CN103882312A

CN103882312A - 低成本高韧性-140℃低温用钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN103882312A
Application number: CN201410076207.7A
Authority: CN
Inventors: 李恒坤; 崔强; 吴年春; 尹雨群; 邓伟
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103882312B

Abstract

本发明公开了一种低成本高韧性-140℃低温用钢板的制造方法，该钢的化学成分按重量百分比为C：0.03～0.10%，Si：0.05～0.25%，Mn：1.80～3.50%，P：≤0.010%，S：≤0.002%，Ni：1.30～3.50%，Cu：0.10～0.80%，Nb：≤0.20%，Ti：≤0.035%，Alt：0.010～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；本发明通过冶炼及精炼，控轧控冷工艺及热处理工艺生产。本发明钢板性能优良，具有良好的强韧性匹配，同时具有优异的低温韧性，生产工艺稳定，可操作性强。

Description

低成本高韧性-140℃低温用钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低温用钢板的制造方法，具体的说是一种低成本高韧性-140℃低温用钢板及其制造方法。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业发展势头迅猛。液化石油气、液态甲醇、液氨、液氧、液氮生产、运输和储存设备需求量增长很快。根据我国“十二五”规划，继续优化石化能源的发展，进一步加快油气资源的开发。这将给低温服役条件下能源生产及存储设备制造行业提供广阔的市场及发展机遇，同时也极大的促进了低温用钢的发展。

目前，Ni系低温钢广泛应用于低温容器的生产制备中。应该指出的是，随着全球范围内能源及资源需求的日益增长，实现钢材的减量化及低成本成为钢铁行业的一个重要发展方向。Ni的合金化成本占Ni系低温钢成本的比重很大，因此，降低Ni系低温钢成本成为一个重要的课题。

提高低温韧性的主要技术手段是在钢中加入含量较高的Ni，通过热处理工艺调控钢中的组织配比，以获得较低的韧脆转变温度，从而提高钢的低温韧性。目前低温用钢板向着低成本、高性能方向发展，通过合理的化学成分设计和热处理工艺，在保证性能不下降的同时，少Ni低温钢是一个重要的方向以及对于推动低合金钢的升级换代具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本高韧性-140℃低温用钢板及其制造方法，该方法通过合理的成分设计、控轧控冷工艺及合理的热处理工艺，获得性能优异的低成本高韧性-140℃低温用钢板。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种低成本高韧性-140℃低温用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为C：0.03～0.10%，Si：0.05～0.25%，Mn：1.80～3.50%，P：≤0.010%，S：≤0.002%，Ni：1.30～3.50%，Cu：0.10～0.80%，Nb：≤0.20%，Ti：≤0.035%，Alt：0.010～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明中，钢板中也可以加入以下一种或几种合金元素：Mo：0.01～0.20%、Cr：0～0.50%、V：0～0.05%，钢中合金元素的总添加量不大于2%。

该钢板的化学成分中的杂质元素控制为：O≤0.0015%，N≤0.0080%，H≤0.0003%。

一种低成本高韧性-140℃低温用钢板的制造方法，其特征在于该制造方法包括以下工序：铁水脱硫预处理→冶炼→LF精炼→真空处理→静搅→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→钢坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→热处理→切割、取样→喷印标识→入库；具体要求如下：

1）铁水脱硫处理后硫含量控制在[S]≤0.002%，采用双渣法严格控制[P]含量，LF采用白渣操作脱硫脱氧，真空处理严格控制气体含量；连铸控制中包温度为液相线+5～35℃；

2）连铸坯加热轧制前进行表面修磨喷涂防氧化处理；连铸坯堆垛缓冷或入缓冷坑缓冷24小时及以上；

3）采用控轧控冷技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，加热时间8～15min/cm，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～860℃；轧后控制冷却，返红温度≤400℃，随后空冷；

4）在钢板控轧控冷后，进行淬火及回火热处理。将钢板在680~780℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后立即淬火处理；然后在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

本发明中，对连铸坯也可采用两阶段控制轧制技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，加热时间8～15min/cm，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～850℃；随后空冷；在钢板控轧空冷后，进行两次淬火及回火热处理；将钢板在800~880℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；然后680~780℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；再在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

化学成分是影响连铸坯内部质量与高强韧性钢板性能的关键因素之一，本发明为了使所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：

C：碳是影响高强度钢力学性能的主要元素之一，通过间隙固溶提高钢的强度，当碳含量小于0.03时强度低；含量过高时，韧性和可焊性将变差，本发明碳含量控制在0.03～0.10%。

Si：硅是炼钢必要的脱氧元素，具有一定的固溶强化作用；硅含量过高，不利于钢板表面质量及低温韧性，本发明硅含量控制在0.05～0.25%。

Mn：锰具有细化组织、提高强度及低温韧性的作用，而且成本低廉。锰含量过高时，易造成连铸坯偏析。本发明锰含量控制在1.80～3.50%。

Ni：镍能提高钢的强度、韧性及耐腐蚀性能，抑制碳从奥氏体中脱溶，降低晶界碳化物析出倾向，显著减少晶间碳化物数量，本发明镍含量控制在1.30～3.50%。

Cu：铜能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变。铜含量过高影响钢的韧性，并引起回火脆性，本发明中铜含量控制在0.10～0.80%。

Nb：微量铌对奥氏体晶界具有钉扎作用，抑制形变奥氏体的再结晶，并在冷却或回火时形成析出物，提高强度和韧性。铌添加量大于0.20%时韧性降低，并引起连铸坯表面裂纹产生，此外对焊接性能也有恶化作用。本发明铌含量控制在≤0. 20%。

Ti：钛能固定钢中的气体氮，形成氮化钛，阻止在加热、轧制、焊接过程中的晶粒长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。本发明钛成分控制在≤0.035%。

Al：铝是一种重要的脱氧元素，钢水中加入微量的铝，可以有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒。但过多的铝，会促进连铸坯产生表面裂纹降低板坯质量，全铝含量应控制在0.010～0.050%。

钢中杂质元素如S、P等，会严重损害所述钢和焊接近焊缝区的低温韧性，增加连铸坯偏析程度。硫、磷含量应控制在S≤0.0020%和P≤0.010%以下。其它为不可避免的杂质元素。

本发明可以有两种轧制工艺，轧制工艺1：采用控轧控冷技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，加热时间8～15min/cm，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～860；轧后控制冷却，返红温度为≤400℃，随后空冷。与之相适配的热处理工艺1：在钢板控轧控冷后，进行淬火及回火热处理。将钢板在680~780℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后立即淬火处理；然后在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

轧制工艺2：采用控制轧制技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，加热时间8～15min/cm，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～860，随后空冷。与之相适配的热处理工艺2：在钢板控轧空冷后，进行两次淬火及回火热处理。将钢板在800~870℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；然后680~780℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；再在580~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

本发明通过优化成分设计，冶炼及精炼，对轧制工艺的合理设定及优化，进行热处理。本发明钢板性能良好，屈服强度≥390MPa，抗拉强度为530～710MPa，延伸率为≥20%，低温冲击Akv（-140℃）≥100J，侧膨胀值≥1.00mm，具有良好的强韧性匹配，成本较相同性能5Ni钢降低1000元以上。同时具有优异的低温韧性，生产工艺稳定，可操作性强。

本发明的有益效果是：

1、本发明采低的Ni成分设计生产高性能低温用钢，与相同性能低温钢相比极大地降低了生产成本，提高了生产效益。

2、本发明通过合理的成分设计，采用低碳、低磷硫冶炼工艺，与其他合金元素配合，有效地增强了强韧性能。采用合理的热处理工艺，保证钢板组织及性能均匀，获得了低成本高韧性-140℃低温用钢。

附图说明

图1为实施例2 25mm厚低成本高韧性-140℃低温用钢热处理后的组织形貌，组织为回火M+粒状B。

图2为实施例4 30mm厚低成本高韧性-140℃低温用钢热处理后的组织形貌，组织为回火M+粒状B。

图3为实施例2 25mm厚低温用钢板热处理后残余奥氏体形貌。

图4为实施例4 30mm厚低温用钢板热处理后残余奥氏体形貌。

具体实施方式

一种低成本高韧性-140℃低温用钢的制造方法，采用低碳、低磷硫冶炼工艺，与其他合金元素配合，有效地增强了强韧性能。采用合理的热处理工艺，保证钢板组织及性能均匀，获得了低成本高韧性-140℃低温用钢。主要的工艺路线为：铁水脱硫预处理→冶炼→LF精炼→真空处理→静搅→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→钢坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→热处理→切割、取样→喷印标识→入库。

表1 本发明实施例的主要化学成分（wt%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cu	Nb	Ti	Alt
											实施例1、2	0.07	0.23	3.12	0.0087	0.0017	1.72	0.42	0.031	0.025	0.034
实施例3、4	0.08	0.19	2.83	0.0077	0.0015	1.81	0.35	0.043	0.013	0.027

实施例1、2采用轧制工艺1：采用控轧控冷技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～860；轧后控制冷却，返红温度为≤400℃，随后空冷。

实施例3、4采用轧制工艺2：采用控制轧制技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制。粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～850，随后空冷。

表2轧制冷却工艺

实施例	厚度mm	精轧开轧温度℃	终轧温度℃	返红温度℃
					实施例1	10	932	842	381
实施例2	25	926	840	378
					实施例3	16	927	845	/
实施例4	30	913	832	/

钢板进行热处理：

实施例1、2采用热处理工艺1：在钢板控轧控冷后，进行淬火及回火热处理。将钢板在680~780℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后立即淬火处理；然后在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

实施例3、4采用热处理工艺2：在钢板控轧空冷后，进行两次淬火及回火热处理。将钢板在800~850℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；然后680~780℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；再在580~660℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

表3 热处理工艺

实施例热处理后组织以回火马氏体+少量粒状贝氏体组织为主。图1为实施例2 25mm厚低温用钢板热处理后组织照片，为回火M+粒状B组织。图2为实施例4 30mm厚低温用钢板热处理后组织照片，为回火M+粒状B组织。图3为实施例2 25mm厚低温用钢板热处理后残余奥氏体形貌，图4为实施例4 30mm厚低温用钢板热处理后残余奥氏体形貌。

按照本发明热处理态钢板拉伸性能如表4所示，低温韧性如表5所示。本发明钢板性能优良，屈服强度≥390MPa，抗拉强度为530～710MPa，延伸率为≥20%，低温冲击Akv（-140℃）≥100J，侧膨胀值≥1.00mm，具有良好的强韧性匹配，同时具有优异的低温韧性，生产工艺稳定，可操作性强。

表4本发明实施例热处理态钢板拉伸性能

实施例	板厚/mm	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	延伸率%	屈强比%
						实施例1	10	453	587	28.9	77.1
实施例2	25	446	561	30.2	79.5
						实施例3	16	460	577	29.6	79.7
实施例4	30	443	568	31.1	78.0

表5本发明实施例热处理态钢板低温韧性

Claims

1.一种低成本高韧性-140℃低温用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比为C：0.03～0.10%，Si：0.05～0.25%，Mn：1.80～3.50%，P：≤0.010%，S：≤0.002%，Ni：1.30～3.50%，Cu：0.10～0.80%，Nb：≤0.20%，Ti：≤0.035%，Alt：0.010～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低成本高韧性-140℃低温用钢板，其特征在于：该钢板加入以下一种或几种合金元素：Mo：0.01～0.20%、Cr：0～0.50%、V：0～0.05%，钢中合金元素的总添加量不大于2%。

3.根据权利要求1所述的低成本高韧性-140℃低温用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分中的杂质元素控制为：O≤0.0015%，N≤0.0080%，H≤0.0003%。

4.一种权利要求1所述的低成本高韧性-140℃低温用钢板的制造方法，其特征在于该制造方法包括以下工序：铁水脱硫预处理→冶炼→LF精炼→真空处理→静搅→连铸→铸坯检验、判定→铸坯验收→钢坯加热→除鳞→轧制→冷却→探伤→热处理→切割、取样→喷印标识→入库；具体要求如下：

4）在钢板控轧控冷后，进行淬火及回火热处理；

将钢板在680~780℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后立即淬火处理；然后在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。

5.根据权利要求4所述的低成本高韧性-140℃低温用钢板的制造方法，其特征在于：步骤3）中，采用两阶段控制轧制技术，连铸坯加热温度为1100℃～1250℃，加热时间8～15min/cm，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；粗轧道次低速大压下量破碎奥氏体晶粒，精轧开轧温度为880～960℃，终轧温度780～850℃；随后空冷；在钢板控轧空冷后，进行两次淬火及回火热处理；将钢板在800~880℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；然后680~780℃保温1.5~2.5mm/min+5~100min，出炉后立即淬火处理；再在570~670℃保温1.5~2.5mm/min+10~100min，出炉后空冷或水冷。