CN107109602B

CN107109602B - 表面加工质量优异的低温用钢板及其制造方法

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Publication number: CN107109602B
Application number: CN201580070966.5A
Authority: CN
Inventors: 李淳基; 徐仁植; 金龙进; 姜相德
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CA2970151A1; EP3239328A1; WO2016105002A8; EP3239328A4; JP6764510B2; CA2970151C; EP3239328B1; JP6810691B2; JP2018503742A; KR101665821B1; KR20160078853A; US20170362675A1; WO2016105002A1; CN107109602A; JP2020002465A

Abstract

本发明涉及一种能够用于液化气储罐和运输设备等从低温到室温的广泛的范围的温度中的低温用钢板，提供一种在拉伸等加工工艺之后表面加工质量也优异的低温用钢板及其制造方法。本发明的一个方面涉及一种表面加工质量优异的低温用钢板，其包括：锰(Mn)：15～35重量％、碳(C)：满足23.6C+Mn≥28和33.5C‑Mn≤23的范围、铜(Cu)：5重量％以下(0重量％除外)、铬(Cr)：满足28.5C+4.4Cr≤57(0重量％除外)条件的范围、钛(Ti)：0.01～0.5重量％、氮(N)：0.003～0.2重量％及余量铁(Fe)和其他不可避免的杂质，所述Ti和所述N满足以下关系式1，[关系式1]1.0≤Ti/N≤4.5，其中，各公式的Mn、C、Cr、Ti和N表示各成分含量的重量％。

Description

表面加工质量优异的低温用钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种表面加工质量优异的低温用钢板及其制造方法。

背景技术

用于液化天然气和液氮等的储存容器、海洋结构物及极地结构物的钢材应为在极低温下也能保持充分的韧性和强度的低温用钢板。这种低温用钢板是具有卓越的低温韧性和强度，而且具有低热膨胀率和低导热率，且还涉及磁学特性的钢。

近年来，作为如上所述的低温用钢板，报告有通过添加大量的锰和碳而不是完全排除镍来使奥氏体稳定化，并添加有铝的极低温特性优异的钢材(专利文献1)以及通过添加锰获得奥氏体和ε马氏体混合组织的低温韧性优异的钢材(专利文献2)等。

对于以奥氏体为主要组织的低温用钢板，添加大量的碳和锰以使奥氏体稳定化，但是，这对奥氏体的再结晶行为有影响，并且在一般的轧制温度区间发生部分再结晶和不均匀晶粒的生长，因此仅有特定的少数奥氏体晶粒过度生长，从而导致微细组织内奥氏体晶粒大小的严重不均匀化。

对于一般碳和锰含量高的奥氏体组织，其变形行为不同于一般的碳钢，是通过滑移和孪晶实现，在变形初期主要由均匀变形的滑移实现，在之后伴随出现不均匀变形的孪晶。晶粒大小越大，形成孪晶所需要的应力就减少，从而在变形小的情况下也容易发生孪晶。在微细组织内存在少数的粗大晶粒的情况下，变形初期在粗大晶粒中发生孪晶变形，并引起不均匀变形，从而使材料的表面特性变差，并引起最终结构物的厚度不均匀，尤其，对于低温压力容器等要求通过确保钢材的均匀的厚度的耐压抵抗性的结构物，在结构设计和使用上会引起大问题。

因此，对于通过添加碳和锰使微细组织奥氏体化的钢材，迫切需要开发一种解决基于粗大晶粒的早期孪晶变形的表面不均匀，并经济且确保结构稳定性的低成本的极低温用钢材。

现有技术文献

专利文献1：韩国公开专利公报：第1991-0012277号

专利文献2：日本公开专利公报：第2007-126715号

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个方面的目的在于提供一种表面加工质量优异的低温用钢板及其制造方法。

(二)技术方案

本发明的一个方面涉及一种表面加工质量优异的低温用钢板，其包括：锰(Mn)：15～35重量％、碳(C)：满足23.6C+Mn≥28和33.5C-Mn≤23的范围、铜(Cu)：5重量％以下(0重量％除外)、铬(Cr)：满足28.5C+4.4Cr≤57(0重量％除外)条件的范围、钛(Ti)：0.01～0.5重量％、氮(N)：0.003～0.2重量％以及余量铁(Fe)和其他不可避免的杂质，所述Ti和所述N满足以下关系式1。

并且，本发明的另一个方面涉及一种表面加工质量优异的低温用钢板的制造方法，其包括以下步骤：准备板坯，所述板坯包括：锰(Mn)：15～35重量％、碳(C)：满足23.6C+Mn≥28和33.5C-Mn≤23的范围、铜(Cu)：5重量％以下(0重量％除外)、铬(Cr)：满足28.5C+4.4Cr≤57(0重量％除外)条件的范围、钛(Ti)：0.01～0.5重量％、氮(N)：0.003～0.2重量％以及余量铁(Fe)和其他不可避免的杂质，所述Ti和所述N满足以下关系式1；在1050～1250℃的温度范围下，对所述板坯进行加热；以及对加热的所述板坯进行热轧，并制造热轧钢板。

[关系式1]

1.0≤Ti/N≤4.5

其中，各公式的Mn、C、Cr、Ti和N表示各成分含量的重量％。

此外，上述的解决技术问题的技术方案并没有列出本发明的全部特征。可以参照以下具体的实施方式更详细地理解本发明的各种特征及其带来的优点和效果。

(三)有益效果

根据本发明的一个方面，可以提供一种因具有均匀的粒度的奥氏体组织而加工之后也表面质量优异的低温用钢板及其制造方法。

附图说明

图1a是示出现有的低温用钢板的微细组织的光学显微镜照片。

图1b是示出拉伸现有的低温用钢板之后的试片的截面的照片。

图2是示出本发明的一个实施例形态的低温用钢板的微细组织的光学显微镜照片。

图3是示出本发明中控制的碳和锰的范围的图表。

最佳实施方式

本发明人了解到，含有大量碳和锰的奥氏体组织的钢材在一般的轧制温度区域中发生奥氏体组织的部分再结晶和晶粒的生长，从而能够生成不理想的粗大的奥氏体，并且，一般形成孪晶所需要的临界应力大于滑移时所需要的临界应力，但是，当因上述原因而晶粒大时，形成孪晶所需要的应力减少，并在变形初期发生孪晶变形，从而由于不连续变形而引起表面质量的劣化，并为了解决该问题进行了深入的研究。

结果，确认为了抑制奥氏体晶粒的过度粗大化，通过添加Ti析出适当的Ti系析出物，从而能够获得微细的奥氏体均匀分布的低温用钢材，并完成了本发明。

下面，对本发明的一个方面的表面质量优异的低温用钢板进行详细说明。

本发明的一个方面的表面质量优异的低温用钢板，包括：锰(Mn)：15～35重量％、碳(C)：满足23.6C+Mn≥28和33.5C-Mn≤23的范围、铜(Cu)：5重量％以下(0重量％除外)、铬(Cr)：满足28.5C+4.4Cr≤57(0重量％除外)条件的范围、钛(Ti)：0.01～0.5重量％、氮(N)：0.003～0.2重量％及余量铁(Fe)和其他不可避免的杂质，所述Ti和所述N满足以下关系式1。

[关系式1]

1.0≤Ti/N≤4.5

其中，各公式的Mn、C、Cr、Ti和N表示各成分含量的重量％。

首先，对本发明的一个方面的表面质量优异的低温用钢板的合金组成进行详细说明。以下各合金元素的单位为重量％。

锰(Mn)：15～35％

锰是在本发明中起到使奥氏体稳定化的作用的元素。在本发明中，为了使极低温中的奥氏体相稳定化，优选包括15％以上。即，当锰的含量少于15％且碳含量少时，形成准稳定相的ε马氏体，并通过极低温中的加工诱导转变，容易转变成α马氏体，从而无法确保韧性，当为了防止该问题而增加碳含量来试图使奥氏体稳定化时，反而因析出碳化物而使物理性质急剧劣化，因而不优选。因此，锰的含量优选为15％以上。但是，当锰的含量超过35％时，导致钢材的腐蚀速度降低，并且由于锰含量的增加，经济性降低。因此，优选地，将所述锰含量限定为15～35％。

碳(C)：满足23.6C+Mn≥28和33.5C-Mn≤23

碳是使奥氏体稳定化并增加强度的元素，尤其，起到降低冷却过程或加工时引起的由奥氏体转变为ε马氏体或α马氏体的转变点的M_s和M_d的作用。因此，当未充分添加碳时，奥氏体的稳定性不足，无法获得在极温度下稳定的奥氏体，并且，由于外部应力，容易加工诱导转变成ε马氏体或α马氏体，并降低韧性，并且，也减少钢材的强度，相反，当碳含量过多时，由于析出碳化物，韧性急剧劣化，并由于强度过度增加，加工性变差。

尤其，优选地，在本发明中碳的含量是考虑碳与其他一起添加的元素之间的关系来确定，为此，在图3中示出了本发明人发现的形成碳化物的碳与锰之间的关系。如图3所示，可知碳化物虽然是由碳形成，但是，碳并不独立地影响碳化物的形成，而是与锰产生复合作用来影响其形成趋势。

图3中示出了适当的碳含量。为了防止形成碳化物，优选地，在其他成分满足本发明中规定的范围的前提下，将23.6C+Mn(C、Mn各成分的含量以重量％单位表示)的值控制为28以上。这表示图中的平行四边形区域的倾斜的左侧边界。当23.6C+Mn小于所述28时，奥氏体的稳定性减少，并由于极低温下的冲击，引起加工诱导转变，从而降低冲击韧性。当碳含量过高时，即，33.5C-Mn大于23时，由于添加过多的碳，析出碳化物，从而降低低温冲击韧性。结果，优选地，添加C以满足所有Mn：15～35％、23.6C+Mn≥28和33.5C-Mn≤23。如图所示，可知在满足所述公式的范围下，C含量的最下限为0％。

铜(Cu)：5％以下(0％除外)

由于铜在碳化物内的固溶度非常低，在奥氏体内的扩散慢，从而浓缩在奥氏体和核生成的碳化物的界面，由此，妨碍碳的扩散，从而有效减缓碳化物的生成，结果，具有抑制碳化物的生成的效果。并且，铜具有使奥氏体稳定化，提高极低温韧性的效果。但是，当Cu的含量超过5％时，降低钢材的热加工性，因此，优选地，将上限限制为5％。并且，为了获得所述抑制碳化物的效果，铜的含量更优选为0.5％以上。

铬(Cr)：28.5C+4.4Cr≤57(0％除外)

在适当的添加量的范围内，铬使奥氏体稳定化，提高低温下的冲击韧性，并固溶于奥氏体内，从而起到提高钢材的强度的作用。并且，铬也是提高钢材的耐蚀性的元素。但是，铬作为碳化物元素，尤其，也是在奥氏体晶界中形成碳化物，减少低温冲击的元素。因此，优选地，在本发明中添加的铬的含量是考虑碳与其他一起添加的元素之间的关系来确定，但是，为了防止形成碳化物，优选地，在其他成分满足本发明中规定的范围的前提下，将28.5C+4.4Cr(C、Cr各成分的含量以重量％单位表示)的值控制为57以下。当28.5C+4.4Cr的值超过57时，由于过多的铬和碳含量，难以有效地抑制奥氏体晶界中的碳化物的生成，从而低温中的冲击韧性降低。因此，本发明中，优选地，添加的铬满足28.5C+4.4Cr≤57。

Ti(钛)：0.01～0.5％

钛(Ti)是与钢中的氮(N)结合以形成TiN析出物的元素。在本发明的高温热轧时，可能发生部分奥氏体晶粒的过度粗大化，因此，可通过析出适当的所述TiN来抑制奥氏体晶粒的生成。为了实现所述目的，需要至少添加0.01％以上的Ti。但是，当其含量超过0.5％时，其效果不仅饱和，反而结晶粗大的TiN，从而其效果会减半，因而，不优选。因此，本发明中，优选地，将Ti的含量限制为0.01～0.5％。

N(氮)：0.003～0.2重量％

本发明中，为了有效地实现添加所述Ti的目的，需要同时添加氮(N)。尤其，为了有效地析出TiN，优选添加0.003％以上的N，但是，由于N的固溶度为0.2％以下，很难添加0.2％以上的N，而且为了析出TiN，只要0.2％以下的量就充分，因此，优选地，将其上限限制为0.2％。因此，优选地，本发明中将N的含量限制为0.003～0.2％。

本发明的其余成分为铁(Fe)。但是，在一般的钢铁制造过程中，杂质会不可避免地从原料或周围环境混入进去，因此无法排除这些杂质。这些杂质对于一般的制造过程中的技术人员来说是通常已知的，因此在本说明书中没有特别地提及其全部内容。

并且，优选地，Ti对N的重量比，即Ti/N满足以下关系式1。

[关系式1]

1.0≤Ti/N≤4.5

当Ti/N比值控制为1.0以上时，固溶Ti与氮结合，析出微细的TiN，并且，所述析出的TiN稳定，从而对抑制奥氏体晶粒的生长非常有效。

但是，当Ti/N比值超过4.5时，在钢水中结晶粗大的TiN，对钢材的物理性质产生不利影响，无法实现TiN的均匀的分布，并且，没有析出为TiN的剩余的Ti以固溶状态存在，从而对焊接热影响区的韧性产生不利影响，但是，Ti/N比值小于1.0时，母材的固溶氮量增加，从而对焊接热影响区的韧性产生不利影响，因此，优选地，将Ti/N比值限制为1.0以上4.5以下。

并且，优选地，本发明的所述低温用钢板包括具有0.01～0.3μm的大小的TiN析出物。

当TiN析出物的大小小于0.01μm时，容易再固溶于母材中，从而使抑制晶粒生成的效果微弱。相反，当TiN析出物的大小超过0.3μm时，奥氏体晶界钉扎(pinning)效应降低，反而因粗大的大小而对韧性产生不利影响。因此，TiN析出物的大小优选为0.01～0.3μm。

并且，优选地，本发明的所述低温用钢板包括1.0×10⁷～1.0×10¹⁰个/mm²的TiN析出物。

当TiN析出物小于1.0×10⁷个/mm²时，晶界钉扎效应微小，无法有效地抑制粗大晶粒的生长。相反，当TiN析出物超过1.0×10¹⁰个/mm²时，析出物的大小相对变小，变得不稳定，并且，劣化材料的冲击韧性。因此，TiN析出物的数量优选为1.0×10⁷～1.0×10¹⁰个/mm²。

并且，本发明的所述低温用钢板的微细组织内具有200μm以上的大小的粗大奥氏体的晶粒数限制为5个/cm²以下。

一般，晶粒大小小于200μm的奥氏体的孪晶产生应力充分大于滑移产生应力，从而制造结构物时，在一般的低温用钢材的变形率范围内，不会引起不均匀变形，因此，优选地，将其大小限制为200μm以上。并且，当具有200μm以上的大小的晶粒的密度超过5个/cm²时，由于粗大晶粒的高密度而劣化成不均匀变形影响表面质量的程度，因此，优选地，将具有200μm以上的大小的晶粒的密度限制为5个/cm²以下。

另外，优选地，本发明的所述低温用钢板，以面积分数计，包括95％以上的奥氏体组织。在低温下也破坏延展性的代表性的软质组织的奥氏体作为用于确保低温韧性的必要的微细组织，以面积分数计，应包括95％以上的奥氏体组织，当小于95％时，不能确保充分的低温韧性，即，不能在-196度下充分确保41J以上的冲击韧性，因此，优选地，将其下限限制为95％。

并且，存在于所述奥氏体晶界的碳化物，以面积分数计，优选为5％以下。本发明中，除了奥氏体以外，可存在的代表性的组织为碳化物，其析出在奥氏体晶界中，成为晶界断裂的原因，并劣化低温韧性和延展性，因此，优选地，将其上限限制为5％。

下面，对本发明的另一个方面的表面加工质量优异的低温用钢板的制造方法进行详细说明。

本发明的另一个方面的表面加工质量优异的低温用钢板的制造方法包括以下步骤：准备满足所述合金组成的板坯；在1050～1250℃的温度范围内，对所述板坯进行加热；以及对加热的所述板坯进行热轧，获得热轧钢板。

准备板坯的步骤

准备满足所述合金组成的板坯。控制合金组成的理由也如上所述。

加热步骤

在1050～1250℃的温度范围内，对所述板坯进行加热。

这是为了制造板坯的步骤中生成的铸造组织、偏析以及二次相的固溶和均质化而实施的，当低于1050℃时，均质化不足，或者由于加热炉温度过低，热轧时变形阻力增加，当超过1250℃时，在铸造组织内偏析带中可能发生部分熔融和表面质量的劣化，并且，结晶TiN，从而不能有助于奥氏体的微细化，反而会导致物理性质的劣化。因此，所述板坯的加热温度优选为1050～1250℃范围。

热轧步骤

对加热的所述板坯进行热轧，获得热轧钢板。

在本发明中，通过满足所述合金组成和所述板坯的加热温度，能够获得表面加工质量优异的低温用钢板。因此，无需特别控制热轧步骤的条件，可以通过一般的方法进行热轧。

具体实施方式

下面，将通过实施例更具体地说明本发明。但是，需要注意的是，下述实施例仅仅是为了更具体地说明本发明而例示的，其并不限定本发明的权利范围。本发明的权利范围是根据权利要求书中记载的内容和由此合理推导的内容决定。

以表2中记载的制造条件，制造满足下表1中记载的组分体系的板坯之后，测定微细组织、屈服强度、延伸率、在-196℃下的夏比冲击韧性等，并分别表示在下表2或表3中。

下表3中的表面不均匀是通过肉眼观察低温用钢板的表面并进行评价的结果。

表1

其中，所述表1中的各元素含量的单位为重量％。

表2

表3

发明例1至5是满足本发明中控制的组分体系和组成范围的钢种，可以知晓，通过微细地析出TiN，将粗大奥氏体晶粒的密度限制为5个/cm²以下的奥氏体，加工后获得不存在表面不均匀的表面质量优异的低温用钢材，并且，微细组织内获得奥氏体的分数被控制为95％以上，碳化物被控制为小于5％的稳定的奥氏体，因此，可以看出，能够在极低温下获得优异的韧性。

与此相反，可以知晓，比较例1至3中未添加Ti，并无法析出TiN，从而产生粗大的晶粒，并在加工后出现表面不均匀。

尤其，可知，比较例4没有满足本发明中控制的组分体系和组成范围，生成铁素体，从而冲击韧性非常差。并且，也没有满足本发明中控制的TiN的大小和数量，从而粗大晶粒数量增多，并出现表面不均匀。

并且，可知，比较例5和6中添加的Ti和N满足本发明中控制的范围，但是，Ti和N的重量比、TiN析出物的大小和数量没有满足本发明中控制的范围，从而析出粗大的TiN，生成过多的粗大晶粒，并在加工之后出现表面不均匀。

图1a是拍摄奥氏体晶粒粗大化而形成不理想的粗大晶粒的现有的钢材的微细组织的照片，图1b是拉伸图1a中的钢材之后，在钢材表面发生不均匀的照片。如上所述，可以确认，当钢材的微细组织的奥氏体晶粒粗大化而形成不理想的粗大晶粒时，如图1b所示，加工后表面质量劣化。但是，拍摄发明例的微细组织的图2中形成没有不理想的粗大奥氏体晶粒的均匀的晶粒，因此，加工后表面质量也显示为优异。

以上参照实施例进行了说明，但是，本领域技术人员能够理解，在不脱离权利要求书中记载的本发明的思想和领域的范围内，可以对本发明进行多种修改和变更。

Claims

1.一种表面加工质量优异的低温用钢板，其包括：

锰（Mn）：15~35重量%、碳（C）：满足23.6C+Mn≥28且33.5C-Mn≤23的范围、铜（Cu）：5重量%以下且0重量%除外、铬（Cr）：满足28.5C+4.4Cr≤57且0重量%除外的范围、钛（Ti）：0.01~0.5重量%、氮（N）：0.003~0.2重量%及余量铁（Fe）和其他不可避免的杂质，

所述Ti和所述N满足以下关系式1，

[关系式1]

1.13≤Ti/N≤2.38

其中，各公式的Mn、C、Cr、Ti和N表示各成分含量的重量%，

所述钢板包括1.0×10⁷~1.0×10¹⁰个/mm²的具有0.01~0.3μm大小的TiN析出物，

以面积分数计，所述钢板的微细组织包括95%以上的奥氏体，所述钢板的微细组织内的具有200μm以上的大小的奥氏体的晶粒数为5个/cm²以下。

2.根据权利要求1所述的表面加工质量优异的低温用钢板，其中，以面积分数计，在所述奥氏体晶界中存在5%以下的碳化物。

3.根据权利要求1所述的表面加工质量优异的低温用钢板，其中，在-196℃下，所述钢板的冲击韧性为41J。

4.一种表面加工质量优异的低温用钢板的制造方法，其包括以下步骤：

准备板坯，所述板坯包括：锰（Mn）：15~35重量%、碳（C）：满足23.6C+Mn≥28且33.5C-Mn≤23的范围、铜（Cu）：5重量%以下且0重量%除外、铬（Cr）：满足28.5C+4.4Cr≤57且0重量%除外的范围、钛（Ti）：0.01~0.5重量%、氮（N）：0.003~0.2重量%及余量铁（Fe）和其他不可避免的杂质，所述Ti和所述N满足以下关系式1；

在1050~1250℃的温度范围下，对所述板坯进行加热；以及

对加热的所述板坯进行热轧，并制造热轧钢板，

[关系式1]

1.13≤Ti/N≤2.38

其中，各公式的Mn、C、Cr、Ti和N表示各成分含量的重量%，

其中，在所述表面加工质量优异的低温用钢板的制造方法中，所述热轧钢板包括1.0×10⁷~1.0×10¹⁰个/mm²的具有0.01~0.3μm大小的TiN析出物，

以面积分数计，所述钢板的微细组织包括95%以上的奥氏体，所述热轧钢板的微细组织内的具有200μm以上的大小的奥氏体的晶粒数为5个/cm²以下。