CN109136768A - 可用于-135℃环境下的3.5%Ni钢板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

可用于‑135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法。步骤包括：熔炼，浇铸成铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.03～0.06％，Si：0.06～0.17％，Mn：0.56～0.79％，Ni：3.28～3.75％，P≤0.006％，S≤0.005％，Al：0.022～0.046％，余量为Fe和不可避免的杂质；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3.5％Ni钢板。该方法所生产的3.5％Ni钢板的‑135℃冲击韧性优异，可用于替代5％Ni钢。

Description

可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法
技术领域
本发明属于合金钢制造领域，具体涉及可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的高速发展，石油、化工及其相关产业得以蓬勃发展，需要大量低温材料来制造各种液化石油气(LPG)、液化乙烯(LEG)的储运设备。Ni系低温钢是国际上通用的低温用钢，广泛应用于-40～-196℃的低温设备及容器中，其中3.5％Ni钢的最低服役温度一般为-120℃，而5％Ni钢的最低服役温度可达-135℃以下。由于5％Ni钢的需求量不断增加，考虑到Ni的价格较为昂贵，而且我国Ni资源储量少，如果能采用3.5％Ni钢替代5％Ni钢用于-135℃环境下，将会显著降低成本，节约资源，提高产品竞争力。因此，有必要研究开发可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢。
目前已有少量关于3.5％Ni钢的专利报道，如专利CN101235466提供了“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”，专利CN103305758提供了“一种低温压力容器用钢板及其生产方法”，专利CN103898418提供了“大厚度Ni系低温容器用钢板及其生产方法”，专利CN103266267提供了“一种低温容器用08Ni3DR钢厚板的制造方法”，专利CN105441798提供了“一种低温容器用Ni钢中厚板的制造方法”，但他们均采用正火(N)或正火+回火(NT)或淬火+回火(QT)的热处理工艺，冲击试验温度不低于-120℃；专利CN105177445提供了“一种高韧性3.5Ni钢板的制备方法”，采用在线淬火+回火(DQ-T)工艺，冲击试验温度为-120℃。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法。该方法采用控制轧制+超快冷+亚温淬火+回火(TMCP-UFC-LT)工艺，所生产的3.5％Ni钢板的-135℃冲击韧性优异，可用于替代5％Ni钢。
可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.03～0.06％，Si：0.06～0.17％，Mn：0.56～0.79％，Ni：3.28～3.75％，P≤0.006％，S≤0.005％，Al：0.022～0.046％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(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3～5道次粗轧，开轧温度为1050～1120℃，总累积压下率为52.3～67.7％，得到中间坯；
(4)在奥氏体未再结晶区进行4～6道次精轧，开轧温度为840～880℃，总累积压下率为67.7～75.8％，终轧温度为790～830℃，得到厚度为12～20mm的热轧板；
(5)轧后采用超快冷技术以33～51℃/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两相区温度650～710℃，保温35～75min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570～630℃回火，回火时间为40～85min，出炉后水冷或空冷至室温，得到厚度为12～20mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
上述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其中：
所述步骤(1)和(2)中，所述铸锭的厚度为130mm。
所述步骤(3)中，所述粗轧的单道次压下率为19.5～23.7％。
所述步骤(3)中，所述中间坯的厚度为42～62mm。
所述步骤(4)中，所述精轧的单道次压下率为20.0～26.1％。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的抗拉强度为534～585MPa，屈服强度为437～484MPa，-135℃冲击功为237～296J。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)采用控制轧制+超快冷(TMCP-UFC)工艺，利于细化组织，提高了钢板的强度和低温韧性；
(2)采用亚温淬火+回火(LT)工艺，减少了钢中渗碳体的析出，提高了钢中逆转奥氏体含量，制备的3.5％Ni钢板的韧性与现有产品相比有所提高；
(3)制备的3.5％Ni钢板的-135℃冲击功为237～296J，韧脆转变温度(DBTT)在-135℃以下，可替代5％Ni钢用于-135℃环境下。
附图说明
图1本发明实施例1制备的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的组织照片；
图2本发明实施例1制备的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的系列冲击试验结果。
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
本实施例的厚度为12mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成厚度为130mm的铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.03％，Si：0.17％，Mn：0.56％，Ni：3.75％，P：0.004％，S：0.004％，Al：0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(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→100mm→77mm→59mm→45mm，总累积压下率为65.4％，得到厚度为45mm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840℃，压下道次分配为45mm→35mm→27mm→21mm→16mm→12mm，总累积压下率为73.3％，终轧温度为790℃，得到厚度为12mm的热轧板；
(5)轧后采用超快冷技术以51℃/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两相区温度690℃，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610℃回火，回火时间为60min，出炉后水冷至室温，得到厚度为12mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体；抗拉强度为581MPa，屈服强度为476MPa，-135℃冲击功为296J。实施例1制备的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的组织照片如图1所示；实施例1制备的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的系列冲击试验结果如图2所示。
实施例2
本实施例的厚度为20mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成厚度为130mm的铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.06％，Si：0.06％，Mn：0.79％，Ni：3.28％，P：0.006％，S：0.005％，Al：0.046％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(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3道次粗轧，开轧温度为1120℃，压下道次分配为130mm→102mm→80mm→62mm，总累积压下率为52.3％，得到厚度为62mm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880℃，压下道次分配为62mm→46mm→34mm→26mm→20mm，总累积压下率为67.7％，终轧温度为830℃，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两相区温度650℃，保温75min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630℃回火，回火时间为40min，出炉后空冷至室温，得到厚度为20mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体；抗拉强度为534MPa，屈服强度为437MPa，-135℃冲击功为237J。
实施例3
本实施例的厚度为12mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成厚度为130mm的铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.04％，Si：0.12％，Mn：0.70％，Ni：3.55％，P：0.005％，S：0.003％，Al：0.022％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(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5道次粗轧，开轧温度为1080℃，压下道次分配为130mm→103mm→82mm→66mm→53mm→42mm，总累积压下率为67.7％，得到厚度为42mm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860℃，压下道次分配为42mm→33mm→26mm→20mm→15mm→12mm，总累积压下率为71.4％，终轧温度为810℃，得到厚度为12mm的热轧板；
(5)轧后采用超快冷技术以48℃/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两相区温度710℃，保温35min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570℃回火，回火时间为85min，出炉后水冷至室温，得到厚度为12mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体；抗拉强度为585MPa，屈服强度为484MPa，-135℃冲击功为274J。
实施例4
本实施例的厚度为15mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成厚度为130mm的铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.04％，Si：0.13％，Mn：0.67％，Ni：3.51％，P：0.004％，S：0.003％，Al：0.029％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)将铸锭加热至1130℃，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1070℃，压下道次分配为130mm→102mm→80mm→62mm，总累积压下率为52.3％，得到厚度为62mm的中间坯；
(4)在奥氏体未再结晶区进行6道次精轧，开轧温度为850℃，压下道次分配为62mm→49mm→39mm→31mm→24mm→19mm→15mm，总累积压下率为75.8％，终轧温度为800℃，得到厚度为15mm的热轧板；
(5)轧后采用超快冷技术以40℃/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两相区温度670℃，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70min，出炉后空冷至室温，得到厚度为15mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
上述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体；抗拉强度为551MPa，屈服强度为458MPa，-135℃冲击功为246J。

Claims (7)

1.一种可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用真空感应炉熔炼，浇铸成铸锭，按质量百分比计其成分为C：0.03～0.06％，Si：0.06～0.17％，Mn：0.56～0.79％，Ni：3.28～3.75％，P≤0.006％，S≤0.005％，Al：0.022～0.046％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(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3～5道次粗轧，开轧温度为1050～1120℃，总累积压下率为52.3～67.7％，得到中间坯；
(4)在奥氏体未再结晶区进行4～6道次精轧，开轧温度为840～880℃，总累积压下率为67.7～75.8％，终轧温度为790～830℃，得到厚度为12～20mm的热轧板；
(5)轧后采用超快冷技术以33～51℃/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两相区温度650～710℃，保温35～75min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570～630℃回火，回火时间为40～85min，出炉后水冷或空冷至室温，得到厚度为12～20mm的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板。
2.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和(2)中，所述铸锭的厚度为130mm。
3.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述粗轧的单道次压下率为19.5～23.7％。
4.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述中间坯的厚度为42～62mm。
5.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述精轧的单道次压下率为20.0～26.1％。
6.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述方法制备的3.5％Ni钢板的微观组织以回火马氏体+临界铁素体为基体，基体中分布着少量逆转奥氏体。
7.根据权利要求1所述的可用于-135℃环境下的3.5％Ni钢板的制备方法，其特征在于，所述方法制备的3.5％Ni钢板的抗拉强度为534～585MPa，屈服强度为437～484MPa，-135℃冲击功为237～296J。
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