CN110229998B - 一种低屈强比的薄规格9Ni钢板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低屈强比的薄规格9Ni钢板，厚度低至5mm，屈强比低于0.9，钢板板型满足：不平度≤5mm/2000mm，按照美国标准ASTM E23金属材料冲击试验方法，3.33mm×10mm×55mm试样：‑196℃横向冲击功≥34J。由于钢板目标厚度小，无法进行控轧，因此采用热轧卷板工艺，轧后控冷，并配合离线淬火‑离线正火‑高温回火的热处理工艺，该热处理工艺既保留了一次淬火后钢板的组织，又综合了正火钢板的优点，在保证低温韧性的前提下有效控制了板型并获得了较低的屈强比。

Description

一种低屈强比的薄规格9Ni钢板

技术领域

本发明涉及9Ni钢的生产，尤其涉及一种厚度最低至5mm、低屈强比、具有极优异低温韧性、板型好的薄规格你9Ni钢板。

背景技术

9Ni钢板的特征在于钢板含有9wt％的Ni元素，故又被称为9％Ni钢板，对应于GB/T3531的06Ni9DR、EN 10028-4的X7Ni9、ASTM A553/A553M的type I钢种。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储罐及大型LNG运输船。

厚度低至5mm的薄规格9Ni钢板主要用作大型LNG低温储罐热角保护垫板、底板等关键、核心部位，现场采用搭焊拼接。为了便于焊接，且防止焊接过程中应力集中，板型控制是5mm厚度规格钢板的生产重点之一；另外，为了预防地震等灾难性突发事件造成的恶劣影响，钢板的屈强比也是设计产品的关键参数之一，即钢板屈服变形后，强度不断发展，结构产生变形，出现结构破坏先兆，人们得以提前发现并预防。

薄规格的9Ni钢板在轧制过程中，由于厚度较薄，钢板的降温速度极大，为了保证轧制的正常进行，钢铁企业采用卷曲炉炉卷轧制，即钢板在轧制过程中，在轧机两端采用卷曲炉保温，保温温度一般在900℃左右。由于采用了炉卷轧制，钢板实际轧制过程中不具备控轧条件，晶粒不能有效细化；又因为需要保证后续热处理的板型，9Ni钢板轧后不宜反复进行浇水冷却，从而导致炉卷轧制9Ni薄规格钢板的晶粒相对更容易长大。

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。针对12mm及其以下规格钢板在轧制、热处理阶段的生产采用了“轧制-离线正火-离线正火-离线回火”的工艺。该专利给出了最薄为12mm规格的钢板实施例，但对于更薄规格例如5mm厚度的钢板，却没有涉及；而众所周知，12mm厚度规格的钢板无论从控轧还是离线水冷，与5mm厚度规格的钢板均有较大的差异，生产工艺不具有通用性。

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。该专利申请涉及的工艺较复杂，钢铁企业实际难以实现，钢铁企业的加热炉炉温一般不超过1000℃；且大规模生产时，钢铁企业不具备整张钢板油冷的条件。

申请号为201610211221.2的中国专利公布了一种低温压力容器用钢板及其生产方法，但该专利针对30-50mm厚度规格钢板，且实物屈强比0.90-0.95之间，屈强比较高。

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，对于薄规格的9Ni钢板，多采用离线正火-离线正火-回火工艺。有学者(“低温容器用9Ni薄规格钢板生产工艺研究”《热加工工艺》，2012年2月)比较了6mm厚度规格9Ni钢板的生产工艺，分别采用QT，QQT及NNT工艺，比较的结果表明NNT热处理得到的板型最好，QQT热处理得到的性能最好。学者在《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)中也指出，相比较QT及QLT工艺，双正火工艺钢板低温性能最差，主要体现在低温冲击方面；但QT及QLT在生产超薄规格9Ni钢板时的板型及屈强比不容易控制，无法适应更薄规格的9Ni钢板的生产。

综上所述，目前国内外对薄规格(尤其是厚度低至5mm规格)的9Ni钢板，在轧制和热处理阶段的相关报道并不多。由于5mm规格钢板极薄，轧制过程中散热快，无法进行控温轧制；为了得到良好性能的钢板，热处理过程如果简单采用QT或QQT工艺，会导致板型控制困难及屈强比过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种板型控制更好、低屈强比的薄规格9Ni钢板生产工艺，同时具有优异的-196℃超低温韧性。

本申请涉及的薄规格9Ni钢板的厚度低至5mm，且屈强比低于0.9，属于超低温压力容器用9Ni钢板；钢板板型良好，不平度≤5mm/2000mm，按照美国标准ASTM E23金属材料冲击试验方法，产品：3.33mm×10mm×55mm试样：-196℃横向冲击功≥34J；折合成10mm×10mm×55mm试样：冲击功≥100J。

上述薄规格9Ni钢板采用低碳含量设计，化学成分的质量百分比：C：0.03-0.05％；Si：0.10-0.20％；Mn：0.70-0.80％；P：≤0.005％；S：≤0.002％；Ni：8.50-10.00％；H≤1ppm；As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10％；余量为Fe和不可避免的杂质。同时碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15优选控制在0.75-0.85。

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，不利于涂料的涂覆。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A_C3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，能显著提高钢板的低温韧性，因此，Ni是保证产品具有超低温下冲击功的最主要元素。

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，所以，应尽量减少磷和硫在钢中的含量。As、Sn、Sb、Bi、Pb是冶炼原料中所带的杂质元素，其在钢中易向晶界偏聚而弱化晶界，对这些杂质的含量应尽可能降低。

以符合上述化学成分的连铸坯或浇铸坯作为坯料生产薄规格9Ni钢板，方法包括加热、轧制、冷却和热处理工序。

本发明所述关键轧制工序：采用炉卷轧制工艺，不控轧，卷曲炉炉温控制在900℃±20℃，轧后不水冷，空冷至室温。

本发明方法所述关键热处理工序：采用离线淬火+离线正火+高温回火工艺进行热处理，离线淬火温度820℃±10℃，离线正火温度790℃±10℃，淬火与正火总在炉时间为60min；回火温度为670℃±10℃，回火总在炉时间为50min±10min。

轧制采用卷曲炉炉卷轧制工艺，由于目标厚度小，无法进行控轧，采用热轧卷板工艺将坯料轧制目标厚度，轧后控冷。然后进行热处理：配合离线淬火-离线正火-高温回火工艺，淬火温度为820℃±10℃，水冷，上下面水比0.75±0.02；正火温度790±10℃，空冷；淬火与正火的总在炉时间为60min±10min；回火温度为670℃±10℃，总在炉回火时间为50min±10min。

上述热处理工艺既保留了一次淬火后钢板的组织，又综合了正火钢板的优点，在保证性能的前提下有效控制了板型，并获得了较低的屈强比。与传统的离线正火-离线正火-高温回火工艺相比，薄规格产品钢板的低温韧性更优良；与传统的离线淬火-离线淬火-高温回火工艺相比，薄规格产品钢板的屈强比更低，板型更容易控制。

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。

本专利对应的5mm厚度规格超低温压力容器用9Ni钢板采用下述工艺方法生产而成。

实施例1

冶炼工序：原料先经转炉冶炼，精炼炉精炼，经除杂最终钢水成分的质量百分含量为：C 0.037％，Si 0.13％，Mn 0.72％，P 0.003％，S 0.001％，Ni 9.25％，As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

连铸：设计生产150mm断面连铸坯，过热度为15℃-35℃，拉坯速率为1.00m/min-1.30m/min，得到连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间48小时。

轧制加热工序：连铸坯放入连续炉内加热；为了保证钢板的表面质量，铸坯加热前表面涂装耐高温涂料；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。

轧制工序：由于目标钢板厚度仅5mm，钢板热量散失较快，采用卷曲炉炉卷轧制，卷曲炉炉温保持900℃±20℃，采用AR热轧(卷板热轧)工艺，轧制目标厚度后空冷。

热处理工序：对钢板进行离线热处理，热处理工序为淬火+正火+回火热处理；淬火温度为820℃±10℃，水冷，上下面水比0.75±0.02；正火温度790℃±10℃，空冷；淬火与正火总在炉时间为60min；回火温度为670℃±10℃，回火总在炉时间为50min，空冷；即得目标钢板。

重复上述操作三次，得到三种试样。

实施例2

冶炼工序：原料先经转炉冶炼，精炼炉精炼，所得钢水成分的质量百分含量为：C0.032％，Si 0.14％，Mn 0.71％，P 0.003％，S 0.001％，Ni 9.30％，As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

连铸工序：采用150mm断面连铸坯，过热度为15℃-35℃，拉坯速率为1.00m/min-1.30m/min，得到9Ni钢板连铸坯；连铸坯避风堆垛缓冷，缓冷时间48小时。

轧制加热工序：连铸坯放入连续炉内加热；为了保证钢板的表面质量，铸坯加热前表面涂装耐高温涂料；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。

轧制工序：由于目标钢板厚度仅5mm，钢板热量散失较快，优选卷曲炉轧制，卷曲炉炉温保持900℃±20℃，采用AR热轧工艺，轧后空冷。

热处理工序：对钢板进行离线热处理，热处理工序为淬火+正火+回火热处理；淬火温度为820℃±10℃，水冷，上下面水比0.75±0.02；正火温度790℃±10℃，空冷；淬火与正火总在炉时间为60min；回火温度为670℃±10℃，回火总在炉时间为50min，空冷；即得目标钢板。

重复本实施例三次，得到三个试样。

作为对比，本申请就实施例1的轧制坯料进行正火-正火-高温回火(NNT)的离线热处理。就实施例2的轧制坯料进行淬火-两相区淬火-回火(QLT)的离线热处理。对经过不同试样和采用不同热处理工艺得到的产品性能进行对比，见表1。采用NNT热处理的产品低温韧性不足，而采用QLT热处理的产品板型较差、屈强比过高。

实施例1与实施例2所得钢板性能如下表所示。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种低屈强比的薄规格9Ni钢板，其特征在于：钢板的厚度低至5mm，屈强比低于0.9，钢板板型满足：不平度≤5mm/2000mm，按照美国标准ASTM E23金属材料冲击试验方法，3.33mm×10mm×55mm试样：-196℃横向冲击功≥34J；

钢板采用低碳含量设计，化学成分的质量百分比：C：0.03-0.05%；Si：0.10-0.20%；Mn：0.70-0.80%；P：≤0.005%；S：≤0.002%；Ni：8.50-10.00%；H≤1ppm；As+Sb+Bi+Sn+Pb≤0.10%；余量为Fe和不可避免的杂质；以浇铸坯或连铸坯作为坯料，加热后进行轧制，采用卷曲炉炉卷轧制，不控轧，通过卷曲炉对轧制过程中的坯料进行保温，卷曲炉炉温控制在炉温900℃±20℃，采用热轧卷板工艺将坯料轧制目标厚度，坯料空冷；离线热处理：采用淬火—正火—高温回火的工艺，淬火温度为820℃±10℃，水冷；正火温度790±10℃，空冷；淬火与正火的总在炉时间为60min±10min；回火温度为670℃±10℃，总在炉回火时间为50min±10min。

2.根据权利要求1所述的低屈强比的薄规格9Ni钢板，其特征在于：化学成分的碳当量Ceq=C+Mn/6+（Cr+V+Mo）/5+（Cu+Ni）/15介于0.75-0.85。

3.根据权利要求1所述的低屈强比的薄规格9Ni钢板，其特征在于：淬火水冷时上下面水比0.75±0.02。

4.根据权利要求1所述的低屈强比的薄规格9Ni钢板，其特征在于：坯料轧制前在加热炉内加热：钢坯最高加热温度1180℃-1200℃，均热温度1160℃-1180℃，总加热时间150min以上。

5.根据权利要求4所述的低屈强比的薄规格9Ni钢板，其特征在于：坯料加热前，在坯料表面涂耐高温防氧化涂料。