CN101215668A - 一种低碳9Ni钢厚板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，步骤是：炼钢：按重量百分比计其成分为：C 0.02～0.04％，Si 0.2～0.3％，Mn 0.4～0.7％，S≤0.005％，P≤0.01％，Ni 8.9～ 9.5％，余量为Fe和杂质，进行炼钢；红送：钢水浇注，镇静5分钟，红送至温度为1200℃的加热炉；热轧：将模锭分两阶段轧制；在线热处理：终轧温度在双相区时，采用轧后淬火加回火热处理；终轧温度在奥氏体区时，采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理或采用轧后淬火、固溶后淬火、双相区淬火加回火的热处理或在双相区保温10～20分钟后淬火，再在580℃下保温1小时回火后水冷。本发明优点是：工艺流程短，生产成本低，9Ni钢的低温韧性和其它力学性能高。

Description

一种低碳9Ni钢厚板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种轧钢工艺，具体涉及一种主要采用红送、热装、低温控轧及轧后在线热处理制备低碳9Ni钢厚板的方法。

背景技术

随着能源结构的调整，天然气作用一种清洁能源，将来占据的比重会越来越大。为了便于运输和存储，一般都将天然气液化成液化天然气(LNG)，液化天然气终点站是底部水平、具有巨大储存容量的罐体，墙壁和底部的主要结构材料为9Ni系列低温钢宽厚板，它们之间采用焊接方式结合在一起。因此，9Ni钢厚板不但需要具备较高的强度指标，而且其焊缝和热影响区需要具备良好的低温性能。自1970至今的35年间，用于长途运输的9Ni钢板的一196℃低温韧性由22J提高至76J，用于贮存罐体的9Ni钢板的低温韧性由58J提高至如今的120J。可见，国际9Ni系列钢板的性能在35年时间内有了巨大的飞跃。

在9Ni钢研发和应用方面，日本和欧美走在了世界前列。目前，ThyseenKrupp等国外钢铁企业在9Ni钢炼钢过程中均采用了转炉底部吹氧技术，然后进行钢包精炼，可以进一步精确控制相关化学成分，特别是起到脱S和P的作用(分别达到0.010％和0.003％以下的水平)。在钢板热轧阶段，采用了现代化轧制技术TMCP，在连铸连轧生产线上可以稳定生产出各项指标均达到ASTM A553/A553M标准的钢板。这种生产工艺主要注重了9Ni钢的成分控制和热处理工艺，对杂质元素S、P、O等的限制越来越严格，热处理由最开始的一次淬火+回火工艺发展到后来的两次淬火+回火工艺。但对轧制工艺以及轧制工艺与热处理工艺的衔接等对最终组织性能的影响研究较少。由于产品规格向更宽、更厚的方向发展，导致已成熟的热处理技术不再适用，需要进一步开发新的热处理工艺制度。因此，9Ni钢厚板生产的发展趋势是，板坯连铸+现代化TMCP热轧+在线热处理。采用这种技术，不仅有利于生产出高质量9Ni钢宽厚板，而且可以实现生产过程的减量化，达到节能降耗的目标。

我国针对石油化工行业在容器、储罐、筒体等设备部件中所用低温钢的国产化问题，提出了Ni系低温钢的研发计划并组织了一系列攻关工作。已经研制的Ni系低温钢有：0.5Ni、1.5Ni、3.5Ni、5Ni和9Ni钢等。其中重点开发的是1.5Ni和3.5Ni钢，已经通过了实验室实验和工业试制，结果表明这两种钢具有良好的综合性能，可分别满足-60℃和-101℃低温设备及容器使用要求。5Ni和9Ni系列低温钢也得到重视，这两种钢的使用温度可分别达到-170℃和-196℃，但未实现国产化。最近几年国内的一些大型钢铁公司开始研发9Ni钢，其中鞍钢、武钢等正在积极开发过程中，太钢90年代末开始研发9Ni钢，其产品已经通过了认证，但生产工艺采用的是模铸。模铸的成分偏西大、成材率低，造成9Ni钢成本太高。而国内现在的连铸连轧工艺问题比较多，无法实现工业性生产。

经检索，从1985年至2003年期间共有日本的新日铁、川崎制铁、住友金属、韩国的浦相钢铁公司及ESSO在LNG用钢板成分、热轧及热处理技术方面获得了专利授权14项，其中ESSO提出的采用少于9％Ni生产LNG用钢的技术。这些专利还围绕9Ni钢成分设计、TMCP工艺制定和热处理工艺制度而提出，未涉及到微合金化设计、连铸坯质量控制和在线热处理技术。

经过对国内专利库进行检索，发现123条关于LNG方面的技术发明专利，未发现LNG设施需要的9Ni钢宽厚板生产技术与材料设计方面的专利授权。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种低碳9Ni钢厚板的制造方法。解决低碳9Ni钢生产工艺中三个关键问题：(1)浇注后的红送、热装工艺，以缩短工艺流程，降低生产成本；(2)采用低温轧制工艺，显著提高9Ni钢的低温韧性和其它力学性能；(3)终轧后在双相区保温一定时间后淬火、回火或在双相区终轧后淬火、回火，缩短热处理工序。

实现本发明低碳9Ni钢厚板的制造方法是：按如下工艺步骤进行：

(1)炼钢：按重量百分比计其成分为：C 0.02～0.04％，Si 0.2～0.3％，Mn 0.4～0.7％，S≤0.005％，P≤0.01％，Ni8.9～9.5％，余量为Fe和杂质，在真空度为60Pa以下进行炼钢；然后

(2)红送：将钢水浇入浇注系统中，镇静5分钟，红送至温度为1200℃的加热炉中，温度均匀后取出模锭；

(3)热轧：将模锭热轧，采用两阶段轧制：在奥氏体再结晶区进行至少2道次粗轧；在奥氏体非完全再结晶区进行至少5道次精轧；

(4)在线热处理：终轧温度在双相区(A1温度与A3温度之间)时，采用轧后淬火加回火(DQ+T)热处理；终轧温度在奥氏体区时，采用轧后淬火、固溶后淬火加回火(DQ+QT)的热处理或采用轧后淬火、固溶后淬火、双相区淬火加回火(DQ+QLT)的热处理或在双相区保温10～20分钟后淬火，再在580℃下保温1小时回火后水冷。

上述的粗轧，每道次的压下量至少为25％，粗轧温度为1150-1020℃；精轧每道次压下量在15％-25％之间，开轧温度低于850℃，最终终轧温度低于780℃，高于A1温度。

上述的采用轧后淬火加回火热处理是：热轧淬火后直接在580℃回火1小时，回火后采用水冷；采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理是：热轧淬火后，在800℃保温1小时淬火，在580℃保温1小时回火后水冷；采用轧后淬火、固溶后淬火，双相区淬火加回火的热处理是：热轧后淬火后，在800℃保温1小时淬火，在670℃保温1小时淬火，再在580℃保温1小时回火后水冷。

本发明采用轧后淬火加回火热处理，最终得到以马氏体为基体加上至少5％奥氏体的混合组织。采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理，最终得到以马氏体为主，加上7～14％奥氏体的混合组织。采用轧后淬火固溶后淬火，双相区淬火加回火的热处理，最终得到以马氏体为基体，加上7～14％奥氏体和铁素体的混合组织。在线热处理采用在双相区保温10～20分钟水淬，再在580℃保温1小时回火后水冷，得到的是以马氏体为基体，加上铁素体和奥氏体混合组织。

本发明与已有技术相比较，其特点和产生的积极效果是：在以下三个方面改善了9Ni钢的生产工艺：(1)浇注后的红送、热装工艺，充分地利用浇注后的余热实现热轧。既不损失材料，又可以省略模铸后冷却、加热、保温工序，缩短了工艺流程，降低了生产成本；(2)采用了低温轧制工艺，显著提高了9Ni钢的低温韧性和其它力学性能；(3)终轧后在双相区保温一定时间后淬火、回火或在双相区终轧后淬火、回火，缩短了热处理工序。

附图说明

图1为4％硝酸酒精溶液腐蚀的双相区终轧后采用轧后淬火加回火的热处理工艺的组织照片；

图2为4％硝酸酒精溶液腐蚀的奥氏体区终轧后采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理工艺的组织照片；

图3为4％硝酸酒精溶液腐蚀的奥氏体区终轧后采用DQ+QLT热处理工艺的组织照片；

图4为4％硝酸酒精溶液腐蚀的奥氏体区终轧后在670℃保温一段时间后采用DQ+T热处理工艺的组织照片；

图5为Lepera试剂腐蚀的双相区终轧后采用DQ+T热处理工艺的组织照片；

图6为Lepera试剂腐蚀的奥氏体区终轧后采用DQ+QT热处理工艺的组织照片；

图7为Lepera试剂腐蚀的奥氏体区终轧后采用DQ+QLT热处理工艺的组织照片；

图8为Lepera试剂腐蚀的奥氏体区终轧在670℃保温一段时间后采用DQ+T热处理工艺的组织照片。

具体实施方式

实例一：

9Ni钢按重量百分比计的设计成分为：C 0.021％，Si 0.247％，Mn0.62％，S0.002％，P0.01％，Ni8.97％余量为Fe和杂质。

生产工艺包括炼钢、红送、热装、热轧、在线热处理，具体为：

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注在两个内腔为100×100×170mm耐火材料模子组成的浇注系统中，镇静5分钟后，红送至温度为1200℃的加热炉中，等温度均匀后，立即将模砸破取出钢锭热轧。从厚度100mm轧成16mm厚的成品，粗轧在奥氏体完全再结晶轧制，开轧温度控制在1090℃，粗轧结束温度为1050℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度控制为780℃，终轧温度控制为720℃。共经过了七道次轧制，其中前两道次为粗轧，后五道次为精轧，具体压下规程为100mm-65mm-47mm-36mm-28mm-23mm-19mm-16mm。轧后直接水淬。

采用了QT和QLT两种热处理工艺，QT工艺为在800℃保温1小时水淬，然后在580℃保温1小时回火后水冷；QLT工艺为在800℃保温1小时水淬，在670℃保温1小时水淬，然后在580℃保温1小时回火后水冷。

采用QT热处理工艺的产品屈服强度为622MPa，抗拉强度为665MPa，延伸率为26.5％：低温(-196℃)冲击功为218J，低温(-196℃)冲击韧性为272J/mm²。

采用QLT热处理工艺的产品屈服强度为565MPa，抗拉强度为647MPa，延伸率为29.5％：低温(-196℃)冲击功为252J，低温(-196℃)冲击韧性为315J/mm²。

实例二：

9Ni钢按重量百分比计的设计成分为：C 0.037％，Si 0.28％，Mn 0.67％，S 0.002％，P 0.01％，Ni 9.01％余量为Fe和杂质。

生产工艺包括炼钢、红送、热装、热轧、在线热处理，具体为：

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注在两个内腔为100×100×170mm耐火材料模子组成的浇注系统中，镇静5分钟后，红送至温度为1200℃的加热炉中，等温度均匀后，立即将模砸破取出钢锭热轧。从厚度为100mm的初坯轧成16mm厚的成品，粗轧在奥氏体完全再结晶轧制，开轧温度控制在1090℃，粗轧结束温度为1050℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度控制在760℃，终轧温度控制在A1和A3温度之间的670℃。共经过了七道次轧制，其中前两道次为粗轧，后五道次为精轧，具体压下规程为100mm-65mm-47mm-36mm-28mm-23mm-19mm-16mm。轧后直接水淬。

采用直接回火工艺：在580℃保温1小时回火后水冷。

成品的屈服强度为708MPa，抗拉强度为722MPa，延伸率为22％：低温(-196℃)冲击功为152J，低温(-196℃)冲击韧性为190J/mm²。

实例三：

9Ni钢按重量百分比计的设计成分为：C 0.025％，Si 0.246％，Mn0.429％，S0.003％，P0.01％，Ni9.3％余量为Fe和杂质。

生产工艺包括炼钢、红送、热装、热轧、在线热处理，具体为：

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注在两个内腔为100×100×170mm耐火材料模子组成的浇注系统中，镇静5分钟后，红送至温度为1200℃的加热炉中，等温度均匀后，立即将模砸破取出钢锭热轧。从厚度为100mm的初坯轧成16mm厚的成品，粗轧在奥氏体完全再结晶轧制，开轧温度控制在1110℃，粗轧结束温度为1040℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度控制在780℃，终轧温度控制为730℃。共经过了七道次轧制，其中前两道次为粗轧，后五道次为精轧，具体压下规程为100mm-65mm-47mm-36mm-28mm-23mm-19mm-16mm。轧后空冷到670℃，放入温度为670℃加热炉内，保温10分钟后淬火，在580℃保温1小时回火后水冷。

成品的屈服强度为665MPa，抗拉强度为695 MPa，延伸率为29.9％：低温(-196℃)冲击功为225J，低温(-196℃)冲击韧性为281J/mm²。

Claims (7)

1.一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，其特征在于生产工艺步骤如下：

(1)炼钢：按重量百分比计其成分为：C 0.02～0.04％，Si 0.2～0.3％，Mn 0.4～0.7％，S≤0.005％，P≤0.01％，Ni8.9～9.5％，余量为Fe和杂质，在真空度为60Pa以下进行炼钢；然后

(2)红送：将钢水浇入浇注系统中，镇静5分钟，红送至温度为1200℃的加热炉中，在温度均匀后取出模锭；

(3)热轧：将模锭热轧，采用两阶段轧制：在奥氏体再结晶区进行至少2道次轧制；在奥氏体非完全再结晶区进行至少5道次轧制；

(4)在线热处理：终轧温度在双相区时，采用轧后淬火加回火热处理；终轧温度在奥氏体区时，采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理或采用轧后淬火、固溶后淬火、双相区淬火加回火的热处理或在双相区保温10～20分钟后淬火，再在580℃下保温1小时回火后水冷。

2.按照权利要求1所述的低碳9Ni钢厚板的制造方法，其特征在于上述粗轧，每道次的压下量至少为25％，粗轧温度为1150～1020℃；精轧，每道次压下量为15％～25％，开轧温度低于850℃，最终终轧温度低于780℃，高于A1温度。

3.按照权利要求1所述的低碳9Ni钢厚板的制造方法，其特征在于所述的在线热处理采用轧后淬火加回火热处理是：热轧淬火后直接在580℃回火1小时，回火后采用水冷；采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理是：热轧淬火后，在800℃保温1小时淬火，在580℃保温1小时回火后水冷；采用轧后淬火、固溶后淬火，双相区淬火加回火的热处理是：热轧后淬火后，在800℃保温1小时淬火，在670℃保温1小时淬火，再在580℃保温1小时回火后水冷。

4.按照权利要求1所述的低碳9Ni钢厚板的制造方法，其特征在于采用轧后淬火加回火热处理，最终得到以马氏体为基体加上至少5％奥氏体的混合组织。

5.按照权利要求1或3所述的低碳9Ni钢的生产工艺，其特征在于采用轧后淬火、固溶后淬火加回火的热处理，最终得到以马氏体为主，加上7～14％奥氏体的混合组织。

6.按照权利要求1或3所述的低碳9Ni钢的生产工艺，其特征在于采用轧后淬火固溶后淬火，双相区淬火加回火的热处理，最终得到是以马氏体为基体，加上7～14％奥氏体的铁素体的混合组织。

7.按照权利要求1所述的低碳9Ni钢厚板的制造方法，其特征在于在线热处理采用在双相区保温10～20分钟水淬，再在580℃保温1小时回火后水冷，得到的是以马氏体为基体，加上铁素体和奥氏体的混合组织。