CN101235466A - 一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法,所述钢是由下述重量百分比的成分组成:C 0.02~0.12,Si 0.10~0.35,Mn 0.30~0.80,P≤0.015,S≤0.010,Ni 3.20~3.80,Ti 0.005~0.05,Al 0.005~0.10,此外还含有Nb≤0.050,V≤0.10,Cu≤2.0,Mo≤0.50,Zr≤0.040,RE≤0.020中的两种或两种以上,余量为Fe。所述制造方法是在铸坯表面涂敷防氧化涂料,控制适当的钢的开轧温度、控轧累计压下率、末三道每道次压下率、终轧温度、正火保温温度、保温时间、回火保温温度等工艺参数,具有钢质纯净、组织稳定、具有稳定而且优良的-110℃低温韧性的优点,且工艺简单,成本低廉,利于推广应用。

Description

一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢及其制造方法。
背景技术
在本发明前,中国专利公开号CN98807689.6、CN96190145.4分别公开了“超低温韧性优异的可焊接的超高强度钢”和“具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢”,所涉及钢的Ni含量范围为0.2~1.0%,低温冲击试验温度为-40℃。又有如日本专利JP592643201公开了“一种低温用高强度钢板的生产方法”,通过对含1.0~4.0%Ni的低合金钢进行热轧、冷却、热处理,获得了优异的-40℃时低温韧性。上述专利的低温冲击试验温度均只有-40℃。
发明内容
本发明的目的是提供一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法,能克服已有技术之不足,还提高了低温韧性储备;采用可行的生产工艺,适合大生产操作,获得稳定而且优良的-110℃低温韧性。
所述目的是通过如下方案实现的:
一种高韧性-110℃低温钢,是由下述重量百分比的成分组成:C 0.02~0.12,Si 0.10~0.35,Mn 0.30~0.80,P≤0.015,S≤0.010,Ni 3.20~3.80,Ti 0.005~0.05,Al0.005~0.10,此外还含有Nb≤0.050,V≤0.10,Cu≤2.0,Mo≤0.50,Zr≤0.040,RE≤0.020中的两种或两种以上,余量为Fe。
在上述成分中,优选采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.032~0.069,Si 0.13~0.23,Mn 0.59~0.77,P 0.008,S 0.005~0.007,Ni 3.22~3.48,Ti 0.017~0.033,Al0.028~0.037,Cu 0.20,RE 0.0017。
还可以优选采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.05~0.117,Si 0.18~0.34,Mn 0.32~0.62,P 0.009,S 0.006,Ni 3.35~3.75,Ti 0.009~0.025,Al0.011~0.032,Nb 0.024,V 0.041,Zr 0.005,RE 0.0002。
以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Ni、Ti、Al、Nb、V、Cu、Mo、Zr、RE限定量的理由。
C在钢中以间隙原子存在,能非常有效地提高钢材强度,所以下限是0.02%;但是,随着碳含量增加,钢材的延伸率和冲击韧性下降,尤其是低温韧性下降的幅度更大,考虑到本发明的目的是制造高韧性低温钢,同时,为兼顾钢材的焊接性,因而希望C含量低,所以C含量上限是0.12%。
Si是为钢水预脱氧而添加的,能降低钢中碳的石墨化倾向,并以固溶强化形式提高钢的强度,但Si含量不宜高,以免降低钢的韧性,所以其含量范围为0.10~0.35%。
Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的元素,在低碳低合金高强度钢中,均添加适量Mn以提高钢材的强度,添加0.30%以上是必要的;但Mn含量高时因钢的过热敏感性增大,在稍有过热的情况下,晶粒就发生粗化,还增加回火脆性,所以上限是0.80%。
P含量越少越好,但是工业生产中使P含量降低需要很高成本,所以上限是0.015%。
S含量过高则使钢材具有各向异性且韧性降低,所以上限是0.010%。
Ni能与铁以任何比例互溶,通过细化铁素体晶粒改善钢的低温韧性,并具有明显降低冷脆转变温度的作用,对于-101℃低温钢,3.20%的Ni含量是必须的;但含量过高易造成钢板氧化皮难以脱落,故上限控制在3.80%。
Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素,形成的TiN、Ti(CN)等粒子非常稳定,能有效地钉扎晶界,阻止γ晶粒长大,因而能够细化晶粒,提高钢材的强度和低温韧性,添加Ti时0.005%是下限;添加量过多则生成碳化物(TiC),使低温韧性降低,因此上限宜为0.05%。
Al是钢中的主要脱氧元素,一定含量的Al还能细化钢材的晶粒,提高钢材的强度和韧性;但Al含量过高易导致钢中夹杂增多,对钢材的低温韧性不利,因此,Al含量的限定范围为0.005~0.10%。
Nb是一种强碳化物形成元素,在钢中形成的NbC、Nb(CN)等第二相质点,可阻止奥氏体晶粒的长大,细化晶粒,提高钢材的强度和低温韧性;但Nb含量过高易产生晶间裂纹,故其含量控制在0.050%以下。
V也是一种强碳化物形成元素,在钢中形成的VC、V(CN)等第二相质点,能细化晶粒,提高钢材的强度和低温韧性;但V含量过高时,降低钢的焊接性,故其含量限制在0.10%以下。
Cu在钢中主要起沉淀强化作用,还有利于获得良好的低温韧性,提高钢材的抗疲劳裂纹扩展能力;当Cu含量过高时,钢板在轧制过程中极易产生网裂,故其含量限制在2.0%以下。
Mo是有效提高钢材回火稳定性的元素,还能提高钢材的强度,提高钢材的抗氢脆能力;如果添加量过高,将导致钢材的韧性下降,故其含量限制在0.50%以下。
Zr含量在0.005%时,RE添加量在约200g/吨时,均有助于提高钢的纯净度,从而提高钢材的低温韧性。
本发明同时提供一种高韧性-110℃低温钢的制造方法,采用铁水脱硫技术,转炉顶底吹炼,真空深处理及成分微调,按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理,其特征在于:铸坯表面涂敷防氧化涂料,钢的开轧温度≥1100℃,控轧累计压下率≥57%,末三道每道次压下率≥8%,终轧温度780~890℃;采用正火或正火+回火处理,正火保温温度为790~880℃,保温时间为:30~50分钟十板厚(mm)×1分钟/mm,回火保温温度590~680℃,保温时间为45~65分钟十板厚(mm)×1分钟/mm。
本发明具有如下优点:
1.本发明钢采用了微合金化处理,钢中的夹杂物是细小的氧化物夹杂,钢质纯净,为获得稳定而且优良的低温韧性奠定了基础。
2.采用正火或正火+回火热处理工艺,组织稳定,因而本发明钢具有稳定而且优良的-110℃低温韧性。
3.实际应用中,可以采用低合金钢生产设备生产本发明钢,因此本发明钢的生产工艺具有良好的适应性,降低了生产成本,适应大生产要求。
4.本发明钢最适合作为低温球罐、储罐和高寒地区使用的工程机械用钢。
5.本发明所述生产工艺简单,成本低廉,在各冶金企业均可实施,利于推广应用。
附图说明
图1是没有进行微合金化处理-110℃低温韧性钢中的硅酸盐夹杂物(C3.5)(比较钢)的放大照片;
图2是微合金化处理-110℃低温韧性钢中的氧化物夹杂物(D0.5)(本发明钢)的放大照片;
图3是本发明钢1与比较钢的低温韧性比较曲线图。
具体实施方式
下面结合附图说细阐述本发明优选的实施方式。
按照本发明钢成分要求,在真空感应电炉冶炼了三批本发明的钢,将铸坯表面涂敷防氧化涂料后,加热到1260℃出炉轧制,开轧温度分别为1100℃、1150℃、1200℃,累计压下率58~77%,末三道每道次压下率为8~16%,终轧温度分别为780、830、890℃。轧制钢板厚度分别14、26、34mm。正火温度分别为790、830、880℃,正火保温时间分别为44、66、84分钟,回火温度分别为590、635、680℃,回火保温时间分别为59、81、99分钟,随后对三种钢板进行了力学性能试验,测试了强度、塑性和系列温度冲击韧性,并与相应的比较钢做了对比,还比较了比较钢与本发明钢中的夹杂物类型及级别。比较钢与本发明钢中的夹杂物比较见图1和图2,低温冲击韧性比较见图3,力学性能数据见表1。
表1发明钢与对比钢的化学成分和HAZ冲击韧性对比
  发明钢1   比较钢   发明钢2   比较钢   发明钢3   比较钢
  C   0.032   0.05   0.069   0.07   0.117   0.09
  Si   0.13   0.21   0.23   0.27   0.34   0.33
  Mn   0.32   0.38   0.59   0.62   0.77   0.71
  成分   P   0.009   0.009   0.008   0.010   0.008   0.011
  S   0.005   0.006   0.007   0.008   0.006   0.007
  Ni   3.22   3.47   3.48   3.53   3.75   3.61
  Ti   0.009   -   0.033   -   0.017   -
  Al   0.028   0.025   0.011   0.019   0.037   0.032
  Nb   0.032   -   -   -   0.024   -
  V   0.036   -   -   -   0.041   -
  Cu   0.16   0.17   0.20   0.18   -   0.20
  Mo   0.39   -   -   -   -   0.007
  Zr   0.021   -   -   -   0.005   -
  RE   0.0022   -   0.0017   -   0.0002   -
  ReL/MPa   430   370   410   360   400   380
  Rm/MPa   550   475   575   450   580   490
  A/%   29   25   32   31   31   27
  -110℃AKV/J   214   63   172   34   145   25
从表1及图1、图2对比可见,本发明的钢在成分设计上采用了Nb-V-Ti-Mo-Cu处理,钢质纯净,钢中的夹杂物由粗大的硅酸盐变质为细小的氧化物夹杂,再经过正火+回火处理,组织均匀而稳定,从而确保本发明钢具有稳定而且优良的低温韧性。本发明钢的强度和塑性都高于对比钢,尤其是本发明钢的-110℃AKV值大大高于对比钢,是对比钢的3~6倍。

Claims (4)

1.一种高韧性-110℃低温钢,其特征在于是由下述重量百分比的成分组成:C 0.02~0.12,Si 0.10~0.35,Mn 0.30~0.80,P≤0.015,S≤0.010,Ni 3.20~3.80,Ti 0.005~0.05,Al0.005~0.10,此外还含有Nb≤0.050,V≤0.10,Cu≤2.0,Mo≤0.50,Zr≤0.040,RE≤0.020中的两种或两种以上,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高韧性-110℃低温钢,其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.032~0.069,Si 0.13~0.23,Mn 0.59~0.77,P 0.008,S 0.005~0.007,Ni 3.22~3.48,Ti 0.017~0.033,Al0.028~0.037,Cu 0.20,RE 0.0017。
3.根据权利要求1所述的高韧性-110℃低温钢,其特征在于采用下述重量比例的一种或多种成分:
C 0.05~0.117,Si 0.18~0.34,Mn 0.32~0.62,P 0.009,S 0.006,Ni 3.35~3.75,Ti 0.009~0.025,Al0.011~0.032,Nb 0.024,V 0.041,Zr 0.005,RE 0.0002。
4.一种高韧性-110℃低温钢的制造方法,其特征在于采用铁水脱硫技术,转炉顶底吹炼,真空深处理及成分微调,按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理,其特征在于:铸坯表面涂敷防氧化涂料,钢的开轧温度≥1100℃,控轧累计压下率≥57%,末三道每道次压下率≥8%,终轧温度780~890℃;采用正火或正火+回火处理,正火保温温度为790~880℃,保温时间为:30~50分钟十板厚(mm)×1分钟/mm,回火保温温度590~680℃,保温时间为45~65分钟十板厚(mm)×1分钟/mm。
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