CN110747409A - 一种低温储罐用低镍钢及其制造方法 - Google Patents

一种低温储罐用低镍钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低温储罐用低镍钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.15％，Si：0.20～0.60％，Mn：1.0～1.70％，Ni：0.30～1.0％，Cr：0.20～0.70％，Mo：0.20～0.70％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.01～0.05％，S：≤0.005％，P：≤0.008％，余量为Fe和杂质。低温储罐用低镍钢的冶炼采用转炉+LF+VD精炼，保证了对钢成分和钢中气体含量的精确控制；连铸过程全程保护浇注和板坯缓冷，保证铸坯的内部质量；控制轧制保证初始组织的细化；热处理采用淬火+回火工艺获得均匀细小的回火索氏体组织可以充分保证钢板的强度和低温韧性。钢中仅加入少量Ni、Cr、Mo、Nb、Ti，通过控制轧制后采用淬火+回火处理，得到可用于温度不低于‑80°环境下的LPG液罐用钢。

Description

一种低温储罐用低镍钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种低温储罐用低镍钢及其制造方法。
背景技术
伴随LPG需求的增长，全球LPG海运量呈现加速增长态势。2016年全球LPG海运量8741万吨，2014～2016年年均增长10％以上，LPG船队保有量2015和2016年增速分别达到15.8％和17.2％，而且，出于航运经济性和LPG远洋贸易运输量不断增长等因素考虑，LPG船型大型化趋势愈加明显，船队中VLGC的比重已经提升至66％，主力船型逐渐转向8万立方米以上。
船型的增大伴随其液罐的增大，而对建造液罐所使用的钢材的强度则提出了更高的要求，用户指出，70公斤级高强钢是目前建造大型LPG船即VLGC运输船急需的钢材之一。
关于低镍钢的专利，未见有相关申请。
关于LPG船用低镍钢的论文，是在钢中添加了Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、V、Ti、B、Al等许多种合金元素，且其使用温度为不低于-60°。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温储罐用低镍钢，低镍钢的最低使用温度由-60°下降到-80°。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低温储罐用低镍钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.05％～0.15％，Si：0.20％～0.60％，Mn：1.0％～1.70％，Ni：0.30％～1.0％，Cr：0.20％～0.70％，Mo：0.20％～0.70％，Nb：0.01％～0.05％，Ti：0.01％～0.05％，S：≤0.005％，P：≤0.008％，余量为Fe和杂质。
一种低温储罐用低镍钢制造方法：包括以下步骤：
(1)转炉+LF+真空精炼：LF炉造还原渣脱硫，调整成分，然后，钢液在真空炉内脱气，保证真空炉的保压时间为15～20min；测定H、O含量，保证[H]≤2ppm，[O]≤20ppm；
(2)连铸：全程保护浇注，减少连铸过程的二次氧化；
(3)板坯缓冷：连铸坯进缓冷坑缓冷，铸坯中的气体得到充分的扩散排出，缓冷时间≥48小时；
(4)轧制：钢坯采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，二阶段开轧温度≥850℃，终轧温度800±20℃。
(5)淬火+回火热处理：将室温钢板进加热炉，在880～940℃保温2～4min/mm淬火，在600～660℃保温4～6min/mm回火后空冷。
低温储罐用低镍钢的成分作用：
(1)碳：碳是提高钢强度最有效的化学元素，但同时，碳会大幅降低钢的韧性，破坏钢的焊接性能，综合考察，碳含量控制在0.05～0.15％对于低温储罐用低镍钢是合适的；
(2)硅：硅可以提高钢的强度，但对钢的韧性不利，将其含量控制在0.20～0.60％；
(3)锰：锰能提高钢的强度和韧性，但是锰含量过高时，会促进晶粒长大，产生回火脆性，锰含量应控制在1.0～1.70％；
(4)镍：镍能提高钢的强度，又能使钢获得优异的低温韧性，镍属于无限扩大奥氏体区的元素之一，因此，高镍钢经过调质处理后，可以获得完全细化的回火索氏体组织，钢的强韧性匹配良好，但是，镍属于稀缺资源，价格昂贵，将镍含量控制在0.30～1.0％；
(5)铬：铬能提高钢的淬透性，从而提高钢的强度，但是，铬属于缩小奥氏体区元素之一，且铬显著提高钢的脆性转变温度，因此，将其含量控制在0.20～0.70％；
(6)钼：钼能使钢的晶粒细化，显著提高钢的淬透性，一直钢的回火脆性，从而提高钢的强度，改善钢的韧性，但是，其价格较贵，因此，将其含量控制在0.20～0.70％；
(7)铌：铌能细化晶粒、降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，并改善焊接性能，将其含量控制在0.01～0.05％；
(8)钛：钛能细化晶粒、降低钢的时效敏感性及冷脆性，提高强度，并改善焊接性能，将其含量控制在0.01～0.05％；
(9)硫：硫在钢中易形成FeS和MnS夹杂，产生热脆现象，显著降低钢的韧性，因此，应尽量降低钢中的硫含量；
(10)磷：磷在钢中常偏聚于晶界，破坏基体的连续性，显著降低钢的韧性，使焊接性能变坏，易产生冷脆，因此，应尽量降低钢中的磷含量。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明低温储罐用低镍钢，其屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥25％，-80°V型冲击功≥150J，侧膨胀≥1.0；
(2)本发明减少了加入钢中的合金元素的种类，使钢的生产趋于简单化，降低了生产成本；
(3)控制轧制优化了钢的初始组织状态；
(4)淬火+回火处理，获得均匀细小的回火索氏体组织，使钢具有强度和低温韧性良好匹配的最佳综合机械性能；
(5)本发明通过严格控制连铸与轧制工艺，获得优质的初始钢板组织，并通过淬火+回火热处理，使得低镍钢的最低使用温度由-60°下降到-80°。可用于温度不低于-80°环境下的LPG液罐建造，可创造直接经济效益。
附图说明
图1为4％硝酸酒精溶液腐蚀的按实例一方案制造的钢板光学显微镜下放大200倍的组织照片，钢板微观组织为回火索氏体。
图2为4％硝酸酒精溶液腐蚀的按实例二方案制造的钢板在扫描电镜下放大500倍的组织照片，钢板微观组织为回火索氏体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
一种低温储罐用低镍钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.05％～0.15％，Si：0.20％～0.60％，Mn：1.0％～1.70％，Ni：0.30％～1.0％，Cr：0.20％～0.70％，Mo：0.20％～0.70％，Nb：0.01％～0.05％，Ti：0.01％～0.05％，S：≤0.005％，P：≤0.008％，余量为Fe和杂质。
一种低温储罐用低镍钢制造方法，包括以下步骤：
(1)转炉+LF+真空精炼：LF炉造还原渣脱硫，减少夹杂，调整成分。然后，钢液在真空炉内脱气，保证真空炉的保压时间为15～20min。测定H、O含量，保证[H]≤2ppm，[O]≤20ppm；
(2)连铸：全程保护浇注，减少连铸过程的二次氧化，降低钢中的夹杂物含量，提高钢的纯净度；
(3)板坯缓冷：连铸坯进缓冷坑缓冷，使铸坯中的气体得到充分的扩散排出，最大程度降低铸坯气体含量，缓冷时间≥48小时；
(4)轧制：钢坯采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，二阶段开轧温度≥850℃，终轧温度800±20℃。对于第一阶段高于1050℃的再结晶区轧制，是为了确保奥氏体有足够的延伸，充分发挥控制轧制的强化作用；对于高于850℃的未再结晶区轧制，是为了增大铁素体的有效形核面积，细化铁素体晶粒；终轧温度控制在800℃左右是为了避免轧后空冷过程中晶粒过度长大；
(5)淬火+回火热处理：将室温钢板进加热炉，在880～940℃保温2～4min/mm淬火，在600～660℃保温4～6min/mm回火后空冷。淬火+回火的目的是获得均匀细小的回火索氏体组织，使钢具有强度和低温韧性良好匹配的最佳综合机械性能。
低温储罐用低镍钢的冶炼采用转炉+LF+VD精炼，保证了对钢成分和钢中气体含量的精确控制；连铸过程全程保护浇注和板坯缓冷，保证铸坯的内部质量；控制轧制保证初始组织的细化；热处理采用淬火+回火工艺获得均匀细小的回火索氏体组织可以充分保证钢板的强度和低温韧性。
实施例一
低温储罐用低镍钢制造方法，包括以下步骤：
1)采用100吨氧气顶吹转炉冶炼，吹炼过程中做到碳温协调；
2)LF炉造还原渣脱硫，减少夹杂，调整成分。VD炉的保压时间为18min。测定H、O含量，[H]＝1.0ppm，[O]＝15ppm；
3)连铸过程全程保护浇注，铸坯规格300mm；
4)板坯进缓冷坑缓冷，缓冷60小时；
5)两阶段控制轧制，一阶段开轧温度1100℃，二阶段开轧温度870℃，终轧温度810℃，空冷；
6)热处理：将室温钢板进加热炉，在900℃保温2min/mm淬火，在620℃保温4min/mm回火后空冷。
实施例二
低温储罐用低镍钢制造方法，包括以下步骤：
1)采用100吨氧气顶吹转炉冶炼，吹炼过程中做到碳温协调；
2)LF炉造还原渣脱硫，减少夹杂，调整成分。VD炉的保压时间为18min。测定H、O含量，[H]＝1.2ppm，[O]＝16ppm；
3)连铸过程全程保护浇注，铸坯规格300mm；
4)板坯进缓冷坑缓冷，缓冷60小时；
5)两阶段控制轧制，一阶段开轧温度1100℃，二阶段开轧温度855℃，终轧温度790℃，空冷；
6)热处理：将室温钢板进加热炉，在910℃保温2min/mm淬火，在630℃保温4min/mm回火后空冷。
实施例三
低温储罐用低镍钢制造方法，包括以下步骤：
1)采用100吨氧气顶吹转炉冶炼，吹炼过程中做到碳温协调；
2)LF炉造还原渣脱硫，减少夹杂，调整成分。VD炉的保压时间为20min。测定H、O含量，[H]＝1.2ppm，[O]＝16ppm；
3)连铸过程全程保护浇注，铸坯规格300mm；
4)板坯进缓冷坑缓冷，缓冷60小时；
5)两阶段控制轧制，一阶段开轧温度1100℃，二阶段开轧温度850℃，终轧温度800℃，空冷；
6)热处理：将室温钢板进加热炉，在920℃保温2min/mm淬火，在630℃保温4min/mm回火后空冷。
钢板成分见表1。
表1：低温储罐用低镍钢化学成分wt％
C Si Mn P S Ni Cr Mo Nb Ti
实施例1 0.08 0.41 1.55 0.005 0.002 0.62 0.30 0.45 0.002 0.003
实施例2 0.10 0.40 1.62 0.005 0.002 0.50 0.37 0.35 0.003 0.003
实施例3 0.12 0.33 1.45 0.005 0.002 0.52 0.29 0.33 0.002 0.002
钢板性能见表2。
表2：低温储罐用低镍钢性能
Figure BDA0002254429410000051
本发明低温储罐用低镍钢，钢中仅加入少量Ni、Cr、Mo、Nb、Ti，通过控制轧制后采用淬火+回火处理，得到可用于温度不低于-80°环境下的LPG液罐用钢。
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (2)

1.一种低温储罐用低镍钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：C：0.05％～0.15％，Si：0.20％～0.60％，Mn：1.0％～1.70％，Ni：0.30％～1.0％，Cr：0.20％～0.70％，Mo：0.20％～0.70％，Nb：0.01％～0.05％，Ti：0.01％～0.05％，S：≤0.005％，P：≤0.008％，余量为Fe和杂质。
2.一种根据权利要求1所述的低温储罐用低镍钢制造方法：其特征在于，包括以下步骤：
(1)转炉+LF+真空精炼：LF炉造还原渣脱硫，调整成分，然后，钢液在真空炉内脱气，保证真空炉的保压时间为15～20min；测定H、O含量，保证[H]≤2ppm，[O]≤20ppm；
(2)连铸：全程保护浇注；
(3)板坯缓冷：连铸坯进缓冷坑缓冷，铸坯中的气体得到充分的扩散排出，缓冷时间≥48小时；
(4)轧制：钢采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，二阶段开轧温度≥850℃，终轧温度800±20℃；
(5)淬火+回火热处理：将室温钢板进加热炉，在880～940℃保温2～4min/mm淬火，在600～660℃保温4～6min/mm回火后空冷。
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