CN105177445B

CN105177445B - 一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法

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Publication number: CN105177445B
Application number: CN201510506114.8A
Authority: CN
Inventors: 刘振宇; 王猛; 李成刚; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2035-08-17
Also published as: CN105177445A

Abstract

为了降低生产成本，本发明提供一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法，属于合金钢制造领域。该方法包括：(1)热轧：将铸坯送入温度为1150～1200℃的加热炉中，保温1～2h，铸坯的化学成分的重量百分比为：C:0.04～0.07％，Si:0.10～0.25％，Mn:0.60～0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni:0或3.3～3.8％，Cr≤0.60％，Mo≤0.04％，Al_t 0.02～0.05％，余量为Fe和杂质；热轧采用两阶段轧制并且钢板总压缩比即铸坯厚度/成品厚度≥5.00；(2)在线热处理：将热轧板直接或弛豫10～20s后采用超快冷以≥20℃/s的速度将钢板淬火至300℃以下，然后将板材放入温度为570～620℃的加热炉内保温，再水冷或空冷至室温得到产品。该方法采用在线淬火加回火工艺，缩短热处理工艺流程、降低成本，并通过控制轧制工艺细化奥氏体晶粒尺寸，显著提高了3.5Ni钢的低温韧性和其他力学性能。

Description

一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法

技术领域

本发明属于合金钢制造领域，特别涉及一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的高速发展，石化工业及其相关产业得以蓬勃发展，同时石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气(LPG)、液化乙烯(LNG)的生产及存储设备。我国“十二五”规划的目标之一是优化石化能源的发展，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，同进也会促进耐低温材料的发展。目前,能源行业-70～-196℃条件下使用的材料多为Ni系低温钢，含Ni量在0.5％～9％之间。随着Ni含量的增加，钢的韧脆转变温度降低，从而使用温度越低。3.5Ni钢广泛应用于LPG储罐、空分制氧设备及合成氨设备上。

目前3.5Ni钢已有不少专利报道，如专利申请号为2013102479158的专利“一种低温压力容器用钢板及其生产方法”，采用正火+回火工艺，得到在-101℃韧性优异的3.5Ni钢；专利申请号为200810046958的专利“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”，采用正火+回火(NT)工艺，得到在-110℃韧性优异的3.5Ni钢；专利申请号为2013101902910的专利“一种低温容器用08Ni3DR钢厚板的制造方法”，采用淬火+回火工艺，得到-100℃韧性优异的3.5Ni钢。这些专利大都采用NT或QT两级热处理，且冲击试验温度均高于-110℃，对于-120℃及以下的冲击试验均未提及。

发明内容

为了降低生产成本，本发明提供一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法。该方法采用在线淬火加回火工艺(DQ-T)，缩短热处理工艺流程，吨钢可降低成本300～600元，并通过控制轧制工艺来细化奥氏体晶粒尺寸，显著提高了3.5Ni钢的低温韧性和其他力学性能。

一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：

(1)热轧

将铸坯送入加热炉中加热，加热温度为1150～1200℃，保温时间1～2h；所述铸坯的化学成分的重量百分比为：C:0.04～0.07％，Si:0.10～0.25％，Mn:0.60～0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni:0或3.3～3.8％，Cr≤0.60％，Mo≤0.04％，Al_t:0.02～0.05％，余量为Fe和杂质；

热轧采用两阶段轧制并且钢板总压缩比即铸坯厚度/成品厚度≥5.00；

一阶段：将铸坯在奥氏体再结晶区进行≥3道次轧制，每道次压下率为10％～30％，累计压下率≥50％，轧制温度为1050～1120℃；

二阶段：在奥氏体未再结晶区进行≥3道次轧制，每道次压下率≥15％，开轧温度≤900℃，终轧温度为820～860℃，得到热轧板材；

(2)在线热处理(DQ-T)

采用的热处理工艺为轧后淬火加回火；

将热轧板直接或弛豫10～20s后采用超快冷以20～40℃/s的速度将钢板淬火至300℃以下，然后将板材放入温度为570～620℃的加热炉内保温40～90min，再水冷或空冷至室温，得到产品；产品的微观金相组织以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体。

经检测，上述方法制备的钢板其屈服强度为425～492MPa，抗拉强度为497～603MPa，-120℃冲击功为227～278J。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明采用TMCP技术，合理设计热轧工艺，细化组织，提高了钢的低温韧性和强度；

2、本发明虽然在热轧后减少了一步热处理工序，然后产品的性能较现有产品的性能有所提高；

3、本发明终轧后采用在线淬火加回火的方法，简化了热处理工序，并降低了生产成本，吨钢可降低成本300～600元。

附图说明

图1为实例1中由DQ-T处理后的钢板经4％硝酸酒精溶液腐蚀的显微组织图；

图2为对比例1中由QT处理后的钢板经4％硝酸酒精溶液腐蚀的显微组织图；

图3为实例2中由DQ-T处理后的钢板经4％硝酸酒精溶液腐蚀的显微组织图；

图4为实例3中由DQ-T处理后的钢板经4％硝酸酒精溶液腐蚀的显微组织图；

图5为实例4中由DQ-T处理后的钢板经4％硝酸酒精溶液腐蚀的显微组织图。

具体实施方式

实施例1

3.5Ni钢按重量百分比计的成分为：C 0.065％，Si 0.21％，Mn 0.62％，S0.002％，P 0.005％，Ni 3.72％，Al 0.031％，余量为Fe和杂质；

该钢制备方法的步骤包括炼钢、开坯、两阶段控制轧制、在线热处理，具体为：

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注完成后，将铸锭在温度为1200℃的加热炉中保温1小时后热轧开坯成100mm厚铸坯，将铸坯放入加热炉加热至1200℃，保温2小时；

分两阶段控制轧制，共经过了七道次轧制，其中前四道次为粗轧，后三道次为精轧；粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1100℃，粗轧结束温度为1050℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为900℃，精轧结束温度860℃，待温厚度为35mm，成品厚度为15mm，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15；

轧后直接采用超快冷以20℃/s的速度将钢板淬火至295℃，然后放入温度为590℃的加热炉内保温60min，水冷，得到产品；产品的微观金相组织以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体，如图1所示。

经检验，成品的屈服强度为443MPa，抗拉强度为535MPa，-120℃冲击功为278J。

对比例1

3.5Ni钢的组分和含量同实施例1，即按重量百分比计的成分为：C 0.065％，Si0.21％，Mn 0.62％，S 0.002％，P 0.005％，Ni 3.72％，Al 0.031％，余量为Fe和杂质；

轧后空冷，然后将钢板放入温度为860℃的加热炉内，保温40min后放入水箱中淬火至室温，然后再在590℃回火60min后水冷，得到产品；产品的微观金相组织为以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体，如图2所示。

成品的屈服强度为419MPa，抗拉强度为511MPa，-120℃冲击功为269J。

实施例2

3.5Ni钢按按重量百分比计的成分设计为：C 0.055％，Si 0.17％，Mn 0.68％，S0.002％，P 0.005％，Ni 3.46％，Al 0.023％，余量为Fe和杂质；

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注完成后，将铸锭在温度为1150℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成100mm厚铸坯，将铸坯放入加热炉加热至1150℃，保温2小时；

分两阶段控制轧制，共经过了六道次轧制，其中前三道次为粗轧，后三道次为精轧；粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1120℃，粗轧结束温度为1050℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为880℃，精轧结束温度850℃，待温厚度为47mm，成品厚度为20mm，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-20；

轧后直接采用超快冷以30℃/s的速度将钢板淬火至280℃，然后放入温度为570℃的加热炉内，保温90min，水冷，得到产品；产品的微观金相组织，以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体，如图3所示。

成品的屈服强度为425MPa，抗拉强度为497MPa，-120℃冲击功为261J。

实施例3

3.5Ni钢按重量百分比计的成分为：C 0.043％，Si 0.13％，Mn 0.86％，S0.004％，P 0.007％，Ni 3.3％，Cr 0.59％，Mo 0.037％，Al 0.039％，余量为Fe和杂质；

分两阶段控制轧制，共经过了七道次轧制，其中前四道次为粗轧，后三道次为精轧；粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1120℃，粗轧结束温度为1070℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为870℃，精轧结束温度860℃，待温厚度为35mm，成品厚度为15mm，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15；

钢板轧后弛豫10s，然后采用超快冷以40℃/s的速度淬火至280℃，然后放入温度为620℃的加热炉内，保温40min，水冷，得到产品；产品的微观金相组织以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体，如图4所示。

成品的屈服强度为492MPa，抗拉强度为603MPa，-120℃冲击功为227J。

实施例4

3.5Ni钢按重量百分比计的成分为：C 0.049％，Si 0.15％，Mn 0.66％，S0.004％，P 0.007％，Ni 3.8％，Cr 0.31％，Mo 0.025％，Al 0.046％，余量为Fe和杂质；

利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注完成后，将铸锭在温度为1200℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成100mm厚铸坯，将铸坯放入加热炉加热至1200℃，保温1小时；

分两阶段控制轧制，共经过了六道次轧制，其中前三道次为粗轧，后三道次为精轧；粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1100℃，粗轧结束温度为1070℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为870℃，精轧结束温度820℃，待温厚度为49mm，成品厚度为20mm，具体压下规程为100-90-70-49-38-27-20；

钢板轧后弛豫20s，然后采用超快冷以30℃/s的速度淬火至270℃然后放入温度为600℃的加热炉内，保温60min，空冷，得到产品；产品的微观金相组织以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体，如图5所示。

成品的屈服强度为461MPa，抗拉强度为572MPa，-120℃冲击功为232J。

Claims

1.一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)热轧

将铸坯送入加热炉中加热，加热温度为1150～1200℃，保温时间1～2h；

所述铸坯的化学成分的重量百分比为：C：0.04～0.07％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni：0或3.3～3.8％，Cr≤0.60％，Mo≤0.04％，Al_t：0.02～0.05％，余量为Fe和杂质；

热轧采用两阶段轧制并且钢板总压缩比≥5.00；

一阶段轧制，轧制温度为1050～1120℃；

二阶段轧制，开轧温度≤900℃，终轧温度为820～860℃，得到热轧板材；

(2)在线热处理

将热轧板直接或弛豫10～20s后采用超快冷以20～40℃/s的速度将钢板淬火至300℃以下，然后将板材放入温度为570～620℃的加热炉内保温40～90min，再水冷或空冷至室温，得到产品；

制得产品的微观金相组织以回火马氏体加贝氏体为基体，基体中弥散分布着大量的渗碳体；

制得产品的屈服强度为425～492MPa，抗拉强度为497～603MPa，-120℃冲击功为227～278J。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一阶段轧制的方法为：将铸坯进行≥3道次轧制，每道次压下率为10％～30％，累计压下率≥50％。

3.根据权利要求1所述的一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述二阶段轧制的方法为：进行≥3道次轧制，每道次压下率≥15％。