一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板及其制造方法与流程

本发明属于特种钢冶炼，具体涉及一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板及其制造方法。

背景技术：

1、我国能源绿色转型进度加速，储能成为新型电力系统中的必要环节。新型储能主要包括电储能、热储能和氢储能，其中热储能主要是指熔盐储能，应用于光热发电领域。截至2022年底，我国光热发电累计装机量仅为0.588gw。因此，随着政策的利好，熔盐储能必将迎来蓬勃发展。

2、从光热发电市场应用来看，光热电站一般采用冷/热熔盐双存储罐存放熔盐，其中冷熔盐罐通常采用屈服强度345mpa级别的正火碳素钢板制造，其运行温度区间为290-400℃，属于超高温储罐(设计温度＞250℃)。因此，为了保证设备运行和检修过程中的安全性，钢板300-400℃高温拉伸性能不低于asme第ii卷d篇中sa516gr70的规定，即300℃/325℃/350℃/375℃/400℃高温拉伸屈服强度分别≥204mpa/199mpa/193mpa/187mpa/181mpa，抗拉服强度分别≥485mpa/485mpa/485mpa/485mpa/476mpa；同时心部-20℃横向冲击吸收能量kv8≥54j。

3、专利(cn114645209a)公布了一种中高温压力容器用钢板及其制备方法，热处理工艺采用正火，0℃夏比冲击吸收能量≥160j，200～400℃高温拉伸试验的屈服强度≥225mpa，抗拉强度≥460mpa，断后伸长率≥25.5％。其300-400℃高温拉伸抗拉强度未满足asme第ii卷d篇中sa516gr70的规定且未涉及-20℃冲击性能情况。

4、专利(cn108754340a)公布了一种用于制造压力容器封头的q345r钢板及其生产方法，热处理工艺采用两次正火+回火，-20～0℃夏比冲击吸收能量≥100j；200～400℃高温拉伸试验的屈服强度≥220mpa，抗拉强度≥450mpa，断后伸长率≥24％。其300-400℃高温拉伸抗拉强度未满足asme第ii卷d篇中sa516gr70的规定且该专利产品的热处理工艺复杂，生产周期长、成本高。

5、专利(cn115354219a)公布了一种200～400℃高温强度优异的sa516gr70钢板及其制造方法，热处理工艺采用正火(水冷)+回火，心部-30℃夏比冲击吸收能量≥100j，200～400℃高温拉伸的屈服强度≥320mpa，抗拉强度≥500mpa。其300-400℃高温拉伸性能虽然满足asme第ii卷d篇中sa516gr70的规定；但且该专利产品的热处理工艺复杂，生产周期长、成本高；同时正火后采用水冷，而回火温度为530-570℃，根据现有生产经验，钢板表面硬度高，加工成型性较差。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板及其制造方法，钢板厚度为20-60mm，具有良好的可焊接性、成型加工性、高温拉伸性能和低温冲击韧性。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为c：0.14～0.18％，si：0.30～0.50％，mn：1.30～1.60％，p≤0.010％，s≤0.002％，al≥0.020％，cu≤0.10％，cr≤0.10％，ni≤0.10％，mo：0.12～0.20％，nb：0.02～0.04％，v：0.02～0.04％，ti：0.01～0.03％，余量为fe和不可避免的杂质。同时，本发明所述钢板碳当量cev≤0.45％，其中碳当量计算公式为cev(％)＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15。

3、本发明的一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板性能满足：室温拉伸屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥540-620mpa，断后伸长率a50≥25％；心部-20℃横向冲击单值≥100j；300-400℃高温拉伸屈服强度rp0.2≥300mpa，抗拉强度rm≥505mpa，断后伸长率a50≥25％；表面硬度≤180hb。

4、化学成分是影响钢板性能的主要因素，钢中主要化学元素及其作用如下：

5、c是最强的强化元素之一，可增加珠光体含量，显著提高钢的强度，但对塑性、韧性和焊接性有不利影响。本发明c含量控制在0.14～0.18％。

6、si是较强的固溶强化元素，能显著提高钢的强度，但较高的si含量对韧性不利，导致脆性转变温度升高。本发明si含量控制在0.30～0.50％。

7、mn是主要的铁素体固溶强化元素之一，冷却时可降低γ→α相变温度，细化铁素体晶粒，同时使再结晶停止温度和相变开始温度的区间加大，有利于控轧工艺的实施。本发明mn含量控制在1.30～1.60％。

8、p、s在钢中易偏析，引起低温脆性和回火脆性倾向，属于有害元素。本发明p含量控制在≤0.010％，s含量控制在≤0.002％。

9、nb、v、ti属强碳氮化物形成元素。nb提高奥氏体未再结晶区温度的作用最大，通过控轧细化晶粒作用最为显著；v在铁素体中的析出强化作用较强；ti和n的结合力最强，形成的tin颗粒对再加热时奥氏体晶粒的粗化有显著的阻碍作用。通过复合微合金化往往能产生综合效果，获得优异的强度和韧性。本发明nb含量控制在0.02～0.04％，v含量控制在0.02～0.04％，ti含量控制在0.01～0.03％。

10、mo元素高温固溶强化效果明显，改善高温性能，同时能增加nb在奥氏体中的溶解度，有利于增强铁素体的析出强化作用。本发明mo含量控制在0.12～0.20％。

11、本发明还提供了一种正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板的制造方法，顺序依次为冶炼连铸、板坯加热、轧钢和热处理，具体工艺如下：

12、⑴冶炼连铸：lf精炼时间≥30min；rh真空处理，真空度≤0.67mbar，真空保持时间≥15min，软吹氩时间≥10min；连铸过热度15～35℃，拉速0.45～0.57m/min，累计动态轻压下量10-15mm。

13、⑵板坯加热：预热段加热温度≤900℃，一加热段温度980～1200℃，二加热段温度为1120℃～1230℃，均热段温度1130～1220℃，二加热段和均热段总加热时间≥200min。

14、⑶轧钢：采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺。粗轧开轧温度1050-1150℃，终轧温度≥950℃，后4道次中至少3道次压下量≥40mm；精轧开轧温度820-880℃，终轧温度780-820℃，累计压下率≥60％；轧后进行acc水冷，冷却速率2-5℃/s，终冷返红温度为690-750℃。

15、⑷热处理：采用正火工艺，正火保温温度880-910℃，保温系数0.5-0.8min/mm，出炉空冷。

16、本发明成分设计采用c-mn基础体系，辅以微量nb、v、ti、mo元素，通过纯净钢冶炼技术、高均质连铸技术、控轧控冷技术和精确控制热处理技术，开发出20-60mm厚正火型超高温熔盐储罐用低合金容器钢板。该钢板碳当量cev≤0.45％；室温拉伸屈服强度rp0.2≥350mpa，抗拉强度rm≥540-620mpa，断后伸长率a50≥25％；心部-20℃横向冲击单值≥100j；300-400℃高温拉伸屈服强度rp0.2≥300mpa，抗拉强度rm≥505mpa，断后伸长率a50≥25％；表面硬度≤180hb；具有优异的强度、韧性、高温性能和较低的表面硬度。

17、与现有技术相比，本发明的优点在于：

18、⑴化学成分设计采用c-mn体系为主；添加nb、v、ti元素复合微合金化，起到细晶强化和析出强化的综合作用；添加mo元素，其高温固溶强化效果明显，改善高温性能，同时增加nb在奥氏体中的溶解度，增强析出强化作用；控制cev≤0.45％，使钢板具有良好的可焊性。

19、⑵通过lf+rh双精炼确保钢的高纯净度；通过严格控制过热度、拉速及动态轻压下参数，改善连铸坯心部质量，确保低倍质量不低于中心偏析c1.0级/中心疏松0.5级。

20、⑶连铸坯采用低温、长时间加热工艺，细化原始奥氏体晶粒的同时进一步改善坯料心部偏析。

21、⑷轧钢采用低速、大压下工艺充分压合心部疏松；同时通过控轧控冷技术与微合金化相结合，显著细化晶粒，改善微观结构，既提高了钢的强度又改善钢的韧性。

22、⑸通过正火热处理获得均匀细小的铁素体+珠光体组织，使钢板具有良好钢板强度、硬度、韧性匹配及高温性能。