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16MnDR是制造低溫壓力容器用的專用鋼板,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,工作環境惡劣,使條件復雜. 用于制作低溫壓力容器用的鋼板應具備以下要求: 1)符合標準要求的強度和低溫條件下的塑韌性; 2)良好的內部質量; 3)良好的焊接及加工性能; 4)高的低溫耐蝕性.河南舞陽鋼鐵有限責任公司(以下簡稱“舞鋼”)根據客戶及市場的需要,于2009年5月成功試制了16MnDR鋼板,現就生產工藝介紹如下.

1　試制工藝

高爐鐵水→混鐵爐→120 噸轉爐→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.

2　鋼的化學成分與冶煉

2. 1 成分設計

該鋼種成分設計的關鍵是《大量現貨庫存詳情舞陽鋼鐵有限責任公司》鋼板在李*159*03*63/53*79低溫條件下應具有足夠的強度和塑韌性,通過加入常規合金強化元素(如碳、硅、錳、鋁等)生產的鋼板一般都能夠滿足常溫條件下鋼板的性能要求,但這類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低溫惡劣的工作環境.通過加入微量合金Nb、V元素來改善鋼板的低溫塑韌性,利用強碳化物形成元素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化以提高鋼的強度和韌性. Nb、V是強烈的

碳氮化物形成元素,可與碳氮形成極其穩定的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,阻礙奧氏體晶粒長大,顯著提高原始奧氏體晶粒粗化溫度,從而細化了鐵素體晶粒,改善了鋼的強度與低溫韌性.

 通過微合金化,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度,同時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高,要使微合金元素以化合物的形式在鋼中彌散析出,同時在隨后的軋鋼工序中,要嚴格控制控軋控冷工藝參數,確保鋼板不出現體異

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來提高鋼板的低溫韌性.

 2. 2 鋼的成分表

1 16MnDR 鋼的化學成分

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,同時減少鋼中夾雜物的含量,并改善夾雜物的形態. 特別注意連鑄設備

的正常運行,確保鑄坯不出現微裂紋和較嚴重的中心偏析.

3　鋼板軋制

第一次試制16MnDR 鋼板,軋制δ12 mm、δ20mm、δ50 mm三種規格板,δ12 mm厚鋼板采用常規軋制工藝,δ20 mm、δ50 mm厚鋼板采用嚴格的控軋控冷(TMCP). 軋后經過正火處理,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程中保持組織穩定,以達到鋼板性能穩定的目的.鋼坯的加熱溫度應選在比微合金碳氮化物能全部溶解的溫度略高. 粗軋在奧氏體再結晶區控軋,精軋在奧氏體未再結晶區控軋,軋后實行控冷. 鋼板粗軋開始溫度≤1 200 ℃,精軋開始溫度880～940 ℃,精軋后累計變形量≥45 ～55 ,終軋溫度≤880 ℃,軋后水冷,終冷溫度650～700 ℃.

4　檢測結果與分析

4. 1 力學性能

16MnDR鋼板的力學性能見表2、表3.

表2 16MnDR鋼板(正火)性能(橫向)標準及用戶要求

規格/mm屈服強度/MPa抗拉強度/MPa

率/冷彎Akv/J ( - 40 ℃)探傷

≤16 ≥315 490～620

≥21 完好

≥34 (GB3531208)

≥47 (用戶要求)

> 16～36 ≥295 470～600 Ⅱ

> 36～60 ≥285 460～590

表3 16MnDR正火鋼板力學性能(橫向)

軋制號

規格/mm屈服強度/MPa抗拉強度/MPa伸長

率/冷彎Ⅱ級探傷

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

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

24

5　結　論

1)韶鋼寬板生產線通過Nb微合金化及控軋控冷工藝試制的16MnDR低溫壓力容板,其性能及內在質量完全符合標準及用戶要求

2)試制的16MnDR 板低溫沖擊韌性優良, 在- 60 ℃下的沖擊功大于96 J;

3)試制的16MnDR 板,帶狀組織嚴重,表明鋼板的各向性能差別較大,下一步要予以改進.