CN105543694A - 一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，属于合金钢制造领域。制备方法为：(1)按7Ni钢板的成分熔炼；(2)保温开坯后，进行热轧：粗轧和精轧；(3)将热轧板，超快冷至20～300℃，升温并保温后，水冷或空冷至室温得成品，或将热轧板，空冷至660～700℃保温后淬火，升温并保温后，水冷或空冷至室温得成品。本发明的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法的有益效果为(1)成分中除了C、Si、Mn、Ni四种添加元素外，仅添加了少量的Cr元素，利于成分的稳定控制，降低合金成本；(2)采用TMCP技术，合理设计热轧工艺，细化组织，提高钢的低温韧性和强度；(3)终轧后在线淬火加回火或空冷到两相区保温淬火加回火，热处理时间短，生产节奏紧凑。

Description

一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法
技术领域
本发明属于合金钢制造领域，特别涉及一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，我国已经成为世界上最大的能源消费国之一。大量的能源消耗给环境带来了很大的压力。因此天然气作为一种可以替代煤和石油的清洁、高效能源，越来越受到人们的重视。近十年来我国天然气消费量始终保持稳定而快速的增长。由于天然气产地和主要消费区距离较远，为了方便海上运输和储存，一般将天然气采用先进的制冷工艺技术，在常压-162℃的低温条件下使其液化成液化天然气(LNG)，可使其体积缩小约625倍。由于LNG的可燃性和超低温性，对LNG储罐的性能要求很高。为了保证储罐具有较高的安全性，对处于超低温环境下使用的内胆结构材料的低温性能要求极高。目前，LNG储存和运输设备的内胆结构材料国际上普遍选用9Ni钢。
体心立方结构的钢铁材料韧性随着温度的降低而迅速降低。对于在低温下使用的钢板需要其韧脆转变温度低于服役温度，以确保安全。降低韧脆转变温度通常有两种途径，一种是细化原奥氏体晶粒，另一种是引入奥氏体相。9Ni钢采用要获得优异的低温韧性，需要合适的淬火及回火工艺；其中淬火工艺可以细化原奥氏体晶粒，而合理的回火温度这可以获得少量稳定的逆转奥氏体。这种稳定的逆转奥氏体是9Ni钢具有良好低温韧性的关键因素。中国专利CN101215668A中记载了一种低碳9Ni钢厚板的制造方法，采用淬火+回火工艺生产的9Ni钢中含有7％～12％的逆转奥氏体，-196℃的冲击功为218J。Ni是9Ni钢中最昂贵的合金元素，而且我国Ni资源储量少，市场上Ni价格较高且波动较大，使得9Ni钢生产成本居高不下，产品市场竞争力低下。为此，有必要研究开发Ni含量较低的钢以降低生产成本。
目前已有少量关于7Ni钢板的专利，专利申请号为201310494688.9的专利“一种可用于-196℃的低Ni高Mn经济型低温钢及其制造方法”，所涉及钢的Mn质量分数为1.00％～1.50％，Ni质量分数为7.00％～8.00％，采用两次淬火加回火工艺，得到的Ni钢在-196℃韧性优异；专利申请号为201310285597.4的专利“一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法”，所涉及钢Ni质量分数为7.00％～7.50％，采用两次淬火+回火工艺得到的7Ni钢板可以用来替代9Ni钢用于制造LNG储罐。专利申请号为201410369201.9的专利“低成本超低温镍钢及其制造方法”，采用正火+淬火+回火工艺，得到-196℃韧性优异的Ni钢。现有的专利大都采用两次淬火+回火或正火+淬火+回火的热处理工艺，生产工序复杂。本专利采用UFC+TMCP工艺，轧后直接将钢板快速冷却马氏体转变温度以下替代离线淬火工艺，简化了热处理工序，通过在两相区的热处理可以得到较多的逆转奥氏体，提高7Ni钢板的低温韧性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，本发明Ni系低温钢Ni含量为7％左右，采用终轧后在线淬火加回火工艺或空冷到两相区保温淬火加回火工艺，缩短热处理工艺流程，降低成本，并通过控制轧制工艺来细化奥氏体晶粒尺寸，显著提高本发明Ni系低温钢的低温韧性和其他力学性能。
一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用真空感应炉熔炼，浇注成铸锭，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C：0.04～0.07％，Si：0.05～0.10％，Mn：0.60～0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni：6.8～7.3％，Cr：0.30～0.70％，Alt0.02～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1150～1200℃保温1～2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1150～1200℃保温1～2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次≥3次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1120～1160℃，终轧温度1020～1050℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次≥3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度≤860℃，终轧温度为820～850℃，得到热轧板；
步骤3，在线热处理的方式为方法I或方法II：
方法I：
(a)将热轧板，采用超快冷(UFC)，以≥20℃/s的冷却速度，快速冷却至20～300℃；
(b)将热轧板，在略高于Ac1的两相区温度600～640℃，保温40～90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板；
方法II：
(a)将热轧板，空冷至660～700℃，转移至炉内，在660～700℃保温20～30min，淬火至20～300℃；
(b)将热轧板，在560～600℃回火40～90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
其中：
步骤2(1)中、步骤3方法I(b)、步骤3方法II(a)和步骤3方法II(b)中所使用的炉子均为加热炉；
步骤2两阶段热轧，钢板总压缩比，即铸锭厚度/热轧板厚度≥5.00；
步骤3方法I得到的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观组织为回火马氏体加3％～5％逆转奥氏体；
步骤3方法II得到的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观组织为回火马氏体加少量铁素体和逆转奥氏体，逆转奥氏体的体积分数为5～9％。
上述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，当步骤3采用方法I时，制备出的液化天然气储罐用7Ni钢板屈服强度为563～605MPa，抗拉强度为638～660MPa，-196℃冲击功为137～159J；
上述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，当步骤3采用方法II时，制备出的液化天然气储罐用7Ni钢板屈服强度为576～606MPa，抗拉强度为696～722MPa，-196℃冲击功为181～209J。
本发明的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
(1)成分中除了C、Si、Mn、Ni四种添加元素外，仅添加了少量的Cr元素，利于冶炼过程中成分的稳定控制，降低合金成本；
(2)采用TMCP技术，合理设计热轧工艺，细化组织，提高钢的低温韧性和强度；
(3)终轧后在线淬火加回火或空冷到两相区保温淬火加回火，热处理时间短，生产节奏紧凑。
附图说明
图1本发明实例1制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图；
图2本发明实例2制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图；
图3本发明实例3制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图；
图4本发明实例4制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图；
图5本发明实例5制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图；
图6本发明实例6制备的液化天然气储罐用7Ni钢板的显微组织图。
具体实施方式
以下实施例中获得的液化天然气储罐用7Ni钢板，采用4％硝酸酒精溶液腐蚀来观察显微组织。
实施例1
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C：0.062％，Si：0.10％，Mn：0.79％，S：0.003％，P：0.006％，Ni：6.93％，Cr：0.40％，Al：0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1200℃保温1h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1200℃保温1h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为4次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1160℃，终轧温度1050℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度850℃，终轧温度为820℃，得到厚度为15mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，以30℃/s的冷却速度，淬火至170℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在620℃保温60min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加逆转奥氏体，如图1所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为587MPa，抗拉强度为650MPa，-196℃冲击功为159J。
实施例2
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C0.043％，Si0.07％，Mn0.87％，S0.004％，P0.006％，Ni7.26％，Cr0.53％，Al0.023％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1170℃保温2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1160℃保温2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为4次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1140℃，终轧温度1030℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度860℃，终轧温度为850℃，得到厚度为15mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，以20℃/s的冷却速度，淬火至290℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在600℃保温90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加逆转奥氏体，如图2所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为605MPa，抗拉强度为660MPa，-196℃冲击功为146J。
实施例3
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C0.052％，Si0.05％，Mn0.65％，S0.003％，P0.006％，Ni7.02％，Cr0.67％，Al0.047％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1150℃保温2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1150℃保温2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为4次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1120℃，终轧温度1020℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度860℃，终轧温度为830℃，得到厚度为15mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，以30℃/s的冷却速度，淬火至30℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在640℃保温40min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加逆转奥氏体，如图3所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为563MPa，抗拉强度为638MPa，-196℃冲击功为137J。
实施例4
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C0.043％，Si0.07％，Mn0.87％，S0.004％，P0.006％，Ni7.26％，Cr0.53％，Al0.023％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1150℃保温2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1200℃保温2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为4次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1140℃，终轧温度1030℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度850℃，终轧温度为830℃，得到厚度为15mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，空冷至680℃，转移至炉内，在680℃保温25min，淬火至20℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在580℃保温90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加少量铁素体和逆转奥氏体，如图4所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为606MPa，抗拉强度为713MPa，-196℃冲击功为209J。
实施例5
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C：0.062％，Si：0.10％，Mn：0.79％，S：0.003％，P：0.006％，Ni：6.93％，Cr：0.40％，Al：0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1200℃保温1h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1200℃保温2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1150℃，终轧温度1050℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度860℃，终轧温度为850℃，得到厚度为20mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-20，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，空冷至660℃，转移至炉内，在660℃保温30min，淬火至130℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在600℃保温70min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加少量铁素体和逆转奥氏体，如图5所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为588MPa，抗拉强度为696MPa，-196℃冲击功为197J。
实施例6
液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用50Kg真空感应炉熔炼，浇注成铸坯，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C0.052％，Si0.05％，Mn0.65％，S0.003％，P0.006％，Ni7.02％，Cr0.67％，Al0.047％，余量为Fe和不可避免的杂质
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1170℃保温2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1170℃保温2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次为4次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1150℃，终轧温度1020℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次为3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度850℃，终轧温度为830℃，得到厚度为15mm的热轧板；
热轧过程，由液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭到热轧板，具体压下规程为100-80-62-47-35-26-19-15，单位为mm；
步骤3，在线热处理：
(a)将热轧板，空冷至700℃，转移至炉内，在700℃保温20min，淬火至300℃；
(b)将热轧板，于加热炉内在620℃保温40min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
本实施例制得的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观金相组织为回火马氏体加少量铁素体和逆转奥氏体，如图6所示；经检验，液化天然气储罐用7Ni钢板的屈服强度为576MPa，抗拉强度为697MPa，-196℃冲击功为181J。

Claims (7)

1.一种液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
按液化天然气储罐用7Ni钢板配比，采用真空感应炉熔炼，浇注成铸锭，其中，液化天然气储罐用7Ni钢板的成分质量百分比为C:0.04～0.07％，Si:0.05～0.10％，Mn:0.60～0.90％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni:6.8～7.3％，Cr:0.30～0.70％，Alt0.02～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；
步骤2，热轧：
(1)将液化天然气储罐用7Ni钢板铸锭，在1150～1200℃保温1～2h后，开坯成厚度为100mm的铸坯，将铸坯在1150～1200℃保温1～2h；
(2)粗轧：在奥氏体再结晶区，进行轧制，总道次≥3次，每道次压下率≥10％，累计压下率≥50％，开轧温度1120～1160℃，终轧温度1020～1050℃；
(3)精轧：在奥氏体未再结晶区，进行轧制，总道次≥3次，每道次压下率≥15％，累计压下率≥50％，开轧温度≤860℃，终轧温度为820～850℃，得到热轧板；
步骤3，在线热处理的方式为方法I或方法II：
方法I：
(a)将热轧板，以≥20℃/s的冷却速度，快速冷却至20～300℃；
(b)将热轧板，在600～640℃，保温40～90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板；
方法II：
(a)将热轧板，空冷至660～700℃，转移至炉内，在660～700℃保温20～30min，淬火至20～300℃；
(b)将热轧板，在560～600℃回火40～90min；
(c)将热轧板，水冷或空冷至室温，得到液化天然气储罐用7Ni钢板。
2.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤2(1)中、步骤3方法I(b)、步骤3方法II(a)和步骤3方法II(b)中所使用的炉子均为加热炉。
3.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤2两阶段热轧，钢板总压缩比，即铸锭厚度/热轧板厚度≥5.00。
4.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3方法I得到的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观组织为回火马氏体加3％～5％逆转奥氏体。
5.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3方法II得到的液化天然气储罐用7Ni钢板，微观组织为回火马氏体加少量铁素体和逆转奥氏体，逆转奥氏体的体积分数为5～9％。
6.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3采用方法I时，制备出的液化天然气储罐用7Ni钢板屈服强度为563～605MPa，抗拉强度为638～660MPa，-196℃冲击功为137～159J。
7.根据权利要求1所述的液化天然气储罐用7Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3采用方法II时，制备出的液化天然气储罐用7Ni钢板屈服强度为576～606MPa，抗拉强度为696～722MPa，-196℃冲击功为181～209J。
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