CN101235466B

CN101235466B - 一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法

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Publication number: CN101235466B
Application number: CN2008100469589A
Authority: CN
Inventors: 习天辉; 陈晓; 郭爱民; 柳志敏; 段东明; 刘吉斌; 李建华; 丁庆丰; 卜勇; 董中波; 童明伟; 刘继雄
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: CN101235466A

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，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。

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，Al 0.028～0.037，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，Al 0.011～0.032，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。锆铼

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

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。

Claims

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 0.10～0.18，Mn 0.30～0.77，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成分组成：

C 0.032～0.069，Si 0.13～0.18，Mn 0.59～0.77，P 0.008，S 0.005～0.007，Ni 3.22～3.48，Ti 0.017～0.033，Al 0.028～0.037，Cu 0.20，RE0.0017。

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成分组成：

C 0.05～0.117，Si 0.18，Mn 0.32～0.62，P 0.009，S 0.006，Ni 3.35～3.75，Ti 0.009～0.025，Al 0.011～0.032，Nb 0.024，V 0.041，Zr 0.005，RE 0.0002。

4.一种权利要求1所述的高韧性-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×1分钟/mm，回火保温温度590～680℃，保温时间为45～65分钟十板厚×1分钟/mm。