CN105331890A

CN105331890A - 一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法

Info

Publication number: CN105331890A
Application number: CN201510815584.2A
Authority: CN
Inventors: 谢章龙; 方磊; 王猛; 霍松波; 党振旗
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-11-23
Also published as: CN105331890B

Abstract

本发明是在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的制造方法，成分为C0.03-0.08%，Si？0.10.2%，Mn0.6-1.0%，S≤0.002%，P≤0.006%，Ni4.7-5.3%，Alt0.02-0.05%，余量为Fe；制造步骤是：真空炉冶炼并合金化；铸坯轧制开坯；锻坯加热至1150-1200℃，保温1-2小时后进行两阶段控制轧制，粗轧开轧温度为1050-1120℃，道次压下率12%-30%；精轧开轧温度830-880℃，轧后待温10-20s以使轧件温度均匀化，然后采用超快冷技术将钢板在线淬火至200℃以下，在590-620℃回火40-100min，回火后水冷，得到回火马氏体加少量逆转奥氏体的混合组织，马氏体基体上弥散分布着细小渗碳体，且在线淬火缩短了工艺流程，降低了成本。

Description

一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法

技术领域

本发明涉及一种低温钢及其制造方法，具体的说是一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法。

背景技术

乙烯是一种重要的化工原料，广泛应用于工业和生活领域。随着我国经济的高速发展，中国市场已经成为世界上最大的乙烯需求区。预计“十三五”间中国乙烯年需求增长率有望保持10％以上，而我国乙烯的产能增速预计在5-6％之间，供需有巨大缺口，需要从国外大量进口。为了方便乙烯储运，将其液化后通过专门的LEG船和LEG储罐进行运输和储存。乙烯的液化温度为-104℃，这就要求LEG储罐用的钢材具有良好的低温韧性。Ni系低温钢是国际上通用的低温用钢，广泛地用于-40～-196℃的低温设备及容器中，其中5Ni钢的服役温度在-100～-130℃范围内，用于LEG储罐的结构材料。随着LEG使用量增加，对5Ni钢的需求量也不断增加。

根据申请人检索，中国专利CN102330031A和CN104388838A分别公开的“一种高韧性-130℃低温钢及其制造方法”和“超低温压力容器用5Ni钢板及其生产方法”，低温冲击试验温度分别为-130℃和-125℃，采用两次淬火+回火热处理工艺。中国专利CN103509999A公开了“一种低温储罐用高镍钢的制造方法”采用离线淬火+回火热处理工艺，得到在-120℃韧性优异的5Ni钢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

⑴如何通过控制轧制工艺来细化原奥氏体晶粒尺寸，如何控轧后在线淬火来减少离线淬火的过程，达到在确保高强度和优良低温韧性的前提下，通过缩短生产工艺流程来降低成本的目的；

⑵如何使高韧性5Ni钢的组织为回火马氏体加少量(3％左右)逆转奥氏体的混合组织，马氏体基体上弥散分布着细小渗碳体，得到理想的强韧性匹配。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法，包括以下步骤：

㈠炼钢：按重量百分比计其成分为：C：0.03-0.08％，Si：0.1-0.2％，Mn：0.6-1.0％，S≤0.002％，P≤0.006％，Ni：4.7-5.3％，Alt：0.02-0.05％，余量为Fe和杂质，采用真空度＜60Pa的真空炉炼钢并合金化；

㈡开坯：将铸锭送入加热炉中，加热温度为1150-1200℃，待温度均匀后出炉开坯成一定厚度锻坯，开坯后坯料厚度≥5倍成品厚度；

㈢热轧：采用奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制，锻坯加热温度为1150-1200℃，粗轧温度为1050-1120℃，粗轧道次压下量12-30％；精轧开轧温度830-880℃，道次压下量≥15％，累计压下率≥50％(这两个压下率指标跟坯料宽度、轧机轧制力和扭矩等有关，如果板坯较宽，则道次压下量可能越小，但必须保证最小压下量；如果轧机能力强，可以减少道次，增加单道次压下量，因此这个指标变化区间比较大，只能提最低要求。)；

㈣控冷：轧制完后待温10-20s以使轧件温度均匀化，然后再采用超快冷以20-50℃/s的冷速将钢板淬火至200℃以下，入水温度高于A3温度；

㈤热处理：将在线淬火钢板直接加热到590-620℃回火，保温时间40-100min回火，出炉后水冷或空冷至室温，得到回火马氏体加少量(1％-5％)逆转奥氏体的混合组织，马氏体基体上弥散分布着细小渗碳体。

本发明通过将Ni的含量控制为4.7-5.3％，配合本发明的控轧、控冷及热处理，可以细化组织，并得到得到回火马氏体加少量(1％-5％)逆转奥氏体的混合组织，马氏体基体上弥散分布着细小渗碳体，显著提高了提高钢的低温韧性和强度，钢板的屈服强度R_eH≥520MPa，抗拉强度R_m≥600MPa，延伸率A≥23％，-130℃低温冲击功KV₂≥150J，使本发明适用于制造大型LEG储罐。另外，本发明通过将Ni的含量控制为4.7-5.3％，配合其它化学成分及本发明的控轧、控冷及热处理，可通过能扩大γ相区，稳定奥氏体，降低相变温度并细化基体组织；Ni元素能使基体的螺型位错不易分解，利于位错交叉滑移的发生，提高了钢的塑变性能，获提了意想不到的技术效果。最后，本发明采用控轧后在线淬火来减少离线淬火的过程，在确保高强度和优良低温韧性的前提下，通过缩短生产工艺流程来降低成本，但产品的性能却超过了现有技术。

本发明其它化学成分含量限定所起的作用具体为：

C是强化元素，可以通过固溶强化和析出强化提高钢的强度，同时C还是奥氏体形成及稳定元素，但是过量的添加会对不利于焊接热影响区的低温韧性，所以C的含量不能过高，C的范围控制为0.03-0.08％。

Si在炼钢过程中是脱氧元素，对降低5Ni钢中有害元素O含量非常重要，Si同时可以提高强度，但是Si作为间隙固溶原子会使钢的韧性明显下降，因此Si含量不宜过高，所以Si的含量范围为0.1-0.2％。

Mn是奥氏体稳定元素和基体强化元素，可以通过沉淀强化来提高强度，Mn含量过高容易形成大尺寸的MnS夹杂物影响韧性，所以将Mn的含量范围设为0.6-1.0％。

Al是脱氧元素，可以降低钢中的氧含量，但是过量添加容易形成高熔点析出物Al₂O₃和AlN，而且析出物直径较大，能达到几微米，严重影响基体的低温韧性，本发明将Alt的含量范围为0.02-0.05％。

P、S元素对钢材的低温韧性都是有害的，它们在钢中产生偏析，降低了晶界抗力使脆性裂纹易起源于晶界并易沿晶界扩展，特别是P能急剧降低材料韧性，加大冷脆倾向，为了获得优异的低温韧性P、S含量应该尽可能的低。

本发明的有益效果是：⑴采用控制轧制技术，合理设计热轧工艺，细化奥氏体晶粒，有利于提高钢的低温韧性和强度；⑵终轧后DQ-T，无需进行离线淬火，简化了热处理工序；⑶钢板的屈服强度R_eH≥520MPa，抗拉强度R_m≥600MPa，延伸率A≥23％，-130℃低温冲击功KV₂≥150J，适用于制造大型LEG储罐。

附图说明

图1为4％硝酸酒精溶液腐蚀的实例1的钢板经DQ-T热处理后的显微组织。

图2为4％硝酸酒精溶液腐蚀的实例2的钢板经DQ-T热处理后的显微组织。

图3为4％硝酸酒精溶液腐蚀的实例3的钢板经DQ-T热处理后的显微组织。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的制造方法，开坯到150mm，轧制成12mm厚钢板，包括具体步骤如下：

中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.035％，Si：0.14％，Mn：0.77％，S：0.0009％，P：0.0035％，Ni：5.04％，Alt：0.043％，余量为Fe和杂质；利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成170mm厚铸锭，将铸锭在温度为1190℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成150mm厚锻坯，将锻坯放入加热炉加热至1170℃，保温2小时；分两阶段控制轧制，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880℃，精轧结束温度820℃。具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20-15-12(单位mm)，轧完待温12s后直接采用超快冷冷却到室温，入水温度为773℃，然后放入温度为615℃的加热炉内回火，保温50min后水冷。

实施例2

本实施例提供的一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的制造方法，开坯到150mm，轧制成20mm厚钢板，包括具体步骤如下：

中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.050％，Si：0.19％，Mn：0.67％，S：0.0010％，P：0.0040％，Ni：5.26％，Alt：0.032％余量为Fe和杂质；利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成170mm厚铸锭，将铸锭在温度为1192℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成150mm厚锻坯，将锻坯放入加热炉加热至1195℃，保温2小时；分两阶段控制轧制，粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1110℃，粗轧结束温度为1055℃；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840℃。具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20，(单位mm)，轧完待温19s后直接采用超快冷冷却到室温，然后放入温度为610℃的加热炉内，保温70min后水冷。

实施例3

本实施例提供的一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的制造方法，开坯到170mm，轧制成30mm厚钢板，包括具体步骤如下：

中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.067％，Si：0.12％，Mn：0.70％，S：0.0017％，P：0.0051％，Ni：4.86％，Alt：0.033％余量为Fe和杂质；利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成200mm厚铸锭，将铸锭在温度为1196℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成170mm厚铸坯，将铸坯放入加热炉加热至1157℃，保温2小时。分两阶段控制轧制，粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1116℃，粗轧结束温度为1061℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为850℃，精轧结束温度808℃。具体压下规程为170-145-120-100-85-70-56-43-30，(单位mm)，轧完待温15s后直接采用超快冷冷却到67℃，入水温度796℃，然后放入温度为595℃的加热炉内，保温90min后水冷。

组织观察：

由图1、图2和图3中钢板组织观察表明，对上述3个实例获得的组织均为均匀细小的回火马氏体组织基体加一定量的稳定逆转奥氏体，组织沿厚度方向分布无明显差异，为5Ni钢中厚板获得高强度和良好低温韧性奠定了组织基础。

力学性能：

表1实例1-3生产工艺获得钢板的力学性能

编号	屈服强度，MPa	抗拉强度，MPa	伸长率，％	-130℃横向冲击功，J
					实例1	591	650	27	273
实例2	577	636	24.5	266
					实例3	546	622	24	239

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法，其特征在于：包括以下步骤：

㈠炼钢：按重量百分比计其成分为：C：0.03-0.08%，Si：0.1-0.2%，Mn：0.6-1.0%，S≤0.002%，P≤0.006%，Ni：4.7-5.3%，Alt：0.02-0.05%，余量为Fe和杂质，采用真空度＜60Pa的真空炉炼钢并合金化；

㈢热轧：采用奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制，锻坯加热温度为1150-1200℃，粗轧温度为1050-1120℃，粗轧道次压下量12-30%；精轧开轧温度830-880℃，道次压下量≥15%，累计压下率≥50%；

㈤热处理：将在线淬火钢板直接加热到590-620℃回火，保温时间40-100min回火，出炉后水冷或空冷至室温，得到回火马氏体加少量逆转奥氏体的混合组织，马氏体基体上弥散分布着细小渗碳体。

2.如权利要求1所述的在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法，其特征在于：

所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.035%，Si：0.14%，Mn：0.77%，S：0.0009%，P：0.0035%，Ni：5.04%，Alt：0.043%，余量为Fe和杂质；

所述制造方法具体为：利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成170mm厚铸锭，将铸锭在温度为1190℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成150mm厚锻坯，将锻坯放入加热炉加热至1170℃，保温2小时；分两阶段控制轧制，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880℃，精轧结束温度820℃；具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20-15-12，轧完待温12s后直接采用超快冷冷却到室温，入水温度为773℃，然后放入温度为615℃的加热炉内回火，保温50min后水冷。

3.如权利要求1所述的在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法，其特征在于：

所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.050%，Si：0.19%，Mn：0.67%，S：0.0010%，P：0.0040%，Ni：5.26%，Alt：0.032%余量为Fe和杂质；

所述制造方法具体为：利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成170mm厚铸锭，将铸锭在温度为1192℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成150mm厚锻坯，将锻坯放入加热炉加热至1195℃，保温2小时；分两阶段控制轧制，粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1110℃，粗轧结束温度为1055℃；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840℃；

具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20，轧完待温19s后直接采用超快冷冷却到室温，然后放入温度为610℃的加热炉内，保温70min后水冷。

4.如权利要求1所述的在线淬火生产高韧性5Ni钢中厚板的方法，其特征在于：

所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.067%，Si：0.12%，Mn：0.70%，S：0.0017%，P：0.0051%，Ni：4.86%，Alt：0.033%余量为Fe和杂质；

所述制造方法具体为：利用50Kg真空感应炉炼钢，浇注成200mm厚铸锭，将铸锭在温度为1196℃的加热炉中保温2小时后热轧开坯成170mm厚铸坯，将铸坯放入加热炉加热至1157℃，保温2小时；

分两阶段控制轧制，粗轧在奥氏体完全再结晶区轧制，开轧温度1116℃，粗轧结束温度为1061℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为850℃，精轧结束温度808℃，具体压下规程为170-145-120-100-85-70-56-43-30，轧完待温15s后直接采用超快冷冷却到67℃，入水温度796℃，然后放入温度为595℃的加热炉内，保温90min后水冷。