CN112912527A - 具有优异的低温韧性和优异的延展性的压力容器用钢板及其制造方法 - Google Patents

具有优异的低温韧性和优异的延展性的压力容器用钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供了具有优异的低温韧性和优异的延展性的压力容器用钢板、及其制造方法。本发明的压力容器用钢板按重量％计包含：0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.001％至0.05％的Al、0.012％或更少的P、0.015％或更少的S、4.0％至5.0％的Ni、0.001％至0.10％的In，以及余量为Fe和不可避免的杂质，其中钢显微组织包含15面积％至80面积％的回火贝氏体，以及余量为回火马氏体。

Description

具有优异的低温韧性和优异的延展性的压力容器用钢板及其 制造方法
技术领域
本公开涉及用于低温压力容器、船舶、储罐、结构钢等的钢板、及其制造方法，并且更特别地，涉及具有优异的低温韧性和延展性的700MPa级低温压力容器用钢板、及制造其的方法。
背景技术
用于低温的高强度厚板钢包含回火马氏体组织、残留奥氏体组织和回火贝氏体组织的混合组织，由于这样的钢材应当能够在建造期间用作低温结构材料，因此需要低温韧性和延展性。
另一方面，同样地，用于低温用途的高强度结构钢需要优异的低温韧性和延展性，并且通过相关技术正火处理制造的高强度热轧钢具有铁素体和珠光体的混合组织。作为其实例，可以提供专利文献1中描述的发明。
专利文献1公开了500MPa级LPG用高强度钢，所述高强度钢按重量％计包含：C：0.08％至0.15％、Si：0.2％至0.3％、Mn：0.5％至1.2％、P：0.01％至0.02％、S：0.004％至0.006％、Ti：多于0％至0.01％或更少、Mo：0.05％至0.1％、Ni：3.0％至5.0％、余量的Fe、和其他不可避免的杂质，并且其特征在于在钢组成中添加了Ni和Mo。
然而，以上公开中描述的发明具有的问题在于：由于钢材通过一般的正火制造，因此即使当添加Ni等时钢材的低温韧性和延展性也不足。
因此，在用于低温压力容器、船舶、储罐、结构钢等的高强度厚钢板中，需要开发具有优异的低温韧性和延展性的高强度钢。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国专利公开第2012-0011289号
发明内容
技术问题
因此，为了防止相关技术的问题，本公开的一个方面提供了低温压力容器用钢板、制造其的方法，在所述低温压力容器用钢板中提供了通过控制冷却和热处理过程而制造的钢的组织作为回火贝氏体和回火马氏体的混合组织，并因此可以确保700MPa级的抗拉强度。
然而，通过本公开要解决的问题不限于以上提及的问题，并且本领域技术人员将从以下描述中清楚地理解未提及的其他问题。
技术方案
根据本公开的一个方面，具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板按重量％计包含：
0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.001％至0.05％的Al、0.012％或更少的P、0.015％或更少的S、4.0％至5.0％的Ni、0.001％至0.10％的In、余量的Fe和不可避免的杂质。
钢板的钢显微组织包含15面积％至80面积％的回火贝氏体和余量的回火马氏体。
In的含量可以在0.05重量％至0.08重量％的范围内。
根据本公开的另一个方面，制造具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板的方法包括：
在1050℃至1250℃下对钢坯进行再加热，钢坯按重量％计包含：0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.001％至0.05％的Al、0.012％或更少的P、0.015％或更少的S、4.0％至5.0％的Ni、0.001％至0.10％的In、余量的Fe和不可避免的杂质。
以每道次5％至30％的压下率对经再加热的钢坯进行热轧，以及在800℃或更高的温度下终止轧制；
在热轧之后的30秒内以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率对热轧钢板进行一次冷却；
在690℃至760℃的温度下对经一次冷却的钢板进行中间热处理{2.4×t+10}分钟至{2.4×t+30}分钟，其中t为钢板的厚度(mm)，然后以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率对钢板进行二次冷却；以及
在600℃至670℃的温度下对经二次冷却的钢板进行回火{2.4×t+10}分钟至{2.4×t+30}分钟，其中t为钢板的厚度(mm)。
通过回火获得的钢显微组织可以包含15面积％至80面积％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体。
有益效果
根据具有如上所述的配置的本公开的一个示例性实施方案，提供了具有优异的韧性和延展性的低温压力容器用钢板，所述钢板可以在约-150℃的低温下稳定地使用同时满足700MPa级的抗拉强度。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本公开的示例性实施方案。
首先，根据本公开的一个示例性实施方案的具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板按重量％计包含：C：0.05％至0.15％、Si：0.20％至0.40％、Mn：0.3％至0.6％、Al：0.001％至0.05％、P：0.012％或更少、S：0.015％或更少、Ni：4.0％至5.0％、In：0.001％至0.10％、余量的Fe和不可避免的杂质。详细的钢组成组分和限制组分的原因如下，并且在以下钢组成组分的描述中，％表示重量％。
C：0.05％至0.15％
在本公开的一个示例性实施方案中，可以优选地将钢板中的C含量限制在0.05％至0.15％的范围内。如果C含量少于0.05％，则基体自身的强度降低，而如果超过0.15％，则钢板的可焊接性大大受损。
Si：0.20％至0.40％
在本公开中，Si是为了脱氧效果、固溶强化效果以及提高冲击转变温度的效果而添加的组分，以及可以优选地添加0.20％或更多以获得这样的添加效果。然而，如果其添加超过0.40％，则可焊接性降低并且在钢板的表面上严重地形成氧化膜，因此，可以优选地将含量限制为0.20％至0.40％。
Mn：0.3％至0.6％
在本公开中，由于Mn与S一起形成作为细长的非金属夹杂物的MnS，从而使室温延伸率和低温韧性降低，因此可以优选地将Mn含量控制为0.6％或更少。然而，由于本公开中的组分的性质，如果Mn少于0.3％，则难以确保适当的强度，因此，可以优选的是，可以将Mn的量限制为0.3％至0.6％。
Al：0.001％至0.05％
在本公开中，Al与Si是炼钢过程中的强脱氧剂之一，并且如果Al含量少于0.001％，则其效果不明显，而如果其添加超过0.05％，则制造成本可能增加，因此，可以优选地将含量限制为0.001％至0.05％。
P：0.012％或更少
在本公开中，P是损害低温韧性的元素，此外在炼钢过程中除去P需要过多的成本，因此，可以优选地将P含量控制为0.012％或更少。
S：0.015％或更少
在本公开中，S也是与P一起不利地影响低温韧性的元素，此外由于与P相似地在炼钢过程中除去S可能花费过多的成本，因此可以优选地将S含量控制为0.015％或更少。
Ni：4.0％至5.0％
在本公开中，Ni是用于改善低温韧性的最有效元素。然而，如果其量少于4.0％，则低温韧性降低，而如果量超过5.0％，则制造成本可能增加。因此，可以优选地添加在4.0％至5.0％范围内的Ni。
In：0.001％至0.1％
在本公开中，In是低熔点金属，并且是提高延展性的重要元素。然而，如果量少于0.001％，则不能预期添加的效果，而如果其添加超过0.1％，则其可能在连铸过程期间作为粗大的析出物而出现，并且可能损害低温韧性。因此，可以优选地将In含量限制为0.001％至0.1％。
更优选地，In可以以0.05％至0.08％的范围添加。
另一方面，根据本公开的一个示例性实施方案的钢板具有包含25面积％至80面积％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的钢显微组织。如果回火贝氏体分数小于15％，则回火马氏体的量过多，并且钢板的低温韧性可能劣化。另一方面，如果其超过80％，则可能难以确保钢板的目标强度。
具有上述钢组成组分和显微组织的钢板可以具有优异的延展性和低温韧性，并且可以有效地保持700MPa级的抗拉强度。
接下来，将描述根据本公开的一个示例性实施方案的制造具有优异的延展性和低温韧性的低温压力容器用钢板的方法。
作为根据本公开的一个示例性实施方案的压力容器用钢材，可以通过[再加热-热轧和冷却-热处理和冷却-回火]的过程来制造满足本公开中提出的合金组成的钢坯。在下文中，将详细地描述各个过程条件。
钢坯的再加热
首先，在本公开的一个示例性实施方案中，可以优选地将满足上述合金组成的钢坯再加热至1050℃至1250℃的温度。在这种情况下，如果再加热温度低于1050℃，则难以使溶质原子溶解，然而如果再加热温度超过1250℃，则奥氏体晶粒尺寸变得太粗大，从而损害钢的特性，这不是优选的。
热轧和一次冷却
随后，在本公开中，对经再加热的钢坯进行热轧以制造热轧钢板。在这种情况下，热轧可以优选地以每道次5％至30％的压下率进行。
如果热轧期间的每道次压下率小于5％，则存在制造成本可能由于轧制生产率的降低而增加的问题。另一方面，如果热轧期间的每道次压下率超过30％，则可能因在轧机上产生载荷而导致对设备的重大不利影响，这不是优选的。可以优选地在800℃或更高的温度下进行精轧(finish rolling)。轧制至低于800℃的温度在轧机上导致载荷，这不是优选的。
在热轧之后的30秒内，以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率进行一次冷却(水冷却)的过程。如果在热轧之后冷却之前超过30秒，则钢板的温度过度降低，导致低淬透性，使得可能无法获得所需的贝氏体+马氏体组织。此外，如果冷却速率低于2.5℃/秒，则可能获得铁素体组织，并且为了获得超过50℃/秒的冷却速率，需要超出必要的冷却设备，这不是优选的。
热处理和二次冷却
可以优选地使经一次冷却的热轧钢板在预定温度下经历预定时间的热处理。详细地，热处理可以优选地在690℃至760℃的温度下保持{(2.4×t)+10}分钟至{(2.4×t)+30}分钟(其中t为钢板的厚度(单位：mm))。
如果热处理期间的温度低于690℃，则难以进行固溶体中的溶质元素的再固溶，因此可能难以确保目标强度，然而如果温度超过760℃，则发生晶粒生长，因此，低温韧性可能劣化。
如果在上述温度范围内热处理期间的保持时间小于{(2.4×t)+10}分钟，则难以使组织均匀化，然而如果其超过{(2.4×t)+30}分钟，则生产率降低，这不是优选的。
然后，在本公开中，可以优选地以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率对经热处理的热轧钢板进行二次冷却(水冷却)至室温。
如果冷却期间的冷却速率小于2.5℃/秒，则存在可能产生粗大的铁素体晶粒的问题，而如果冷却速率超过50℃/秒，则由于因过多的冷却设备而使经济性降低，因此可能不是优选的。
回火
随后，在本公开中，在600℃至670℃的温度下将经二次冷却的热轧钢板回火{2.4×t+10}分钟至{2.4×t+30}分钟[其中t为钢材的厚度(mm)]。如果回火处理期间的温度低于600℃，则可能由于细小析出物的析出困难而难以确保目标强度。另一方面，如果温度超过670℃，则发生析出物的生长，并且存在可能损害强度和低温韧性的问题。
如果在上述温度范围内的回火处理期间的保留时间小于{(2.4×t)+10}分钟，则可能难以使组织均匀化，然而如果其超过{(2.4×t)+30}分钟，则由于生产率降低，因此不是优选的。
通过回火过程获得的钢显微组织可以包含15面积分数(％)至80面积分数(％)的回火贝氏体和余量的回火马氏体。
发明实施方式
在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开。
(实施例)
在制备具有表1中所示的组成组分的各个钢坯之后，在1050℃至1250℃的温度下对这些钢坯分别进行再加热。此外，以每道次5％至30％的压下率对这些经再加热的钢板中的每一者进行热轧，并且此时，如表2中所示控制热轧结束温度。然后，热轧钢板中的每一者在热轧之后的30秒内在表2的条件下被一次冷却，然后在表2的条件下经历热处理。随后，将经热处理的热轧钢板二次冷却至室温，然后在表2中所示的条件下对经二次冷却的钢板进行回火。
如上所述，对所制造的钢板的屈服强度、抗拉强度和低温韧性进行评估，并且结果也示于下表2中。另一方面，在下表2中，低温韧性是用通过在-150℃下对具有V型缺口的试样进行夏比冲击试验而获得的夏比冲击能量值评估的结果。此外，根据ASTM A20、A370和E8进行了用于测量抗拉强度和屈服强度的拉伸试验。
[表1]
Figure BDA0003032665790000081
[表2]
Figure BDA0003032665790000082
-在表2中，A*为热轧结束温度(℃)，B*为一次冷却(水冷却)速率(℃/秒)，C*为热处理温度(℃)，D*为热处理时间(分钟)，E*为回火温度(℃)，F*为回火时间(小时)，G*为回火贝氏体分数(％)，以及H*为-150℃冲击韧性值(J)。
如表1和表2中所示，在其中钢组成组分和制造过程条件满足本公开的范围的发明例1至6的情况下，在回火处理之后，可以获得15面积％至80面积％的回火贝氏体组织和剩余部分的回火马氏体组织，因此，可以看出与比较例1至6相比，屈服强度和抗拉强度分别优异了约100MPa和80MPa，此外，延伸率优异了10％以上，以及-150℃低温韧性也优异了100J或更大。
同时，在其中满足本公开中提出的钢组成组分范围，但制造过程条件在本公开的范围之外的比较例1和2中，以及在其中钢制造过程条件在本公开的范围之内，但钢组成组分在本公开的范围之外的比较例2至4中；可以看出难以确保所需的显微组织以及难以确保所需的物理特性。
此外，在其中不仅钢组成组分而且制造过程条件都在本公开的范围之外的比较例5和6中，可以确定难以确保所需的显微组织并且难以确保所需的物理特性。
如上所述，在本公开的详细描述中，已经描述了本公开的示例性实施方案，但是在不脱离本公开的范围的情况下，本公开所属领域中的普通技术人员可以做出各种修改。因此，本公开的范围不限于所描述的实施方案且不应由所描述的实施方案来确定，而应由稍后描述的权利要求书以及与其等同的那些来确定。

Claims (5)

1.一种具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板，按重量％计包含：
0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.001％至0.05％的Al、0.012％或更少的P、0.015％或更少的S、4.0％至5.0％的Ni、0.001％至0.10％的In、余量的Fe和不可避免的杂质，
其中钢显微组织包含15面积％至80面积％的回火贝氏体和余量的回火马氏体。
2.根据权利要求1所述的具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板，其中In的含量在0.05重量％至0.08重量％的范围。
3.一种制造具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板的方法，所述方法包括：
在1050℃至1250℃下对钢坯进行再加热，所述钢坯按重量％计包含：0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.001％至0.05％的Al、0.012％或更少的P、0.015％或更少的S、4.0％至5.0％的Ni、0.001％至0.10％的In、余量的Fe和不可避免的杂质；
以每道次5％至30％的压下率对经再加热的钢板进行热轧，以及在800℃或更高的温度下终止轧制；
在热轧之后的30秒内以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率对热轧钢板进行一次冷却；
在690℃至760℃的温度下对经冷却的钢板进行中间热处理{2.4×t+10}分钟至{2.4×t+30}分钟，其中t为钢板的厚度(mm)，然后以2.5℃/秒至50℃/秒的冷却速率对所述钢板进行二次冷却；以及
在600℃至670℃的温度下对经二次冷却的钢板进行回火{2.4×t+10}分钟至{2.4×t+30}分钟，其中t为钢板的厚度(mm)。
4.根据权利要求3所述的制造具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板的方法，其中通过所述回火获得的钢显微组织包含15面积％至80面积％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体。
5.根据权利要求3所述的制造具有优异的低温韧性和延展性的低温压力容器用钢板的方法，其中In的含量为0.05％至0.08％。
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