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CN 101235466提供了“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”,舞钢专利CN 103305758 A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CN 103266267 A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。