CN109023124A - 高焊接热影响区韧性的lng储罐用钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板及其制备方法,所述钢板的化学成分按质量百分数为:C:0.03~0.07%,Si:0.02~0.10%,Mn:0.41~1.12%,Ni:5.05~6.77%,P≤0.006%,S≤0.004%,此外还含有Cr≤0.87%、Mo≤0.34%中的一种或两种(不全为0%),余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法为:熔炼,浇铸成铸锭;将铸锭加热,保温后进行两阶段控制轧制;轧后采用超快冷技术,得到在线淬火态钢板;将在线淬火态钢板加热,保温后淬火,得到亚温淬火态钢板;将亚温淬火态钢板加热回火,出炉后水冷或空冷至室温,得到LNG储罐用钢板。
Description
技术领域
本发明属于合金钢领域,具体涉及高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板及其制备方法。
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空气污染,大规模使用清洁能源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。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(液化天然气)储运设施的总投资近万亿人民币,其中储运设施关键材料镍系低温钢的用量将高达60万吨。
目前,我国已实现LNG储罐用9%Ni钢的规模化生产,达到了国际领先水平。然而,9%Ni钢含有较多的Ni,极易被磁化,易产生磁偏吹现象,直接影响到焊接接头的质量。同时,Ni的价格较为昂贵,且我国属于“贫镍”国家,Ni金属对外依存度超过60%,每年都需要进口数量不少的Ni金属,以满足国民经济发展的需要,因此开发低镍型LNG储罐用钢板有助于我国实现资源可持续发展的战略目标。
采用低镍合金化设计,LNG储罐用钢板的淬透性下降,焊接热影响区韧性会较9%Ni钢有较大程度的降低。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板及其制备方法。
一种高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.03~0.07%,Si:0.02~0.10%,Mn:0.41~1.12%,Ni:5.05~6.77%,P≤0.006%,S≤0.004%,此外还含有Cr≤0.87%、Mo≤0.34%中的一种或两种(不全为0%),余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着7.0~11.9%的逆转奥氏体。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板厚度为12~20mm,FL处的-196℃冲击功为83~114J,FL+1mm处的-196℃冲击功为86~131J。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的制备方法,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1100~1200℃,保温1~2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行3~4道次粗轧,开轧温度为1040~1120℃,总累积压下率为53.8~63.8%,得到厚度为47~60mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4~5道次精轧,开轧温度为790~820℃,总累积压下率为66.7~74.5%,终轧温度为750~770℃,得到厚度为12~20mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以33~61℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至680~710℃,保温50~60min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至580~590℃回火,回火时间为55~60min,出炉后水冷或空冷至室温,得到厚度为12~20mm的LNG储罐用钢板。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
(1)通过严格控制低镍钢中的Si含量,促进粗晶热影响区的自回火,抑制亚临界重加热粗晶热影响区中长条状M-A组元形成,改善了焊接热影响区韧性;
(2)通过添加少量Cr、Mo,提高低镍钢的淬透性,抑制上贝氏体形成,改善了焊接热影响区韧性;
(3)本发明的低镍型LNG储罐用钢板的FL处的-196℃冲击功为83~114J,FL+1mm处的-196℃冲击功为86~131J,达到9%Ni钢水平。
附图说明
图1本发明实施例1的LNG储罐用钢板的FL处的冲击断口形貌;
图2本发明实施例1的LNG储罐用钢板的FL+1mm处的冲击断口形貌。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.05%,Si:0.05%,Mn:0.75%,Ni:6.25%,P:0.006%,S:0.004%,Cr:0.48%,Mo:0.10%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1100℃,保温2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行4道次粗轧,开轧温度为1040℃,压下道次分配为130mm→105mm→83mm→62mm→47mm,总累积压下率为63.8%,得到厚度为47mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4道次精轧,开轧温度为800℃,压下道次分配为47mm→34mm→25mm→19mm→15mm,总累积压下率为68.1%,终轧温度为760℃,得到厚度为15mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以47℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至700℃,保温60min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至580℃回火,回火时间为60min,出炉后水冷至室温,得到厚度为15mm的LNG储罐用钢板。
厚度为15mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着10.4%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体;亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体;FL处的-196℃冲击功为99J,FL+1mm处的-196℃冲击功为92J。FL处的冲击断口形貌如图1所示,FL+1mm处的冲击断口形貌如图2所示。
实施例2
本实施例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.03%,Si:0.02%,Mn:1.12%,Ni:5.05%,P:0.004%,S:0.002%,Mo:0.34%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1200℃,保温1h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行4道次粗轧,开轧温度为1120℃,压下道次分配为130mm→105mm→83mm→62mm→47mm,总累积压下率为63.8%,得到厚度为47mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行5道次精轧,开轧温度为790℃,压下道次分配为47mm→34mm→25mm→19mm→15mm→12mm,总累积压下率为74.5%,终轧温度为750℃,得到厚度为12mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以61℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至710℃,保温50min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至590℃回火,回火时间为60min,出炉后空冷至室温,得到厚度为12mm的LNG储罐用钢板。
厚度为12mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着7.0%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体;亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体;FL处的-196℃冲击功为83J,FL+1mm处的-196℃冲击功为86J。
实施例3
本实施例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.07%,Si:0.10%,Mn:0.41%,Ni:6.77%,P:0.006%,S:0.004%,Cr:0.28%,Mo:0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1150℃,保温1.5h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行3道次粗轧,开轧温度为1085℃,压下道次分配为130mm→105mm→80mm→60mm,总累积压下率为53.8%,得到厚度为60mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4道次精轧,开轧温度为820℃,压下道次分配为60mm→44mm→32mm→25mm→20mm,总累积压下率为66.7%,终轧温度为770℃,得到厚度为20mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以33℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至680℃,保温50min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至580℃回火,回火时间为60min,出炉后水冷至室温,得到厚度为20mm的LNG储罐用钢板。
厚度为20mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着11.9%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体;亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体;FL处的-196℃冲击功为114J,FL+1mm处的-196℃冲击功为131J。
实施例4
本实施例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.04%,Si:0.05%,Mn:0.88%,Ni:5.60%,P:0.004%,S:0.002%,Cr:0.87%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1100℃,保温2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行4道次粗轧,开轧温度为1050℃,压下道次分配为130mm→105mm→83mm→62mm→47mm,总累积压下率为63.8%,得到厚度为47mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4道次精轧,开轧温度为810℃,压下道次分配为47mm→34mm→25mm→19mm→15mm,总累积压下率为68.1%,终轧温度为765℃,得到厚度为15mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以45℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至690℃,保温60min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至590℃回火,回火时间为55min,出炉后空冷至室温,得到厚度为15mm的LNG储罐用钢板。
厚度为15mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着9.6%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体;亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体;FL处的-196℃冲击功为89J,FL+1mm处的-196℃冲击功为90J。
对比例1
本对比例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.05%,Si:0.14%,Mn:0.72%,Ni:6.17%,P:0.005%,S:0.004%,Cr:0.31%,Mo:0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1150℃,保温2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行4道次粗轧,开轧温度为1090℃,压下道次分配为130mm→105mm→84mm→64mm→50mm,总累积压下率为61.5%,得到厚度为50mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行5道次精轧,开轧温度为800℃,压下道次分配为50mm→37mm→28mm→22mm→17mm→14mm,总累积压下率为72.0%,终轧温度为765℃,得到厚度为14mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以50℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至700℃,保温50min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至580℃回火,回火时间为60min,出炉后水冷至室温,得到厚度为14mm的LNG储罐用钢板。
厚度为14mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着10.2%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中未发现渗碳体分布;亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着长条状M-A组元,未发现渗碳体分布;FL处的-196℃冲击功为78J,FL+1mm处的-196℃冲击功为65J。
对比例1,Si含量高于本发明的规定范围,Si是一种固溶强化元素和脱氧元素,可以抑制粗晶热影响区的自回火,促进亚临界重加热粗晶热影响区中长条状M-A组元形成,显著恶化钢板的焊接性能,因此降低Si含量有助于提高焊接热影响区韧性。
对比例2
本对比例的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其化学成分按质量百分数为:C:0.06%,Si:0.07%,Mn:0.67%,Ni:6.48%,P:0.006%,S:0.002%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1100℃,保温2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行4道次粗轧,开轧温度为1045℃,压下道次分配为130mm→105mm→83mm→62mm→47mm,总累积压下率为63.8%,得到厚度为47mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4道次精轧,开轧温度为805℃,压下道次分配为47mm→34mm→25mm→19mm→15mm,总累积压下率为68.1%,终轧温度为770℃,得到厚度为15mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以41℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至690℃,保温55min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至585℃回火,回火时间为65min,出炉后空冷至室温,得到厚度为15mm的LNG储罐用钢板。
厚度为15mm的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着11.6%的逆转奥氏体;粗晶热影响区组织以马氏体和上贝氏体为基体,马氏体基体中分布着自回火形成的渗碳体;亚临界重加热粗晶热影响区组织基体中分布着块状M-A组元和渗碳体;FL处的-196℃冲击功为61J,FL+1mm处的-196℃冲击功为47J。
对比例2,化学成分在本发明的规定范围之外,缺少Cr、Mo;Cr、Mo具有较强的固溶强化效果,可以提高钢板的淬透性,抑制上贝氏体形成,从而提高焊接热影响区韧性。
Claims (6)
1.一种高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其特征在于,其化学成分按质量百分数为:C:0.03~0.07%,Si:0.02~0.10%,Mn:0.41~1.12%,Ni:5.05~6.77%,P≤0.006%,S≤0.004%,此外还含有Cr≤0.87%、Mo≤0.34%中的一种或两种(不全为0%),余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其特征在于,所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的母材组织以回火马氏体和临界铁素体为基体,基体中分布着7.0~11.9%的逆转奥氏体。
3.根据权利要求1所述的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其特征在于,所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的粗晶热影响区组织以马氏体为基体,基体中分布着自回火形成的渗碳体。
4.根据权利要求1所述的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其特征在于,所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的亚临界重加热粗晶热影响区组织以回火马氏体为基体,基体中分布着块状M-A组元和渗碳体。
5.根据权利要求1所述的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板,其特征在于,所述高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板厚度为12~20mm,FL处的-196℃冲击功为83~114J,FL+1mm处的-196℃冲击功为86~131J。
6.根据权利要求1所述的高焊接热影响区韧性的LNG储罐用钢板的制备方法,其特征在于,按如下工艺步骤制得:
(1)采用真空感应炉熔炼,浇铸成厚度为130mm的铸锭;
(2)将铸锭加热至1100~1200℃,保温1~2h后进行两阶段控制轧制;
(3)在奥氏体再结晶区进行3~4道次粗轧,开轧温度为1040~1120℃,总累积压下率为53.8~63.8%,得到厚度为47~60mm的中间坯;
(4)在奥氏体未再结晶区进行4~5道次精轧,开轧温度为790~820℃,总累积压下率为66.7~74.5%,终轧温度为750~770℃,得到厚度为12~20mm的热轧板;
(5)轧后采用超快冷技术以33~61℃/s的冷速将热轧板在线淬火至200℃以下,得到在线淬火态钢板;
(6)将在线淬火态钢板加热至680~710℃,保温50~60min后淬火至200℃以下,得到亚温淬火态钢板;
(7)将亚温淬火态钢板加热至580~590℃回火,回火时间为55~60min,出炉后水冷或空冷至室温,得到厚度为12~20mm的LNG储罐用钢板。
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Application publication date: 20181218 Assignee: Xiangtan Iron & Steel Co.,Ltd. Of Hunan Hualing Valin Assignor: Northeastern University Contract record no.: X2022210000001 Denomination of invention: Steel plate for LNG storage tank with high toughness in welded heat affected zone and its preparation method Granted publication date: 20200602 License type: Common License Record date: 20220106 |