CN109576449B - 一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 - Google Patents

一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，坯料经加热、轧制、轧后冷却和热处理工序得到产品，轧制：采用II型控轧工艺：第一阶段不控轧，在奥氏体再结晶阶段进行；第二阶段轧制设置开轧温度930℃以上，第二阶段轧制前坯料的厚度不低于目标厚度1.6倍；轧后冷却：轧制后直接入水，控制钢坯的入水温度在830±20℃，出水温度为室温，得到板条状马氏体组织；热处理：对室温钢板进行亚温淬火和高温回火。本申请流程紧凑、能耗更低，利用轧后的余热进行DQ热处理，简化了离线热处理工艺，节约了能耗，缩短了生产周期，更有利于控制剩磁，且钢板性能无明显恶化，完全能够满足高强度的超低温压力容器的原料要求。

Description

一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法
技术领域
本发明属于合金钢生产技术领域，尤其是涉及9Ni钢板的生产方法。
背景技术
9Ni钢板特征在于钢板含有9％左右的Ni，故又被称为9％Ni钢板。9Ni钢板具有较高的屈服强度、抗拉强度及良好的延伸率，焊接性能优良，最关键的是其-196℃超低温韧性极佳，所以该钢板广泛应用于大型LNG储罐及运输船。
申请号为201610519015.8的中国专利公布了一种超低温压力容器用调质高强度合金钢06Ni9DR钢板及其制备方法。所述钢板化学为(wt％)C：0.01-0.06；Si：0.10-0.20；Mn：0.50-0.80；P≤0.008；S≤0.002；Ni：8.5-9.5等，且Ceq≤0.50％。该专利中化学成分或者Ceq数值存在一定矛盾；该专利没有明确是否采用了微合金化技术；采用两次淬火和一次回火的热处理工艺，极大的提升了钢板的实物性能，但也使得整个热处理工艺显得繁琐，生产能耗过大，尤其是针对9Ni钢品种，过多的工序容易导致钢板剩磁增加，且对钢板表面质量控制增加了难度。
申请号为201710189282.8的中国专利申请公布了一种高镍低碳系列钢的强韧化处理工艺，该专利采用了三次淬火工艺。在第一次淬火过程中，需要将钢板加热到1050-1150℃；在第三次淬火过程中，采用油淬。该专利的工艺较复杂，在钢铁企业难以推广实现，钢铁企业的加热炉炉温一般不超过1000℃；且大规模生产时，不具备油冷的条件。
目前可以查阅的国内外诸多文献资料对9Ni钢的生产也进行了描述，多采用离线淬火-亚温淬火-回火工艺，如《低温压力容器用9Ni钢的研究现状与展望》(《热加工工艺》，2015年7月)中指出，两相区淬火(QLT)处理后的低温性能最好，调质次之，双正火最差。
QLT工艺处理的低温钢虽然性能较为优异，但由于其三次热处理均是离线处理，工艺流程较长，会增加生产成本和能源的浪费，也存在潜在的钢板增磁风险。
针对9Ni钢板的生产方法，消除剩磁增加的风险、简化生产工序、节约生产能耗是本领域技术人员需要思考的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种9Ni钢板的生产方法，改进现有生产方法存在的高能耗、剩磁增加的问题，获得一种低生产成本、具有良好强韧性匹配的超低温压力容器用钢板。
本发明的技术方案：一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，坯料经加热、轧制、轧后冷却和热处理工序得到目标产品，其中
加热：将坯料加热至完全奥氏体化；
轧制：采用II型控轧工艺：第一阶段不控轧，在奥氏体再结晶阶段进行，轧制温度为950℃～1100℃；第二阶段轧制设置开轧温度930℃以上，第二阶段轧制前坯料的厚度不低于目标厚度1.6倍，在这一轧制阶段，奥氏体晶粒被变形、拉长，在未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，在随后的水冷过程中，得到板条状马氏体组织。；
轧后冷却：轧制后直接入水，控制钢坯的入水温度在830±20℃，冷却速率为15～20℃/s，出水温度为室温，利用轧后余温直接入水实现DQ热处理；
离线热处理：对室温钢板进行亚温淬火和高温回火，亚温淬火的加热温度为670℃±20℃，水淬，回火温度560～620℃，空冷。
上述热处理的离线处理总时间为7min/mm。
进一步地，上述生产方法中所选用的坯料为连铸坯或浇注的钢锭开坯而成的坯料。坯料的元素重量百分含量为：C：0.02-0.05％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.50-0.80％；P：≤0.005％；S：≤0.002％；Ni：8.50-10.00％；H≤1ppm；As≤0.05；Sb≤0.03；Bi≤0.03；Sn≤0.03；Pb≤0.03；AS+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10；余量为Fe和微量不可避免的杂质。该成分的设计依据如下：
根据钢种特点，本发明采用超低碳设计，一方面有利于提高钢的韧性，另一方面可显著地改善钢的焊接性能。Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，由于9Ni钢需要涂装使用，过量的Si将严重恶化钢板的涂覆性能。Mn与Ni相似，主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用。在Fe-C-Ni相图上，Ni含量增加使共析点向左下方移动，降低钢的临界转变AC3温度；随着Ni含量的提高，奥氏体的稳定性增大，有利于稳定淬火态马氏体回火后所形成稳定的残余奥氏体组织，残余奥氏体具有面心立方结构，点阵滑移系多，能显著提高钢板的韧性，因此，Ni是保证超低温冲击功的最主要元素。由于9Ni钢中Ni含量较高，在温度很大范围内存在奥氏体组织，必须利用微合金元素细化晶粒，Nb是钢中常用的微合金元素，Nb与钢中的C、N结合，在奥氏体内位错线上应变诱导析出稳定的高熔点第二相粒子Nb(C、N)，阻止奥氏体晶粒长大从而细化晶粒。
在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性，尤其是钢板的低温塑性；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。As、Sn、Sb、Bi、Pb是原料中所带的杂质元素，其在钢中易向晶界偏聚而产生回火脆性，鉴于本申请的热处理过程中包括回火，因此这些元素含量应尽可能控制在低水平。
本申请的关键工艺在于利用轧后余热进行热处理，替代了9Ni钢板的离线高温淬火步骤，产品高温轧后直接入水冷却到室温，然后再进行离线热处理，离线热处理采用亚温淬火+回火，整个离线热处理时间只有7min/mm，不仅显著降低了剩磁增加的风险，而且显著降低了能耗，节省了能源，缩短了交货期，有利于整个产品的降本增效。在轧制阶段，奥氏体晶粒被变形、拉长，在未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，在随后的水冷过程中，得到板条状马氏体组织。
本申请产品钢板的厚度为20-50mm，坯料的轧制前的厚度为150mm以上。钢板组织均匀、细小、非金属夹杂极微，板厚1/4处晶粒度在8.5级以上，板厚1/2处晶粒度在8.0级以上。具有更好的低温韧性：板厚1/4处及1/2处的-196℃横向冲击功均大于100J；Z向性能满足最高级别Z35的要求且有较大富裕量。能够适用于超低温容器的加工制造。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实例1、超低温压力容器用9Ni钢板采用下述工艺方法生产而成。
(1)冶炼工艺：原料先经转炉冶炼，LF+RH精炼。所得钢水成分的质量百分含量为：C0.029％，Si 0.12％，Mn 0.72％，P 0.003％，S 0.001％，Ni 9.10％，Alt 0.026％，AS+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
(2)连铸工序：采用150mm断面连铸坯，上述钢水在1530℃-1550℃进行浇铸，过热度为10℃-30℃，拉坯速率为0.70m/min-1.05m/min，得到连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间≥48小时。
(3)铸坯加热工序：连铸坯放入连续炉内加热；采用步进梁前进；采用慢速低温加热工艺，钢坯最高加热温度1180℃-1200℃，均热温度1160℃-1180℃，总加热时间180min。
(4)采用II型控轧工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950℃～1100℃之间，高温轧制，不控轧，此阶段道次压下率为6％-15％，累计压下率≥50％；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度930℃以上，二阶段开轧厚度不低于目标厚度2倍，轧后钢板20mm；轧后控冷，入水温度830±20℃，冷却速率平均17℃/s，出水温度为室温。在这一轧制阶段，奥氏体晶粒被变形、拉长，在未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，在随后的水冷过程中，得到板条状马氏体组织。
(5)热处理工序：对钢板进行一次亚温淬火+回火处理；亚温淬火温度为670℃±10℃，水冷；回火温度为600℃±10℃，空冷；离线热处理总在炉时间为140min。
实例2、超低温压力容器用9Ni钢板采用下述工艺方法生产而成。
(1)冶炼工艺：原料先经转炉冶炼，LF+RH精炼。所得钢水成分的质量百分含量为：C0.029％，Si 0.12％，Mn 0.72％，P 0.003％，S 0.001％，Ni 9.10％，Alt 0.026％，AS+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
(2)连铸工序：采用150mm断面连铸坯，上述钢水在1530℃-1550℃进行浇铸，过热度为10℃-30℃，拉坯速率为0.70m/min-1.05m/min，得到连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间≥48小时。
(3)铸坯加热工序：连铸坯放入连续炉内加热；采用步进梁前进；采用慢速低温加热工艺，钢坯最高加热温度1150℃-1180℃，均热温度1140℃-1160℃，总加热时间180min。
(4)采用II型控轧工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950℃～1100℃之间，高温轧制，不控轧，此阶段道次压下率为6％-15％，累计压下率≥50％；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度930℃以上，二阶段开轧厚度不低于目标厚度1.6倍，轧后钢板40mm；轧后控冷，入水温度830±20℃，冷却速率平均15℃/s，出水温度为室温。在这一轧制阶段，奥氏体晶粒被变形、拉长，在未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，在随后的水冷过程中，得到板条状马氏体组织。
(5)热处理工序：对钢板进行一次亚温淬火+回火处理；亚温淬火温度为670℃±10℃，水冷；回火温度为600℃±10℃，空冷；离线热处理总在炉时间为280min。
实施例1和实施例2所生产的钢板产品的性能如表1、表2所示。
表1钢板拉伸性能、弯曲工艺及板型
Figure BDA0001924253640000041
表2钢板的低温冲击韧性
Figure BDA0001924253640000042
Figure BDA0001924253640000051
由上述实施例可以看出，本申请设计的9Ni钢板的生产方法流程紧凑、能耗更低，利用轧后的余热进行DQ热处理，简化了离线热处理工艺，节约了能耗，缩短了生产周期，更有利于控制剩磁，且钢板性能无明显恶化，完全能够满足高强度的超低温压力容器的原料要求。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，其特征在于：坯料经加热、轧制、轧后冷却和热处理工序得到目标产品，其中
加热：将坯料加热至完全奥氏体化；
轧制：采用II 型控轧工艺：第一阶段不控轧，在奥氏体再结晶阶段进行；第二阶段轧制设置开轧温度930℃以上，第二阶段轧制前坯料的厚度不低于目标厚度1.6倍；
轧后冷却：轧制后直接入水，控制钢坯的入水温度在830±20℃，出水温度为室温，利用轧后余温直接入水实现DQ热处理，得到板条状马氏体组织；
热处理：对室温钢板进行亚温淬火和高温回火，亚温淬火的加热温度为670℃±20℃，水淬，回火温度560～620℃，热处理的离线处理总时间为7min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，其特征在于：轧制工序中，设置第一阶段的轧制温度为950℃～1100℃。
3.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，其特征在于：轧后冷却工序中，冷却速率为15～20℃/s。
4.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法，其特征在于：所述坯料为连铸坯或浇注的钢锭开坯而成的坯料。
5.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 ，其特征在于：所述9Ni钢的元素重量百分含量为：C：0.02-0.05%；Si：0.10-0.20%；Mn：0.50-0.80%；P：≤0.005%；S：≤0.002%；Ni：8.50-10.00%；H≤1ppm；As≤0.05；Sb≤0.03；Bi≤0.03；Sn≤0.03；Pb≤0.03；AS+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10；余量为Fe 和微量不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 ，其特征在于：钢板的产品厚度为20-50mm，坯料的轧制前的厚度为150mm以上。
7.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 ，其特征在于：所制得的9Ni钢板的板厚1/4 处及1/2 处的-196℃横向冲击功均大于100J ；Z向性能满足最高级别Z35 的要求且有较大富裕量。
8.根据权利要求1所述的一种抵抗剩磁增加、节约生产能耗的9Ni钢板的生产方法 ，其特征在于：所生产的钢板的组织均匀、细小、非金属夹杂极微，板厚1/4 处晶粒度在8.5 级以上，板厚1/2 处晶粒度在8.0 级以上。
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