CN101058842A

CN101058842A - 一种提高低温钢板韧性的方法

Info

Publication number: CN101058842A
Application number: CN 200710062011
Authority: CN
Inventors: 刘东风; 张改梅; 崔天燮; 杨明永; 张保莲
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: CN100463978C

Abstract

一种提高低温钢板韧性的方法，它包括板坯料加热、轧制与热处理，其特征是：在坯料加热工序中，加热温度1150℃～1250℃；在轧制工序时，先粗轧轧制成80mm－135mm厚的粗轧钢板；再精轧成8mm－35mm厚的钢板，精轧的轧制温度为Ac3+30℃－880℃，精轧的总变形率为40％～90％；热处理工序中，把精轧制后的钢板，加热到Ac3点以上－880℃，保温15分钟以上；水冷却；再经Ac1～Ac3转变点之间，奥氏体+铁素体两相区保温15分钟以上；并水冷却；在Ac1点以下保温30分钟以上；并空冷或大于空冷的速度冷却回火热处理。本提高低温钢板韧性的方法使－196℃横向低温冲击韧性值远高于220J，同时可以极大地方便现场生产控制。

Description

一种提高低温钢板韧性的方法

技术领域

一种提高低温钢板韧性的方法，具体说是提高06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性的方法。

背景技术

因为能源需求的增大和对环保的迫切要求，世界上对作为绿色能源的天然气的需求急剧增大，近几年国内积极推进LNG储罐的建设，建设这些储罐所需的钢板用量也随之大量增加。

为了保证LNG、液氩、液氮等低温液体储罐的安全性，要求其关键制造材料06Ni9(9％Ni)具有良好性能，如要求钢板在-196℃低温度条件下具有很好的强韧性匹配，且钢板的冷成形性、焊接性和抗裂纹扩展性等良好，其中钢板的低温韧性是保证低温压力容器安全的关键技术指标。

06Ni9(9％Ni)钢板是目前使用温度最低的一种低温钢板，故获得高的低温韧性是结构设计制造和材料研究工作者共同的目标。06Ni9(9％Ni)钢材料中如果含有较高的磷、硫元素，会产生晶界偏聚，从而导致钢板的低温韧性值大幅度下降。现有的制备方法的步骤是冶炼→精炼→浇铸→坯料加热→轧制→一次淬火+回火热处理，由于提高06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性方法的轧制温度比06Ni9钢的相变点Ac3高的多，为850～950℃，轧制后的晶粒得不到细化，另外冷却后的钢板通过加热到Ac3以上温度保温并水淬，之后在Ac1以下温度保温并水(空)冷却的常规热处理方法，制成的06Ni9(9％Ni)钢成品钢板回转奥氏体量小于3％，当在垂直于钢板轧制方向取样，并在-196℃进行冲击试验，钢板的低温冲击功小于220J，低温韧性的效果差。

发明内容

为了克服现有提高低温钢板韧性的方法的上述不足，本发明提供一种钢板的低温冲击功大于220J的提高低温钢板韧性的方法。

将预处理的高炉铁水，在采用电炉冶炼(或转炉冶炼)→精炼→浇铸→坯料加热→轧制→热处理的制造06Ni9(9％Ni)钢板的过程中，本发明的关键是通过控制钢板变形温度和变形量及热处理工艺来提高06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性，使其晶粒细化、位错密度增加，并保证成品板的回转奥氏体率达到3％以上，使钢板在-196℃低温度条件下的冲击韧性得到大幅提高。

首先，06Ni9(9％Ni)钢板在加热炉中加热，并在较高温度经粗轧轧制成一定厚度粗轧坯，之后在06Ni9(9％Ni)钢的相变点Ac3+30℃到880℃温度区间，在精轧过程中控制钢板的累积变形率达到40～90％，即采用在较低的热加工温度下，提高钢板热加工形变量，可大幅度提高液化天然气储罐用06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性，这主要是因为在较低温度下进行热加工累积变形，一方面使钢板的奥氏体细化，另一方面在细化的奥氏体组织内保留高密度的位错，这两种结果对热处理相变产生了影响，从而提高了06Ni9(9％Ni)钢板的低温韧性，但当累积变形率大于90％时，由于轧制织构过分发达，会影响最终热处理后的韧性。

同时，在钢板加热到A_C3点以上保温并水冷(一次淬火处理)后，通过增加06Ni9(9％Ni)钢板奥氏体和铁素体两相区保温，以空冷或大于空冷的速度冷却(二次淬火处理)，并在A_C1变点以下保温并以空冷或大于空冷的速度冷却(回火处理)，使成品钢板中存在3％以上的回转奥氏体，由于这些回转奥氏体对钢板中的杂质如P、S等元素有着有益稀释作用，可以进一步提高钢板的低温韧性。如果金属具有铁素体等体心立方结构，则微量杂质会大大降低其低温韧性，而面心立方结构的奥氏体却不同，这是因为奥氏体晶格间隙较大，相比铁素体而言，对钢中的微量杂质有较大的固溶度。如果使以铁素体为基体的06Ni9钢板中存在3％以上的奥氏体，奥氏体能对使铁素体变脆的有害杂质起到收溶净化作用，这就可以使06Ni9(9％Ni)钢板中存在的杂质不会成为获得钢板高韧性的限制性环节。

本制备国标GB/T222中06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性的方法包括依次下述的步骤：

(一)冶炼预处理铁水

将下述成分(重量)的预处理铁水：

C：≤4.5％ P：≤0.05％ S：≤0.07％

Si：0.4％～0.7％其他为铁和不可避免的杂质

加入电炉或转炉(普通转炉或顶底复吹转炉)冶炼，进行脱碳、脱磷处理，并加入镍、锰、钼与钒合金，铁水的成分(重量)达下述要求时出炉：

C：≤0.07％ Si：0.01％～0.40％ Mn：0.20％～0.90％

P：≤0.004％ S：≤0.006％ Ni：8.50％～10.00％

Mo：≤0.5％ V：≤0.5％其余为铁和不可避免的杂质

(二)精炼

将冶炼后的预处理铁水加到VOD炉和LF炉中精炼，铁水的成分(重量)达下述要求出炉：

C：≤0.07％ Si：0.01％～0.40％ Mn：0.20％～0.90％

P：≤0.004％ S：≤0.002％ Ni：8.50％～10.00％

Mo：≤0.5％ V：≤0.5％其余为铁和不可避免的杂质。

(三)浇铸

将精炼后的钢水连铸成板坯，或模铸成铸锭并开成板坯，板坯一般厚180mm-250mm，长1800mm～2700mm；

(四)板坯料加热

将浇铸成的坯料或铸锭开成的板坯在加热炉内加热；

(五)轧制

在轧机轧成厚8mm-35mm的钢板；

(六)热处理

把轧制后的钢板加热并保温后冷却。

国际上的9％Ni钢，即含9％的镍的低温用钢，根据GB/T222《钢铁牌号表示方法》，按钢中含碳量和含镍量重新命名为06Ni9钢，上述的制备06Ni9(9％Ni)钢板的方法步骤对06Ni9钢和9％Ni钢均适用。

本提高低温钢板韧性的方法主要是轧制的温度与变形率和热处理工艺，本提高低温钢板韧性的方法是对06Ni9(9％Ni)钢板坯的轧制与热处理的控制，其特征是：I 在坯料加热工序中，加热温度1150℃～1250℃；II 在轧制工序时，先粗轧轧制成80mm-135mm厚的粗轧钢板(一般粗轧总变形量50％～70％)，粗轧制温度1050℃～1150℃；III 再精轧成8mm-35mm厚的钢板，因为钢板的Ac3点为723℃，所以精轧的轧制温度为Ac3+30℃-880℃即760～880℃，精轧的总变形率为40％～90％；IV 热处理工序中，把精轧制后的钢板，在连续六段式常化炉中加热到Ac3点以上-880℃，保温15分钟以上；V 水冷却(一次淬火)，VI 再经Ac1～Ac3转变点之间(650℃-700℃)(奥氏体+铁素体)两相区保温15分钟以上；VII 并水冷却(二次淬火)；VIII 在Ac1点以下，一般在620℃以下530℃以上，保温30分钟以上；IX 并空冷或大于空冷的速度冷却回火热处理；X 之后检验成品钢板的回转奥氏体含量和低温冲击韧性。

通过以上轧制和热处理两种措施，得到-196℃低温下横向冲击韧性AKv大于220J高韧性的06Ni9(9％Ni)钢板。

用本提高06Ni9(9％Ni)钢板低温韧性的方法，只要用控制轧制和热处理的方法，就可使钢板晶粒细化，并在钢板中得到3％以上的回转奥氏体(用电子显微镜检验)，能稳定生产出具有良好韧性的该钢种钢板，可给今后建造大型(低温)储罐提供优异的安全性。本轧制热处理的06Ni9(9％Ni)成品钢板回转奥氏体量大于3(％)，横向AKv(-196)大于220J。下面通过图1、图2与图3，可看出本轧制热处理的06Ni9(9％Ni)钢板方法与现有制备06Ni9(9％Ni)钢板的方法相比的优点，从图1可看出，轧制温度为Ac3+30℃～880℃时，钢板冲击试验的纵向低温冲击韧性值J与横向低温冲击韧性值均比在850℃-950℃明显提高。从图2与图3中可出，采用Ac3以上温度保温并水淬+Ac3以下温度保温并水(空)冷却的热处理工艺，难以得到3％以上的奥氏体含量，所以-196℃横向低温冲击韧性偏低，只有在很窄的回火温度范围内才能得到约200J的低温冲击功，当现场操作时，温度范围窄会极大地限制生产；而对于本发明的Ac3以上温度保温并水淬+(奥氏体+铁素体)两相区保温并水(空)冷却，Ac1以下温度保温并水(空)冷却热处理工艺，就能在较宽的回火温度范围内，得到3％以上的回转奥氏体量，并使-196℃横向低温冲击韧性值远高于220J，一般超过240J，低温韧性显著提高。同时由于回火温度范围宽，可以极大地方便现场生产控制。

附图说明

图1是Ac3+30℃～880℃轧制与更高的温度轧制对低温冲击韧性的影响。

图2是增加奥氏体和铁素体两相区淬火处理对成品回转奥氏体量和低温冲击韧性的影响(Ac3+30℃～880℃轧制)

图3是不增加奥氏体和铁素体两相区淬火处理对成品回转奥氏体量和低温冲击韧性的影响(Ac3+30℃～880℃轧制)

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本提高低温06Ni9(9％Ni)钢板韧性的方法的具体实施方式，但本提高低温06Ni9(9％Ni)钢板韧性的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例

本实施例包括制备符合国标GB/T222钢铁牌号中06Ni9(9％Ni)钢成分的06Ni9(9％Ni)钢板坯，其制备方法的步骤如下：

(一)冶炼预处理铁水

将下述成分(重量)的预处理铁水：

C：≤4.5％ P：≤0.05％ S：≤0.07％

Si：0.45％～0.7％其他为铁和不可避免的杂质

加入顶底复吹转炉冶炼，进行脱碳、脱磷处理，并加入镍、锰、钼与钒合金，铁水的成分(重量)达下述要求时出炉：

C：0.06％ Si：0.30％ Mn：0.80％ P：0.004％

S：0.003％ Ni：9.15％ Mo：≤0.5％ V：≤0.5％

其余为铁和不可避免的杂质

(二)精炼

C：0.05％ Si：0.30％ Mn：0.80％ P：0.004％

S：0.001％ Ni：9.15％ Mo：≤0.5％ V：≤0.5％

其余为铁和不可避免的杂质。

(三)浇铸

将精炼后的钢水浇铸成钢板坯，钢板坯厚200mm，长1800cm。

本实施例的关键是对上述钢板坯的轧制和热处理，步骤如下：

(一)坯料加热

将浇铸成的坯料在加热炉内加热到1150～1250℃；

(二)轧制

用轧钢机，在1050℃～1150℃轧成110mm厚的粗轧钢板；再由四棍轧机，在770℃～850℃精轧成12mm厚钢板，精轧总变形率为89％；

(三)热处理

在连续六段式常化炉中加热到AC3点以上820℃，保温15分钟分钟，出加热炉并水冷(一次淬火)，再经(奥氏体+铁素体)两相区660℃保温20分钟，水冷淬火，然后回火热处理，回火温度570℃，保温30分钟，并空冷到常温回火热处理。

垂直于钢板轧制方向取三个冲击试样，并进行-196℃低温冲击试验，最后检验成品钢板的回转奥氏体含量和低温冲击韧性，其检验结果见表1。

表1

工艺	回转奥氏体量	R_eLMPa	RmMPa	A_50mm％	AKv(-196℃)(J)
					AKv(-196℃)(J)		纵向	横向
					实施例	5％	纵向	横向	630	720	41	266/240/255纵向平均：253	252/246/238横向平均：245

符合要求，-196℃横向低温冲击功高于230J。

Claims

1、一种提高低温钢板韧性的方法，它包括板坯料加热、轧制与热处理，其特征是：

I在坯料加热工序中，加热温度1150℃～1250℃；

II在轧制工序时，先粗轧轧制成80mm-135mm厚的粗轧钢板，粗轧制温度1050℃～1150℃；

III再精轧成8mm-35mm厚的钢板，精轧的轧制温度为Ac3+30℃-880℃，精轧的总变形率为40％～90％；

IV热处理工序中，把精轧制后的钢板，加热到Ac3点以上-880℃，保温15分钟以上；

V水冷却进行淬火；

VI再经Ac1～Ac3转变点之间，奥氏体+铁素体两相区保温15分钟以上；

VII并水冷却；

VIII在Ac1点以下保温30分钟以上；

IX并空冷或大于空冷的速度冷却回火热处理。