但还是容易出现材料经焊后热处理后，其强度、低温冲击性能大大降低，难以满足产品设计的要求。对这种情况，封头往往需要通过淬火 回火的热处理工艺来恢复其性能。这样会出现以下几方面的不利影响：1）如采用正火热处理工艺来恢复性能使得封头产品性能存在不稳定性，对后续成品设备的使用带来了较大风险；2）采用淬火 回火的热处理工艺恢复性能增加了加工制造工序，延长了产品的生产周期，对产品的交付造成一定影响；3）采用淬火 回火的热处理工艺恢复性能热处理工艺的变化大大提高了企业的生产成本；4）工艺的变化对封头制造厂的设备能力提出更高要求，需要配套的冷却、回火炉等设备。
目前，随着高端压力容器市场的不断发展，一些新的技术要求被提出来，如低碳当量、低温冲击、焊后热处理温度的提高及时间的延长、保证板厚1/2处性能等。采用常规的成分体系及生产工艺是难以满足客户需求，因此，需开发新的成分、工艺以满足高端容器制造的发展趋势。
技术实现要素：
本发明的目的在于一种提供一热成型封头用钢的生产方法，采用转炉冶炼 炉后精炼 连铸 控制轧制、控制冷却相结合的方法生产的热成型封头用钢板。钢板经高温热压成型 恢复性能热处理（正火） 焊后热处理，屈服强度rel≥310mpa、抗拉强度rm：490~620mpa，-20℃冲击吸收能量kv2≥47j的要求。
发明的技术方案：
一种热成型封头用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比为：c=0.14～0.17，si=0.15~0.40，mn=1.35～1.60，p≤0.012，s≤0.003，alt=0.020～0.050，nb=0.015～0.030，v=0.020～0.040，n=0.008~0.012，其余为fe和残留元素；碳当量ceq≤0.44%。包括下列工艺步骤：
（1）转炉炼钢：出钢c≥0.06%，p≤0.010%，出钢后进行炉后扒渣操作；
（2）lf精炼：钢水在lf炉总吹氩时间≥35min，白渣保持时间≥15min；钢水出lf前进行软吹氩操作，软吹氩时间大于5min；
（3）vd（rh）精炼：vd（rh）炉在站总吹氩时间≥30min，真空度在0.5tor以下，保持时间≥15min；vd（rh）炉破空后喂入氮线250~300m，喂入氮线速度为200~220m/min，喂线时钢水温度1570~1585℃；
（4）连铸：连铸采用断面为260mm或300mm，连铸实行全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度 (10～25)℃控制；
（5）板坯加热：板坯在步进炉中进行加热，温度1170~1220℃；
（6）控制轧制：一阶段开轧温度1000～1150℃，终轧温度＞950℃，后三道次压下率在17%以上；二阶段开轧温度在800~880℃，终轧温度≥780℃；
（7）控制冷却：钢板轧后进行加速冷却，冷速2~5℃/s，返红温度680~720℃。
钢的化学成分设计原理：
c：碳元素在钢中常与其它合金元素形成碳化物，在室温或较低温度下能起到强化作用。从保证钢板强度的方面，碳含量应保持在一定的水平上，但从提高钢板韧性的方面，又应降低碳含量。因此考虑到本钢的合金成分及性能要求，本发明钢的c含量控制在0.14%~0.17%。
si：容易在铁素体中形成固溶，使钢的强度尤其屈服强度得到提高，但含量过高时，低温韧性下降。本发明钢的si控制在0.15%~0.40%范围对综合性能有利。
mn：是固溶强化元素，同时能细化晶粒，对提高钢板的强度和韧性均有利。
p：冷脆性元素，在冷加工时容易产生“冷脆”，且是易偏析元素，增加回火脆性，对钢的低温韧性非常不利。因此应该严格控制钢中磷的含量，本发明钢中的p控制在0.012%以下。
s：不利上平台能量和韧性的提高，且有热裂倾向，含量应尽量低，本发明钢中的s控制在0.003%以内。
nb：在钢中与氮、碳有极强的亲合力，可与之形成极稳定的nb（c，n）化合物。沿奥氏体晶界弥散分布的nb（c，n）粒子，可以大大提高原始奥氏体晶粒粗化温度，从而细化了铁素体晶粒，提高低温韧性和强度。
v：有较强的析出强化和细晶强化效果，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性。本发明钢将v控制在0.020%~0.040%。
n：氮通过与钒元素微合金化，优化钒的析出从而细化铁素体晶粒，充分发挥了细晶强化和沉淀强化两种强化方式的作用，大大改善了钢的强韧性配合。本发明钢将n控制在0.008%~0.012%。
本发明通过对钢的化学成分进行合理设计，严格控制各工艺步骤生产工艺参数，通过lf精炼 真空脱气处理工艺保证钢质的洁净度；采用控轧控冷的工艺，最终获得产品的实物质量各项性能优良。采用本发明生产20~80mm的封头钢板，经高温热压成型（工艺：温度950±20℃，保温时间1.2~1.5min/mm） 恢复性能热处理（正火工艺：温度870~890℃，保温时间1.5~2.0min/mm） 焊后热处理（工艺：温度610±15℃，保温时间12小时），其性能可以满足表1的要求，其组织为铁素体 珠光体，晶粒度达到9.0～11.0级。
表1钢的性能指标
本发明具有以下优点：a.成分设计采用较低的碳成分体系，在钢中添加nb、v微合金元素基础上，通过添加n元素，形成钒氮合金强化，在满足了材料低的碳当量ceq≤0.44%的基础上，保证钢板经高温热压成型 恢复性能热处理 焊后热处理后，其性能满足表1的技术要求；b.选择合理板坯加热工艺，辅以高温大压下慢速轧制、控轧控冷工艺，利用轧制过程的诱变析出及轧后沉淀析出提高钢板强韧性；c.通过对p、s有害元素的严格控制，进一步提高钢板的低温韧性等；d.钢板经高温热压成型 恢复性能热处理（正火） 焊后热处理后，其组织为均匀细小的铁素体 珠光体，晶粒度达到9.0级以上，保证钢板的综合力学性能。
附图说明
图1为实施例2金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种热成型封头用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比如表2。炼钢工艺实施过程：转炉出钢c=0.08%，p=0.007%，出钢后进行扒渣操作。lf精炼白渣保持时间21min，出站s=0.0015%；vd真空度0.4tor，保真空时间16min，破空后喂入氮线283m，喂入氮线速度为200m/min，喂线开始时钢水温度1578℃，喂线结束时钢水温度1574℃。软吹氩时间17min，定氢1.2ppm。连铸浇注断面厚度为260mm，连铸中间包钢水过热度12~17℃，熔炼成分如表2所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热出钢温度1192℃，第一阶段开轧温度1080℃，最后三道次压下率分别为18%，20%，22%，终轧温度1000℃，轧制中间坯厚度为75mm。第二阶段开轧温度870℃，终轧温度815℃，轧制成品厚度为20mm。钢板轧后进行acc冷却，返红温度695℃。最后得到所述钢板。钢板经高温热压成型（工艺：温度950℃，保温时间30min） 恢复性能热处理（正火工艺：温度870℃，保温35min） 焊后热处理（工艺：温度610℃，保温时间12小时），其性能如表3所示。
实施例2：
一种热成型封头用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比如表2。炼钢工艺实施过程：炼钢工艺实施过程：转炉出钢c=0.08%，p=0.008%，出钢后进行扒渣操作。lf精炼白渣保持时间20min，出站s=0.0013%；vd真空度0.4tor，保真空时间18min，破空后喂入氮线285m，喂入氮线速度为200m/min，喂线开始时钢水温度1580℃，喂线结束时钢水温度1575℃。软吹氩时间16min，定氢1.3ppm。连铸浇注断面厚度为300mm，连铸中间包钢水过热度13~17℃，熔炼成分如表2所示。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热出钢温度1205℃，第一阶段开轧温度1090℃，最后三道次压下率分别为18%，19%，20%，终轧温度1010℃，轧制中间坯厚度为125mm。第二阶段开轧温度820℃，终轧温度798℃，轧制成品厚度为50mm。钢板轧后进行acc冷却，返红温度686℃。最后得到所述钢板。钢板经高温热压成型（工艺：温度950℃，保温时间70min） 恢复性能热处理（正火工艺：温度880℃，保温时间90min） 焊后热处理（工艺：温度610℃，保温时间12小时），其性能如表3所示，其金相组织如图1所示。
实施例3：
一种热成型封头用钢的生产方法，钢的化学成分质量百分比如表2。炼钢工艺实施过程同实施例2。
轧钢工艺实施过程：铸坯加热出钢温度1198℃，第一阶段开轧温度1090℃，最后三道次压下率分别为18%，18%，19%，终轧温度1005℃，轧制中间坯厚度为140mm。第二阶段开轧温度820℃，终轧温度805℃，轧制成品厚度为80mm。钢板轧后进行acc冷却，返红温度688℃。最后得到所述钢板。钢板经高温热压成型（工艺：温度950℃，保温时间110min） 恢复性能热处理（正火工艺：温度880℃，保温时间145min） 焊后热处理（工艺：温度610℃，保温时间12小时），其性能如表3所示。
表2实施例熔炼化学成分组成（wt.%）
表3各实施例钢的性能试验结果
由上表2可以看出，各实施例成分符合设计成分要求。由上表3可以看出，本发明钢经高温热压成型 恢复性能热处理（正火） 焊后热处理后，钢板具有良好的强度，良好的低温韧性以及良好的弯曲工艺性能，完全满足表1的技术要求，可以用于石化行业相关设备的封头制造。由图1可以看出，其组织为细小的铁素体和弥散分布的珠光体。
1.一种热成型封头用钢的生产方法，其特征在于：钢的化学成分质量百分比为c=0.14～0.17，si=0.15~0.40，mn=1.35～1.60，p≤0.012，s≤0.003，alt=0.020～0.050，nb=0.015～0.030，v=0.020～0.040，n=0.008~0.012，其余为fe和残留元素；碳当量ceq≤0.44%；包括下列工艺步骤：
（1）转炉炼钢：出钢c≥0.06%，p≤0.010%，出钢后进行炉后扒渣操作；
（2）lf精炼：钢水在lf炉总吹氩时间≥35min，白渣保持时间≥15min；钢水出lf前进行软吹氩操作，软吹氩时间大于5min；
（3）vd（rh）精炼：vd（rh）炉在站总吹氩时间≥30min，真空度在0.5tor以下，保持时间≥15min；vd（rh）炉破空后喂入氮线250~300m，喂入氮线速度为200~220m/min，喂线时钢水温度1570~1585℃；
（4）连铸：连铸采用断面为260mm或300mm，连铸实行全程保护浇铸，浇注温度按液相线温度 (10～25)℃控制；
（5）板坯加热：板坯在步进炉中进行加热，温度1170~1220℃；
（6）控制轧制：一阶段开轧温度1000～1150℃，终轧温度＞950℃，后三道次压下率在17%以上；二阶段开轧温度在800~880℃，终轧温度≥780℃；
（7）控制冷却：钢板轧后进行加速冷却，冷速2~5℃/s，返红温度680~720℃。
技术总结