CN104674110A

CN104674110A - 一种压力容器用低温钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN104674110A
Application number: CN201510068091.7A
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 牟丹; 余伟; 赵爱民; 唐荻
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104674110B

Abstract

本发明公开了一种压力容器用低温钢板及其生产方法。该钢板化学成分的质量百分含量为：C 0.03～0.07％、Si 0.15～0.3％、Ni 6.8～8.0％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al 0.02～0.04％、Mo 0.01～0.2％，Nb 0.01～0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备工艺为：取具有上述钢板相同组分的铸坯经过加热，保温，在线淬火和在线回火处理，制成成品钢板。本发明的低温钢板抗拉强度在690～790MPa之间，屈服强度在590～700MPa之间，延伸率≥24％，在-196℃下的横向冲击功在≥100J；可用于制造储存和运输液化天然气(LNG)的压力容器等。

Description

一种压力容器用低温钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种压力容器用低温钢板及其生产方法，采用在线淬火+在线回火生产工艺。

背景技术

随着经济的发展，环境和资源问题日益成为各国发展的重中之重，LNG作为一种清洁、无污染，产热量高的能源，在未来将逐步在能源使用中占据更大比例，扩大对天然气的使用范围成为我国优化能源结构和保护生态环境的重要手段；2014年中俄签定年供300万吨液化天然气(LNG)合同，中英签署200亿美元液化天然气(LNG)长期供应框架协议，沿海LNG接受站相继投产，LNG的储存和运输面临更大的挑战和机会。

现在，国内外广泛用于LNG储存和运输工具中的钢板为9Ni钢，公开号CN101215668A的发明专利提出一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，该案所涉9Ni钢包含的化学成分及其质量百分比分为：C 0.02～0.04％、Si 0.15～0.30％、Mn 0.5～0.9％、Ni 8.9～9.5％、P≤0.01％和S≤0.005％，其制备工艺为：热轧淬火后直接580℃回火1小时，回火后采用水冷(DQ+T)；或者热轧淬火后800℃保温1小时淬火，580℃保温回火1小时水淬(DQ+QT)；或者热轧淬火后800℃保温1小时淬火，670℃保温1小时淬火，580℃保温回火1小时水冷(DQ+QLT)。该案中低碳9Ni钢厚板的屈服强度560～710MPa，抗拉强度640～720MPa，-196℃冲击功在150～250J之间。

又如公开号CN102586696A的发专利提出的应用于深冷环境下的7Ni钢及其制备工艺，该案所涉7Ni钢包含的化学成分及质量百分比为：C 0.04～0.12％、Si 0.03～0.35％、Mn 0.3～1.2％、P≤0.007％、S≤0.004％、Ni 7.0～7.8％、Al 0.02～0.05％、Cr 0.2～0.6％、Mo 0.02～0.04％、Cu 0.01～1.2％，以及余量Fe和杂质元素；其制备工艺为将板材在650～700℃保温0.5～3h，其后在520～600℃保温0.5～3h回火(QT)；或在770～830℃保温0.5～3h后淬火，其后在在630～700℃保温0.5～3h，最后在480～600℃保温0.5～3h回火(QLT)。该案中所涉应用于深冷环境下的7Ni钢抗拉强度在670～780MPa，屈服强度在530～710MPa，-196℃冲击功大于100J。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在保证LNG储运用钢的性能的前提下，尽可能降低Ni的含量，缩短工艺流程，提供一种经济且可行的制备方法。

一种压力容器用低温钢板及其生产方法，其化学成分的质量百分含量为：C 0.03～0.07％、Si 0.15～0.3％、Ni 6.8～8.0％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al 0.02～0.04％、Mo 0.01～0.2％，Nb 0.01～0.09％，及余量Fe和不可避免杂质。其热处理工艺为在线淬火+在线回火生产工艺。

本发明力学性能指标为：屈服强度在590～700MPa之间、抗拉强度在690～790MPa之间、延伸率≥24％、在-196℃下的横向冲击功在≥100J。

本发明所述钢板铸坯制备过程为：按上述化学组成配成冶炼原料，在真空冶炼炉中进行冶炼，浇铸成铸锭，然后将铸锭锻压成方形铸坯，在避风处空冷。

将铸坯在1150～1250℃保温2～3小时，将铸坯进行两阶段轧制，其中粗轧的开轧温度为1000～1100℃，总压缩比为40～60％，精轧的开轧温度为850～900℃，总压缩比为40～70％。热处理工艺采用在线淬火+在线回火(DQ+DT)制度。

所述在线淬火+在线回火(DQ+DT)具体过程为：将精轧后的钢板在750～900℃直接在线淬火至300℃以下，再立即在线回火升温至530～600℃，回火速率为5～20℃/s，保温0.5～2h，空冷。

本发明的断面组织为铁素体基体上分布着马氏体和回转奥氏体。

本发明中合金元素在钢中的主要作用在于：

Ni：镍为非碳化物形成元素，可扩大γ相区，是奥氏体形成和稳定元素，在不降低强度的情况下提高低温韧性；镍可以使钢的CCT曲线右移，从而降低临界淬火速度，提高淬透性；镍还有提高低温韧性降低韧-脆转变温度重要作用；因此Ni是本发明的最主要合金化元素。

C：碳是强固溶强化元素，也是强奥氏体稳定化元素，对钢板的强度有着积极的影响，从但是对韧、塑性及焊接性能有着不利的影响，因此，为了使低温钢板具有很好的冲击韧性和焊接性能，需将碳含量控制在较低的范围，一般是≤0.1％。

Mn：锰主要起固溶强化的作用，可以弥补碳含量减少产生的强度的下降；同时锰同镍一样，能使钢的相变温度降低，适当提高Mn/C和Mn/S有利于韧性的改善，因此本发明将Mn作为主要的合金元素之一。

Si：硅是固溶强化元素和脱氧元素，可以提高钢的强度，在炼钢过程中可降低有害元素氧的含量；硅除了和锰按一定比例存在于钢中抑制锰偏聚外，硅还可以抑制磷在晶界偏聚。但是硅会使钢的焊接热影响区低温韧性恶化，因此硅含量控制在0.15～0.3％

Mo:钼的加入可以提高钢板的淬透性，对强度和塑性没有不利影响，提高了钢板的焊接性能。

S、P：S和P是钢中的有害元素，易导致偏析，降低钢的低温韧性，增加焊接时的热裂纹敏感性，故因此要严格控制钢中P、S的含量。一般≤0.005％

Nb：加入微量的Nb，并控制一定的Nb/Si范围，不仅对强度和塑性无害，而且有利于提高宽厚板的焊接性能。

本发明在减镍的同时，采用在线淬火+在线回火工艺，缩短了工艺流程，且在性能上完全达到GB 3531-2014低温压力容器用钢中9Ni标准，更大程度上降低生产成本。

附图说明：

图1A为实例1金相照片；

图1B为实例1 SEM照片；

图2A为实例2金相照片；

图2B为实例2 SEM照片。

具体实施方式：

实例1：本低温钢采用的成分配比和制备方法如下：本钢种的化学成分质量百分数为：C0.058％，Si 0.26％，Mn 0.61％，Ni 7.07％，P 0.0048％，S 0.0035％，Al 0.038％，Mo 0.14％、Nb 0.03％，余量为铁及不可避免杂质。在真空冶炼炉中进行冶炼，浇铸成铸锭，然后将铸锭锻压成厚度为80mm方形铸坯，在避风处空冷；送至加热炉，加热至1150～1250℃，保温2～3小时，取出进行轧制；轧制采用两阶段控轧，粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1100℃，压下量为60％；精轧在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度900℃，压下量为62.5％，形成12mm厚热轧钢板轧，然后经层流水在线淬火，终冷温度控制在300℃以下；然后立即在线回火至570℃，回火升温速率为10℃/s，保温60min，空冷，即可得到所述的低温钢板。本实例得到的低温钢板按照相关国家标准进行检测，检测结果见表1。

表1：实例1低温钢板性能

实例2：本低温钢采用的成分配比和制备方法如下：本钢种的化学成分质量百分数为：C0.032％，Si 0.15％，Mn 0.74％，Ni 7.49％，P 0.0034％，S 0.0036％，Al 0.031％，Mo 0.09％，Nb 0.04％，余量为铁及不可避免杂质。热处理和轧制工艺同实例1，只压下量不同，具体为：第一次压下量为60％，第二次压下量为45％，即得到厚度为18mm的低温钢板。本实例得到的低温钢板按照相关国家标准进行检测，检测结果见表2。

表2：实例2低温钢板性能

以上实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施方式。但是，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种压力容器用低温钢板，其特征在于：该钢板化学成分的质量百分含量为：C 0.03～0.07％、Si 0.15～0.3％、Ni 6.8～8.0％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al 0.02～0.04％、Mo 0.01～0.2％，Nb 0.01～0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述压力容器用低温钢板的制备方法，其特征在于：按照权利要求1所述钢板化学成分炼钢：采用真空冶炼，浇注后进行锻压成方坯，然后在避风处空冷；钢板轧制工艺为：将铸坯在1150～1250℃保温2～3小时，将铸坯进行两阶段轧制，其中粗轧的开轧温度为1000～1100℃，总压缩比为40～60％，精轧的开轧温度为850～900℃，总压缩比为40～70％；钢板热处理采用在线淬火+在线回火生产工艺。

3.根据权利要求2所述压力容器用低温钢板的制备方法，其特征在于：所述在线淬火+在线回火具体过程为：将精轧后的钢板在750～900℃直接在线淬火至300℃以下，再立即在线回火升温至530～600℃，回火速率为5～20℃/s，保温0.5～2h，空冷。

4.根据权利要求2或3所述压力容器用低温钢板的制备方法，其特征在于：钢板的厚度为8～35mm，屈服强度在650～750MPa之间、抗拉强度在690～790MPa之间、延伸率≥24％、在-196℃下的冲击功大于100J。