基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼及其制備方法，其化學成分的質量百分含量為：C0.04％～0.07％、Si0.15％～0.25％、Mn0.5％～0.8％、Ni6.5～7.5%、P≤0.006%、S≤0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質。本低溫鋼系一種基于C、Ni復合作用促進逆轉變奧氏體穩定化，進而實現韌化的低成本低溫鋼；在Ni含量較低的情況下，仍具有高的強度及低溫韌性。鋼的屈服強度在600MPa以上，抗拉強度650MPa以上，-196℃沖擊功100J以上，延伸率20%以上。本方法采用低Ni含量成分，適當提高C含量，通過控制軋制、軋后直接兩相區熱處理或在線淬火及回火處理，在板條貝氏體基體上獲得了分布均勻且穩定性良好的逆轉變奧氏體，鋼的性能指標滿足GB24510-2009中對9Ni鋼的要求，但生產成本顯著降低。
【專利說明】基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種低溫鋼及其制備方法，尤其是一種基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼及其制備方法。
【背景技術】
[0002]天然氣是ー種高效的清潔能源，燃燒過程中產生的影響人類呼吸系統健康的物質極少，燃燒后無廢渣、廢水產生，二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右，產生的二氧化硫的排放幾乎為零。因此，隨著環境保護意識的提高，天然氣日益受到世界各國的關注。目前，我國的能源結構仍以煤炭為主，天然氣將是今后幾年在清潔能源發展中最具潛力的煤炭替代產品，利用好天然氣是促進我國能源結構升級和應對環境挑戰的ー項戰略性舉措，因此近幾年來我國天然氣的消費量快速増加。國家發改委的數據顯示，2012年全年國內天然氣產量1077億立方米，同比增長6.5% ;天然氣進ロ量425億立方米，增長31.1%;表觀消費量1471億立方米，增長13.0%。我國已成為世界第六大產氣國、第四大消費國。
[0003]此前由于受技術水平的限制，天然氣作為運輸燃料始終難以與石油匹敵，而隨著液化技術的進步，天然氣的運輸和儲存已不再是瓶頸。近年來我國在沿海地區建設了大量的LNG碼頭和接收終端。
[0004]目前，LNG儲罐的制造用鋼主要為9Ni鋼(即=Ni含量達到9%)，通過離線調質處理(淬火+回火)、雙正火處理(正火+正火+回火)或兩相區處理(淬火+兩相區淬火+回火)エ藝生產，組織類型為板條貝氏體基體上分布少量的逆轉變奧氏體，而逆轉變奧氏體的含量和穩定性均對鋼的低溫韌性有著顯著的影響，為得到高穩定性的逆轉變奧氏體，需要添加奧氏體穩定化元素(9Ni鋼中主要為Ni)，而其他奧氏體穩定化元素，如C、N、Cu等則嚴格控制，含量較低或作為有害元`素處理。高的Ni含量雖然能夠保證鋼具有優良的力學性能，但也給鋼的制備及加工制造過程帶來了困難，且Ni作為ー種戰略資源，儲量相對較少，價格昂貴，因此Ni的大量使用導致9Ni鋼的成本顯著上升。
[0005]另ー方面，9Ni鋼經上述熱處理后雖然能夠生成一定量的逆轉變奧氏體，但完全奧氏體化后的淬火和正火處理使軋制過程中產生的大量形變位錯消失，不利于獲得更高的強度，而高溫下長時回火同樣也會導致鋼的強度降低，使合金元素的強化作用無法充分發揮。同時，傳統的熱處理工藝流程較長，也使得生產成本上升。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供ー種在Ni含量較低的同時，仍具有高的強度及低溫韌性的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼；本發明還提供了上述基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:其化學成分的質量百分含量為:C 0.04% ~0.07 %、Si 0.15 % ~0.25 %、Mn 0.5% ~0.8 %、Ni 6.5 ~7.5%、P≤0.006%、S≤0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質。[0008]本發明力學性能指標為:屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥650MPa，延伸率≥20%, _196°C橫向沖擊功180~250J。[0009]本發明力學性能指標為:屈服強度≥630MPa，抗拉強度≥680MPa，延伸率≥20%, _196°C橫向沖擊功≥IOOJ0[0010]本發明中合金元素在鋼中的主要作用在于:C:碳對鋼的強度、韌性和焊接性能都有重要的影響，且碳具有強烈的穩定奧氏體的作用，因此通過適當提高C含量，并使其富集于逆轉變奧氏體內來提高逆轉變奧氏體的穩定性，進而獲得高的低溫韌性，同時C含量不超過0.1%，也保證了鋼具有優良的焊接性能。[0011]Mn:主要起固溶強化的作用，同時適當提高Mn/C和Mn/S有利于韌性的改善，因此本發明將Mn作為主要的合金元素之一。[0012]S1:硅溶于鐵素體中能夠產生一定的“排碳”作用，使C原子偏聚于奧氏體內，提高其穩定性。[0013]S、P:S和P是鋼中的有害元素，故嚴格控制鋼中P、S的含量，減少鋼板產生裂紋的傾向。[0014]本發明制備方法包括冶煉、澆鑄、軋制和熱處理工序；所述鋼種化學成分的質量百分含量為:c 0.04%~0.07%, Si 0.15%~0.25%, Mn 0.5%~0.8%, Ni 6.5 ~7.5%、 P≤0.006%、S≤0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質。[0015]本發明制備方法所述熱處理工序采用軋后直接兩相區熱處理或在線淬火+回火的熱處理工藝；所述軋后直接兩相區熱處理工藝為:首先660~700°C保溫20~60min，水冷；然后550~600°C保溫45~75min，再次水冷；所述在線淬火+回火的熱處理工藝為: 在590~620°C保溫45~75min，水冷。優選軋后直接兩相區熱處理工藝為:首先680°C保溫40min，水冷；然后570°C保溫60min，再次水冷；優選在線淬火+回火的熱處理工藝為: 在600°C保溫60min，水冷。[0016]本發明制備方法所述冶煉工序采用真空冶煉；澆注后自然冷卻至室溫，再將鋼坯加熱至1180~1220°C，鋼坯溫度均勻后取出進行軋制。[0017]本發明制備方法所述軋制工序采用粗軋和精軋兩階段控軋；所述粗軋在奧氏體完全再結晶區軋制，開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度控制在930~980°C，道次壓下率10~20% ;所述精軋在奧氏體未再結晶區軋制，開軋溫度850~870°C，終軋溫度控制在 790~810°C，道次壓下率15~20%，中間坯厚度為2.5~3.5倍的成品厚度，軋后在線淬火冷卻至300°C以下。[0018]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明提供了一種基于C、Ni復合作用促進逆轉變奧氏體穩定化，進而實現低溫韌化的低成本低溫鋼；在附含量較低的同時，仍具有高的強度及低溫韌性。低溫鋼的屈服強度在600MPa以上，抗拉強度650MPa以上，-196°C沖擊功100J以上，延伸率20%以上。[0019]本發明方法可獲得細化的軋態組織；由于在未再結晶區采用了較大的變形，不但細化了晶粒，且組織中產生了大量的形變位錯，并在隨后的冷卻過程中保留在室溫組織中， 有利于獲得更高的強度。[0020]本發明方法的熱處理工藝可獲得板條貝氏體和逆轉變奧氏體兩相共存的組織，采用軋后直接兩相區熱處理工藝時得到的組織為板條貝氏體和10%左右(體積分數)的逆轉變奧氏體；采用在線淬火加回火エ藝時，最終組織為板條貝氏體和5%左右的逆轉變奧氏體。經過研究發現，采用660~700°C軋后直接兩相區淬火+550~600°C回火的熱處理工藝時能獲得優良的綜合力學性能，屈服強度> 600MPa，抗拉強度> 650MPa，延伸率≥20%, _196°C橫向沖擊功200J左右；采用在線淬火+590~620°C回火時，屈服強度≥630MPa，抗拉強度≥680MPa，延伸率≥20%, _196°C橫向沖擊功≥100J。
[0021]本發明方法采用低Ni含量的成分設計，適當提高C含量，采用控制軋制、軋后直接兩相區熱處理或在線淬火及回火的エ藝，在板條貝氏體基體上獲得了分布均勻且穩定性良好的逆轉變奧氏體，鋼的性能指標滿足GB24510-2009中對9Ni鋼的要求，但生產成本顯著降低。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:本低溫鋼采用下述成分配比和制備方法。
[0023]鋼種化學成分按照質量百分數計:C 0.061%, Si 0.21%, Mn 0.75%, Ni 7.12%, P
0.006%, S 0.005%，余量為Fe及不可避免的雜質。利用真空感應爐冶煉，澆注后避風堆放自然冷卻至室溫；送至加熱爐，加熱溫度為1180~1220°C，樣坯加熱均勻后取出進行軋制；軋制采用兩階段控軋，粗軋在奧氏體完全再結晶區軋制，開軋目標溫度1100°C，終軋目標溫度960°C，道次壓下率10~20%;精軋在奧氏體未再結晶區軋制，開軋目標溫度860°C，終軋目標溫度800°C，中間坯厚度為3倍的成品厚度，道次壓下率15~20%，軋后采用在線淬火，終冷溫度控制在300°C以下；然后進行兩相區淬火并回火，具體エ藝為:680°C保溫40min，水冷，570°C保溫60min，水冷，即可得到所述的低溫鋼板。本實施例得到的低溫鋼板按照相關國家標準進行檢測，檢測結果見表1。
[0024]表1:實施例1低溫鋼板的性能
【權利要求】
1.一種基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼，其特征在于，其化學成分的質量百分含量為:C 0.04%~0.07%、Si 0.15%~0.25%、Mn 0.5%~0.8%、Ni 6.5 ~7.5%、 P≤0.006%、S≤0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼，其特征在于，所述低溫鋼的力學性能指標為:屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥650MPa，延伸率≥20%, _196°C橫向沖擊功180~250J。
3.根據權利要求1所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼，其特征在于，所述低溫鋼的力學性能指標為:屈服強度≥630MPa，抗拉強度≥680MPa，延伸率≥20%，_196°C橫向沖擊功≥100J。
4.一種基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法，其特征在于:其包括冶煉、 澆鑄、軋制和熱處理工序；所述鋼種化學成分的質量百分含量為:C 0.04%~0.07%、Si 0.15%~0.25%、Mn0.5%~0.8%、Ni 6.5~7.5%、P≤0.006%、S ( 0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質。
5.根據權利要求4所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法，其特征在于:所述熱處理工序采用軋后直接兩相區熱處理或在線淬火+回火的熱處理工藝；所述軋后直接兩相區熱處理工藝為:首先660~700°C保溫20~60min，水冷；然后550~600°C 保溫45~75min，再次水冷；所述在線淬火+回火的熱處理工藝為:軋后進行在線淬火，然后590~620°C保溫45~75min，水冷。
6.根據權利要求5所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法，其特征在于，所述軋后直接兩相區熱處理工藝為:首先680°C保溫40min，水冷；然后570°C保溫 60min，再次水冷；所述在線淬火+回火的熱處理工藝為:在600°C保溫60min，水冷。
7.根據權利要求4、5或6所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法，其特征在于:所述冶煉工序采用真空冶煉；澆注后自然冷卻至室溫，再將鋼坯加熱至1180~ 1220°C，鋼坯溫度均勻后取出進行軋制。
8.根據權利要求4、5或6所述的基于C、Ni復合作用實現韌化的低溫鋼的制備方法， 其特征在于:所述軋制工序采用粗軋和精軋兩階段控軋；所述粗軋在奧氏體完全再結晶區軋制，開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度控制在930~980°C，道次壓下率10~20% ;所述精軋在奧氏體未再結晶區軋制，開軋溫度850~870°C，終軋溫度控制在790~810°C，道次壓下率15~20%，中間坯厚度為2.5~3.5倍的成品厚度，軋后進行在線淬火，終冷溫度低于300 °C。
【文檔編號】C22C38/08GK103556051SQ201310478064
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】楊躍輝, 張曉娟, 苑少強 申請人:唐山學院