CN105441798A - 一种低温容器用Ni钢中厚板的制造方法 - Google Patents

一种低温容器用Ni钢中厚板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种低温容器用3.5Ni钢中厚板制造方法，成分：C0.03-0.07%，Si0.10-0.25%，Mn0.50-0.90%，S≤0.005%，P≤0.008%，Ni3.25-3.75%，Alt0.02-0.05%余量为Fe；连铸坯加热至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1030-1100℃，终轧温度为800-870℃；轧后层流冷却，返红温度为630℃-700℃。采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为820-870℃，保温时间为30-70分钟，回火温度580-620℃，保温时间30-80分钟，回火后空冷。本发明合金成分简单，钢板具有良好的强韧性匹配，适合制造LPG液化气储罐，还可以替代5Ni钢用于制造LEG等液化气储罐。

Description

一种低温容器用Ni钢中厚板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种低温钢及其制造方法，具体的说是一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法
背景技术
近年来随着我国能源消耗的增加和化学工业的发展，液化石油气和液化丙烷及乙烯的需求越来越大，而这些原料的储存、处理及运输设备主要用3.5Ni钢制造，因此对3.5Ni钢的需求量越来越大。
根据申请人采用“低温钢”和“低温容器用钢”进行检索，武钢专利CN101235466提供了“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”，舞钢专利CN103305758A提供了“一种压力容器用钢板及其生产方法”，但他们均采用正火+回火(NT)的热处理工艺，且韧性测试温度高于-110℃；首钢专利CN103266267A提供了“一种低温容器用08Ni3DR钢中厚板的制造方法”，采用了淬火+回火热处理工艺，但是成分中添加了贵金属Mo，且只提供了-100℃的低温韧性，对-120℃的低温韧性未提及，不能用来制造LEG储罐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
⑴如何在减少Ni含量降低成本的同时，简化热处理工序，并提高钢的低温韧性和强度，且保证钢板韧性富裕量较大；
⑵如何使低温容器用3.5Ni钢的组织为以回火马氏体加贝氏体为基体的组织，基体中弥散分布着大量的细小的渗碳体，能够获得良好的强韧性匹配。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，其化学成分的重量百分比为：C：0.03-0.07％，Si：0.10-0.25％，Mn：0.50-0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni：3.25-3.75％，Alt：0.02-0.05％，余量为Fe和杂质；
本发明中，3.5Ni钢中厚板的厚度为15-30mm。
由于Ni价格高昂，本发明通过将Ni的含量控制为3.25-3.75％，其含量低于现有技术的5Ni钢，这样，钢中合金元素添加较少，一方面利于冶炼过程中成分的稳定控制，另一方面减少合金成本的同时，配合本发明的TMCP技术以及热处理(淬火+回火热处理)，可以细化组织，并得到以回火马氏体加贝氏体为基体的组织，且基体中弥散分布着大量的渗碳体，显著提高了提高钢的低温韧性和强度，钢板韧性富裕量较大，-120℃冲击功≥200J，使本发明可以替代5Ni钢用于制造LEG液化气储罐。另外，本发明通过将Ni的含量控制为3.25-3.75％，配合其它化学成分及本发明的TMCP技术以及热处理(淬火+回火热处理)，可通过能扩大γ相区，稳定奥氏体，能使钢中的螺型位错不易分解，螺型位错滑移受阻时，可以离开原滑移面沿另一个晶面继续移动，使得螺型位错的交滑移发生，提高了钢的塑变性能，获提了意想不到的技术效果。最后，本发明采用淬火+回火工艺进行热处理，热处理工序简单，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焊接热影响区的低温韧性有害，所以C的含量不能过高，本发明将C的范围控制为0.03-0.07％。
Si在炼钢过程中是脱氧元素，对降低3.5Ni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，本发明将Si的含量范围为0.05-0.2％。
Mn是奥氏体稳定元素，有利于回转奥氏体的稳定，Mn也是基体强化元素，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，本发明将Mn的含量范围为0.50-0.90％。
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钢中合金元素添加较少，利于冶炼过程中成分的稳定控制，减少合金成本；⑵采用TMCP技术，细化了组织，显著提高了提高钢的低温韧性和强度；钢板韧性富裕量较大，-120℃冲击功≥200J，可以替代5Ni钢用于制造LEG液化气储罐；⑶采用淬火+回火工艺进行热处理，热处理工序简单，可实现批量生产。
附图说明
图1为饱和苦味酸溶液腐蚀的20mm厚钢板1/2厚度处热轧淬火后原奥氏体晶粒照片。
图2为4％硝酸酒精溶液腐蚀的30mm钢板1/4厚度处回火态组织照片。
图3为4％硝酸酒精溶液腐蚀的15mm钢板1/4厚度处组织SEM观察到的二次电子像。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，采用炉卷轧机轧制150mm厚坯料生产15mm厚度规格的钢板。包括如下步骤：
中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.055％，Si：0.21％，Mn：0.62，S：0.002％，P：0.005％，Ni：3.46％，Alt：0.031％，余量为Fe和杂质；按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸坯放入加热炉加热至1200℃，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900℃，精轧结束温度870℃；共经过九道次轧制，其中前五道次为粗轧，后四道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20-15(单位mm)，层冷返红温度为670℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为860℃，保温时间为40分钟，回火温度600℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
实施例2
本实施例提供一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，采用炉卷轧机轧制150mm厚坯料生产20mm厚度规格的钢板。包括如下步骤：
中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.066％，Si：0.24％，Mn：0.56％，S：0.003％，P：0.005％，Ni：3.72％，Alt：0.023％，余量为Fe和杂质；按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸坯放入加热炉加热至1150℃，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1050℃，粗轧结束温度为1020℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为890℃，精轧结束温度850℃；共经过八道次轧制，其中前五道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20(单位mm)，层冷返红温度为700℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为850℃，保温时间为60分钟，回火温度590℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
实施例3
本实施例提供一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，采用炉卷轧机轧制150mm厚坯料生产20mm厚度规格的钢板。包括如下步骤：
中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.039％，Si：0.14％，Mn：0.83％，S：0.0009％，P：0.004％，Ni：3.37％，Alt：0.043％，余量为Fe和杂质；按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸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1060℃，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830℃，精轧结束温度810℃；共经过八道次轧制，其中前五道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20(单位mm)，层冷返红温度为630℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为830℃，保温时间为60分钟，回火温度620℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
实施例4
本实施例提供一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，采用炉卷轧机轧制150mm厚坯料生产30mm厚度规格的钢板。包括如下步骤：
中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.057％，Si：0.22％，Mn：0.66％，S：0.002％，P：0.004％，Ni：3.59％，Alt：0.027％，余量为Fe和杂质；按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸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1060℃，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830℃，精轧结束温度810℃；共经过六道次轧制，其中前三道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-125-95-72-53-40-30(单位mm)，层冷返红温度为650℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为870℃，保温时间为70分钟，回火温度580℃，保温时间80分钟，回火后空冷。
组织观察：
由图1、图2和图3中钢板组织观察表明，本发明所获得的组织均为回火马氏体加贝氏体，其上弥散分布着大量的渗碳体。
力学性能：
表1实例1-4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，％ 屈强比 -120℃冲击功，J
实例1 438 530 35.2 0.83 292
实例2 447 538 33.6 0.83 289
实例3 433 531 32.8 0.82 274
实例4 419 516 34.3 0.81 257
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 (5)

1.一种低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，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：0.03-0.07%，Si：0.10-0.25%，Mn：0.50-0.90%，S≤0.005%，P≤0.008%，Ni：3.25-3.75%，Alt：0.02-0.05%，余量为Fe和杂质，进行炼钢并连铸成一定厚度的板坯；
㈡连铸坯加热：连铸坯加热温度为1150-1200℃，保温1-2小时；
㈢热轧：采用两阶段轧制，得到热轧板；所述两阶段控制轧制具体为：在奥氏体再结晶区进行粗轧，粗轧开轧温度为1020-1100℃，总压下量为50-70%，道次压下量至少为10%；在奥氏体未再结晶区进行精轧，开轧温度830-900℃，道次压下量至少为15%，累计压下率大于55-70%，终轧温度为800-870℃，层冷返红温度为630-700℃；
㈣热处理：对所述热轧板进行淬火+回火热处理，在低于Ac1温度进行回火；热处理具体为：淬火温度为820-870℃，保温30-70分钟，出炉后水淬，然后回火，回火温度580-620℃，保温30-80分钟，出炉后水冷或空冷至室温。
2.如权利要求1所述的低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，其特征在于：
所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.055%，Si：0.21%，Mn：0.62%，S：0.002%，P：0.005%，Ni：3.46%，Alt：0.031%，余量为Fe和杂质；
所述制造方法具体为：按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸坯放入加热炉加热至1200℃，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900℃，精轧结束温度870℃；共经过九道次轧制，其中前五道次为粗轧，后四道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20-15，层冷返红温度为670℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为860℃，保温时间为40分钟，回火温度600℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
3.如权利要求1所述的低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，其特征在于：
所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.066%，Si：0.24%，Mn：0.56%，S：0.003%，P：0.005%，Ni：3.72%，Alt：0.023%，余量为Fe和杂质；
所述制造方法具体为：按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸坯放入加热炉加热至1150℃，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1050℃，粗轧结束温度为1020℃，精轧在奥氏体非完全再结晶区轧制，开轧温度为890℃，精轧结束温度850℃；共经过八道次轧制，其中前五道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20，层冷返红温度为700℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为850℃，保温时间为60分钟，回火温度590℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
4.如权利要求1所述的低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，其特征在于：
所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.039%，Si：0.14%，Mn：0.83%，S：0.0009%，P：0.004%，Ni：3.37%，Alt：0.043%，余量为Fe和杂质；
所述制造方法具体为：按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸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1060℃，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830℃，精轧结束温度810℃；共经过八道次轧制，其中前五道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-130-118-96-70-51-36-27-20，层冷返红温度为630℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为830℃，保温时间为60分钟，回火温度620℃，保温时间60分钟，回火后空冷。
5.如权利要求1所述的低温容器用3.5Ni钢中厚板的制造方法，其特征在于：
所述中厚板按重量百分比计其成分为：C：0.057%，Si：0.22%，Mn：0.66%，S：0.002%，P：0.004%，Ni：3.59%，Alt：0.027%，余量为Fe和杂质；
所述制造方法具体为：按成分进行炼钢并连铸成150mm厚板坯，将连铸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1060℃，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830℃，精轧结束温度810℃；共经过六道次轧制，其中前三道次为粗轧，后三道次为精轧，具体压下规程为150-125-95-72-53-40-30，层冷返红温度为650℃；采用淬火加回火热处理工艺，淬火温度为870℃，保温时间为70分钟，回火温度580℃，保温时间80分钟，回火后空冷。
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