CN103147016A - 一种-110℃低温容器钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种-110℃低温容器钢，所述钢是由下述重量百分比的成分组成：C0.06～0.10％，Si0.20～0.30％，Mn0.60～0.90％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ti0.010～0.020％，Ni2.1～2.5％，Cr0.10～0.30％，Al0.020～0.040％，Nb0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明采用两阶段控制轧制、控制冷却和合理的热处理工艺，制得的钢板显微组织为铁素体+回火索氏体，屈服强度>500MPa，抗拉强度>600MPa，低温韧性满足-110℃的要求。本发明钢具有较高的强度，优异的低温韧性，可应用于石化、液化气储存、合成氨等领域各类低温容器设备的制造。

Description

一种-110℃低温容器钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高韧性压力容器用钢，特别涉及一种-110℃低温容器钢及其制造方法。

背景技术

随着我国石油化学工业的迅速发展，气体的液化、分离和液化气体的生产、储运及应用已相当普遍，国民经济的高速发展促进了低温压力容器用钢的市场需求。

目前广泛使用的-110℃级低温钢主要是3.5Ni钢，生产成本较高。在本发明前，专利CN101235466A“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”，采用较高的Ni含量(3.20～3.80％)，并添加稀土元素，生产工序复杂，生产成本较高。

专利CN101497961B“一种低温韧性1.5Ni钢及其制造方法”，采用较低的Ni含量(1.20～1.60％)，较高的Mn含量(1.00～1.50％)，并利用控轧控冷+调质工艺生产的钢板可以达到-100℃的低温韧性要求，但该专利钢板的强度水平较低，抗拉强度仅为500MPa级别，且其生产工艺较为复杂(采用三阶段轧制工艺，终冷温度低于300℃)，不易于控制，生产工艺成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种-110℃低温容器钢，通过合理的成分设计，采用控轧控冷工艺和合理的热处理制度，使其钢板得到铁素体+回火索氏体的显微组织，屈服强度>500MPa，抗拉强度>600MPa，-110℃冲击功>100J。为实现此目的，本发明采用如下技术方案：

所述钢以重量百分比计的化学成分如下：C0.06～0.10％，Si0.20～0.30％，Mn0.60～0.90％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ti0.010～0.020％，Ni2.1～2.5％，Cr0.10～0.30％，Al0.020～0.040％，Nb0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。

以下对本发明所含合金元素的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C是保证强度的主要元素，但含量过高会对韧性、焊接性能产生不利影响。为保证钢的强度及优异的低温韧性，本发明设定的最佳C含量为0.06～0.10％。

Si：Si主要起脱氧作用，并以固溶强化形式提高钢的强度，含量过高会造成韧性下降，因此本发明Si含量控制在0.20～0.30％。

Mn：Mn起固溶强化作用，可显著提高钢的强度和淬透性，并改善热加工性能。Mn也是防止热裂纹的有效元素，可以改善硫化物的分布形态，减小低熔点硫化物的数量。但过多的Mn易偏析，恶化钢的性能。本发明Mn含量控制在0.60～0.90％。

Nb：Nb可以提高奥氏体再结晶停止温度，同时易与C、N结合生成碳氮化物析出相，产生细化晶粒和析出强化的效果，改善强韧性。但含量过高时，会影响钢的焊接性能，且强化效果不明显，本发明将Nb含量控制在0.020～0.050％。

Ti：Ti可以固定钢中的N元素，形成TiN以阻止在加热、轧制、焊接等过程中的晶粒长大，改善钢板母材和焊接热影响区的韧性，但过量的Ti会恶化钢的韧性，因此Ti的含量控制在0.010～0.020％。

Ni：Ni可以显著改善钢的低温韧性，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响，但含量过高会增加成本。本发明中将Ni的含量控制在2.1～2.5％。

Cr：Cr为缩小奥氏体相区元素，可提高钢板的淬透性和强度。在C含量较低的情况下，添加适量的Cr，可以保证钢板达到所需的强度，但添加过多会导致韧性下降，因此Cr的含量控制在0.10～0.30％。

Al：Al是脱氧元素，与N化合形成的AlN还可以有效地细化晶粒，Al含量控制在0.020％～0.040％较为合适。

钢中的杂质元素含量越少越好，P、S是对韧性有害的元素，为了得到良好的低温韧性，本发明钢控制P含量不超过0.010％，S含量不超过0.005％。

本发明的另一目的在于提供了一种-110℃低温容器钢的制造方法，包括如下步骤：

1)按照如下质量百分比冶炼并浇铸成铸坯：C0.06～0.10％，Si0.20～0.30％，Mn0.60～0.90％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ti0.010～0.020％，Ni2.1～2.5％，Cr0.10～0.30％，Al0.020～0.040％，Nb0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质；

2)在控制轧制工序中，板坯加热温度为1150～1250℃，保温时间为1.5～2.5h；奥氏体再结晶区轧制开始温度为980～1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850～950℃，终轧温度为800～900℃；

3)在控制冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为10～15℃/s，终冷温度为450～600℃，之后空冷至室温；

4)在热处理工序中，淬火温度为840～900℃，保温时间0.5～1.5h；回火温度为600～660℃，保温时间为1～2h。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1)与传统3.5Ni钢相比，本发明Ni含量较低，大大降低了生产成本；

2)在满足-110℃低温韧性的同时，具有较高的强度，屈服强度达到500MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上；

3)采用控轧控冷和调质工艺，生产工艺简单，钢板组织均匀稳定，性能优异。

附图说明

图1实施例1中钢板纵截面的显微组织照片。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1和2的化学成分见表1，采用的热轧和热处理工艺参数为：加热温度1150～1250℃，保温2小时，开轧温度980～1150℃，终轧温度800～900℃，冷速10～15℃/s，终冷温度450～600℃，轧制后成品钢板厚度为30mm，淬火温度840～900℃，保温时间0.5～1.5h，回火温度为600～660℃，保温时间为1～2h。

实施例1和2的钢板的力学性能见表2。

表1本发明实施例1和2涉及的-110℃低温容器钢的化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Nb	Ti	Als
											实施例1	0.08	0.25	0.79	0.0083	0.0043	2.19	0.12	0.035	0.016	0.022
实施例2	0.09	0.24	0.76	0.0075	0.0049	2.31	0.10	0.032	0.015	0.025

表2本发明实施例1和2涉及的-110℃低温容器钢的力学性能

尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (4)

1.一种-110℃低温容器钢，其特征在于是由下述重量百分比的成分组成：C0.06～0.10％，Si0.20～0.30％，Mn0.60～0.90％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ti0.010～0.020％，Ni2.1～2.5％，Cr0.10～0.30％，Al0.020～0.040％，Nb0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的-110℃低温容器钢，其特征在于：所述钢的显微组织为铁素体+回火索氏体。

3.根据权利要求1所述的-110℃低温容器钢，其特征在于：所述钢的屈服强度＞500MPa，抗拉强度＞600MPa，-110℃冲击功＞100J。

4.一种-110℃低温容器钢的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照如下质量百分比冶炼并浇铸成铸坯：C0.06～0.10％，Si0.20～0.30％，Mn0.60～0.90％，P≤0.010％，S≤0.005％，Ti0.010～0.020％，Ni2.1～2.5％，Cr0.10～0.30％，Al0.020～0.040％，Nb0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质；

2)在控制轧制工序中，板坯加热温度为1150～1250℃，保温时间为1.5～2.5h；奥氏体再结晶区轧制开始温度为980～1150℃，未再结晶区轧制开始温度为850～950℃，终轧温度为800～900℃；

3)在控制冷却工序中，采用水冷却系统，冷却速率为10～15℃/s，终冷温度为450～600℃，之后空冷至室温；

4)在热处理工序中，淬火温度为840～900℃，保温时间0.5～1.5h；回火温度为600～660℃，保温时间为1～2h。

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