CN108570541B

CN108570541B - 一种lng储罐用高锰中厚板的高温热处理方法

Info

Publication number: CN108570541B
Application number: CN201810455449.5A
Authority: CN
Inventors: 陈俊; 刘振宇; 任家宽; 陈其源; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: CN108570541A

Abstract

一种LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，属于钢铁材料技术领域，步骤：1)冶炼铸造成钢坯；2)加热并保温；3)将加热后的钢坯经多道次热轧；4)热轧钢材水冷至室温，得到高锰中厚板；5)将高锰中厚板进行热处理；6)将经过热处理的中厚板水淬火至室温，得到热处理后的LNG储罐用高锰中厚板；本发明制得的热处理后的高锰中厚板在‑196℃下的超低温冲击吸收功为128.6～189.9J，与未经过热处理的热轧态中厚板相比‑196℃下的超低温冲击吸收功提高9.6％～44.7％，实现高韧性的前提下提高生产效率，降低生产成本，节能环保。

Description

一种LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，具体涉及一种LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法。

背景技术

随着我国能源消耗量的激增，过度依赖煤炭造成了严重的空气污染，大规模使用清洁能源(例如：天然气)已成为必然发展趋势。2001-2015年，我国天然气年增长15.9％；至2020年，表观消费量将达4100亿m3，其中需进口1400亿m3，海上进口液化天然气(LNG)占进口量的50％，将达700亿m3，基于此，我国计划建设超过200个特大型LNG储罐、约60艘海上运输船，LNG储运设施的总投资近万亿人民币，其中储运设施关键材料超低温钢的用量将高达60万吨。

长期以来，LNG储罐材料多采用铝合金、奥氏体不锈钢、9Ni钢、殷瓦钢等，但这些材料存在成本高、焊接困难、设计强度低等问题，急需开发节约型高性能LNG储罐材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法。该方法增大奥氏体晶粒尺寸降低临界孪生应力，同时降低晶界平衡偏聚量，通过促进高锰奥氏体钢的塑性变形能力和提高晶界结合强度的方法改善超低温韧性。

一种LNG储罐用高锰中厚板的化学成分按重量百分比为：C：0.45～0.67％，Si：0.02～0.48％，Mn：23.9～27.3％，P：≤0.038％，S：≤0.017％，Cr：0.10～3.9％，Cu：0.06～0.52％，Al：0.05～4.64％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，具体步骤如下：

步骤1，冶炼：

按照LNG储罐用高锰中厚板成分设计熔炼出钢水并铸造成钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯在950～1200℃，保温2～3h；

步骤3，热轧：

将加热后的钢坯经多道次热轧，开轧温度为1100～1160℃，终轧温度为950～1070℃，总压下率为80～84％，制得热轧钢材；

步骤4，冷却：

热轧钢材水冷至室温，得到LNG储罐用高锰中厚板；

步骤5，热处理：

将LNG储罐用高锰中厚板热至950～1200℃，保温1～3h；

步骤6，淬火冷却处理：

使用水将经过热处理的中厚板进行淬火至室温，得到热处理后的LNG储罐用高锰中厚板。

上述LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，其中：

所述步骤2和5中，加热和热处理在箱式电阻炉中进行。

所述步骤3中，进行5～7道次热轧，单道次压下率为19～29％。

所述步骤5中，热处理的目的是使钢坯充分的奥氏体化。

本发明制得的热处理后的LNG储罐用高锰中厚板的组织为晶粒尺寸＞50μm的等轴奥氏体组织，其超低温韧性得到大幅改善，在-196℃下的超低温冲击吸收功为128.6～189.9J，与未经过热处理的热轧态中厚板相比-196℃下的超低温冲击吸收功提高9.6％～44.7％。

上述LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，技术方案的主要思路为：

在新型超低温材料的开发中，高Mn奥氏体钢由于其价格、低热膨胀系数和低周疲劳性能的显著优势而备受关注；高Mn奥氏体钢采用Mn和C稳定奥氏体相，在室温条件下获得单相奥氏体组织，而奥氏体钢一般不存在韧脆转变现象，因此高Mn奥氏体钢具备超低温(-196℃)应用的先天优势。

对于体心立方晶体结构的钢铁材料来说，晶粒细化可显著改善其低温韧性，但对于存在二次塑性变形机制的高Mn奥氏体钢来说，一方面，形变孪生的临界切应力与晶粒尺寸密切相关，增大奥氏体晶粒尺寸可降低临界孪生应力；另一方面，采用高温热处理促进奥氏体晶粒的长大，可降低晶界平衡偏聚量，对改善韧性有利。

上述LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：

与热轧态高锰中厚板相比，热处理后高锰中厚板的超低温冲击韧性得到改善，在-196℃下的超低温冲击吸收功为128.6～189.9J，与未经过热处理的热轧态中厚板相比-196℃下的超低温冲击吸收功提高9.6％～44.7％，实现高韧性的前提下提高生产效率，降低生产成本，节能环保。

附图说明

图1本发明实施例1制备的热轧态钢板的显微组织。

图2本发明实施例2制备的高锰中厚板典型热处理态光学显微组织。

图3本发明实施例3制备的高锰中厚板典型热处理态光学显微组织。

具体实施方式

实施例1～4制备的LNG储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，具体步骤如下：

步骤1，冶炼：

按照表1的LNG储罐用高锰中厚板成分设计熔炼出钢水并铸造成钢坯；

步骤2，加热：

将钢坯在1200℃，保温2h；

步骤3，热轧：

将加热后的钢坯，在450mm二辊可逆热轧实验轧机上热轧，轧制道次，开轧温度、终轧温度、总压下率、单道次压下率如表2所示，制得的热轧钢材；

步骤4，冷却：

热轧钢材水冷至室温，得到LNG储罐用高锰中厚板；

步骤5，热处理：

将LNG储罐用高锰中厚板进行热处理，热处理温度如表3所示，保温时间如表4所示；

步骤6，淬火冷却处理：

表1钢坯的化学成分(％)

表2一阶段控制轧制工艺参数

实施例	开轧温度/℃	终轧温度/℃	轧制道次	单道次压下率/％	总压下率/％
						1	1130	1070	7	19～29	84
2	1150	1000	7	19～29	83
						3	1150	1017	5	19～29	80
4	1160	1020	5	19～29	81

实施例1～4制备的LNG储罐用高锰中厚板不进行热处理和在950℃、1000℃、1200℃下热处理3h，不同热处理温度下试样的-196℃夏比V型缺口冲击吸收功如表3所示。

表3不同热处理温度下试样的夏比V型缺口冲击吸收功

另外，对实施例1和实施例2制备的中厚板进一步在1000℃下热处理0.5、1、2、3h，不同热热处理时间下试样的-196℃夏比V型缺口冲击吸收功如表4所示。

表4不同热处理时间下试样的夏比V型缺口冲击吸收功

实施例结果表明，本发明高锰中厚板采用高温热处理，可改善高锰中厚板-196℃下的超低温冲击韧性。本发明实施例1制备的热轧态钢板的光学显微组织如图1所示，实施例2制备的高锰中厚板在1000℃热处理3h的热处理态光学显微组织如图2所示，实施例3制备的高锰中厚板在950℃热处理3h的热处理态光学显微组织如图3所示。

Claims

1.一种 LNG 储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤 1，冶炼：

按照 LNG 储罐用高锰中厚板成分设计熔炼出钢水并铸造成钢坯，LNG 储罐用高锰中厚板的化学成分按重量百分比为：C：0.45%，Si：0.02%，Mn：27.3%，P：≤0.005%，S：≤0.044%，Cr：3.9%，Cu：0.52%，Al：0.05%，余量为 Fe 和不可避免的杂质；

步骤 2，加热：

将钢坯在 950~1200℃，保温 2~3h；

步骤 3，热轧：

将加热后的钢坯经多道次热轧，开轧温度为1130℃，终轧温度为1070℃，总压下率为84%，制得热轧钢材；

步骤 4，冷却：

热轧钢材水冷至室温，得到 LNG 储罐用高锰中厚板；

步骤 5，热处理：

将 LNG 储罐用高锰中厚板热至 1000℃，保温 1~2h；

步骤 6，淬火冷却处理：

使用水将经过热处理的中厚板进行淬火至室温，得到热处理后的 LNG 储罐用高锰中厚板，该中厚板组织为晶粒尺寸＞50µm 的等轴奥氏体组织，在-196℃下的超低温冲击吸收功为 186.4~189.9J，与未经过热处理的热轧态中厚板相比-196℃下的超低温冲击吸收功提高37.3%~44.7%。

2.根据权利要求 1 所述的一种 LNG 储罐用高锰中厚板的高温热处理方法，其特征在于，所述步骤 3中，进行 5~7 道次热轧，单道次压下率为 19~29%。