CN114341382B - 具有优异的低温侧向膨胀的压力容器用钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了具有优异的低温侧向膨胀的压力容器用钢板及其制造方法。根据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、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的Al、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质，并且所述钢板具有按面积分数计包含0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的钢显微组织。

Description

具有优异的低温侧向膨胀的压力容器用钢板及其制造方法

技术领域

本公开内容涉及用于低温压力容器、船舶、储罐、结构钢等的厚钢板及其制造方法，并且更特别地，涉及具有优异的侧向低温膨胀特性的抗拉强度为700MPa级的低温压力容器用钢板及其制造方法。

背景技术

用于低温用途的高强度厚钢板材料包含三相混合组织，所述三相混合组织包含残余奥氏体组织、回火马氏体组织和回火贝氏体组织，并且所述用于低温用途的高强度厚钢板材料需要在建造期间自身能够被用作用于低温用途的结构材料，并因此，需要具有优异的强度和侧向低温膨胀特性。

同时，通过典型的正火处理制造的高强度热轧钢可以具有铁素体和珠光体的混合组织。其相关领域的实例可以包括专利文献1中描述的发明。专利文献1中描述的发明提出了500MPa级的LPG用高强度钢，所述高强度钢按重量％计包含：0.08％至0.15％的C、0.2％至0.3％的Si、0.5％至1.2％的Mn、0.01％至0.02％的P、0.004％至0.006％的S、超过0％且少于或等于0.01％的Ti、0.05％至0.1％的Mo、3.0％至5.0％的Ni、以及剩余部分的Fe和其他不可避免的杂质，其中在钢组成中添加了Ni和Mo。

然而，由于以上专利文献1中描述的发明为通过典型的正火处理制造的钢，因此可能存在即使添加Ni，钢的侧向低温膨胀特性仍不足的问题。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侧向低温膨胀特性的高强度钢。

[相关技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利特许公开第2012-0011289号

发明内容

技术问题

本公开内容一个方面是提供了能够确保700MPa级的抗拉强度的低温压力容器用钢板及其制造方法，所述低温压力容器用钢板通过以下制造：通过控制冷却和热处理来控制钢板的显微组织以具有包含残余奥氏体、回火马氏体和回火贝氏体的三相混合显微组织。

然而，通过本公开内容解决的问题不限于上述方面。即，本领域技术人员可以根据以下说明清楚地理解本文中未描述的其他方面。

技术方案

在本公开内容的一个方面中，具有优异的强度和侧向低温膨胀特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、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的Al、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质，

其中钢显微组织按面积分数计包含：0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体。

在本公开内容的另一个方面中，制造具有优异的强度和侧向低温膨胀特性的低温压力容器用钢板的方法包括以下过程：

将钢坯在1050℃至1250℃下再加热，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、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的Al、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质；

通过对经再加热的钢坯以每道次5％至30％的压下率进行热轧并且在800℃或更高的温度下终止热轧来进行制造热轧钢板的热轧过程；

将制造的热轧钢板空气冷却，将经空气冷却的钢板在850℃至920℃的温度范围加热{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t意指钢的厚度(mm)]，然后将制造的热轧钢板水冷却至150℃或更低；

在690℃至760℃下对经水冷却的钢板进行中间热处理{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为钢的厚度(mm)]，然后将经水冷却的钢板水冷却至150℃或更低；以及

将经水冷却的钢板在600℃至660℃的范围回火{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为钢的厚度(mm)]。

在回火中获得的钢显微组织可以具有按面积分数计包含0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的显微组织。

有益效果

如上所述，可以有效地提供具有优异的强度和侧向膨胀特性的低温压力容器用钢板，所述低温压力容器用钢板可以在约-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内容。

首先，将描述本公开内容的具有优异的抗拉强度和侧向膨胀特性的低温压力容器用钢板。

本公开内容的钢板按重量％计包含：0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的A1、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质，并且钢板的具体组分和限制那些组分的原因如下。同时，在以下中，除非另有说明，否则“％”意指“重量％”。

C：0.05％至0.15％

对于本公开内容的钢板，优选的是添加在0.05％至0.15％的范围的C。当C的含量少于0.05％时，基体自身的强度降低，而当C的含量超过0.15％时，钢板的可焊性被大大损害。更优选地，将C的含量限制为0.08％至0.10％的范围。

Si：0.20％全0.40％

Si为用于脱氧效果、固溶强化效果和冲击转变温度提高效果而添加的组分，并且优选地添加0.20％或更多以实现这样的添加效果。然而，当Si添加超过0.40％时，可焊性劣化并且在钢板的表面上严重地形成氧化物膜，因此优选的是将Si的添加量限制为0.20％至0.40％。更优选地，将Si的含量限制为0.25％至0.30％的范围。

Mn：0.3％至0.6％

Mn与S一起形成作为细长的非金属夹杂物的MnS以降低室温延伸率和低温韧性，因此优选的是将Mn控制为0.6％或更少。然而，由于本公开内容的组分的特征，当Mn少于0.3％时，可能难以确保足够的强度，因此优选将Mn的量限制为0.3％至0.6％。更优选地，将Mn的含量限制为0.5％至0.6％的范围。

Al：0.02％至0.10％

与Si一起，Al为炼钢过程期间的强脱氧剂之一。当A1添加少于0.02％时，添加的效果不显著，而当Al添加超过0.10时，制造成本增加。因此，优选将Al的含量限制为0.02％至0.10％。

P：0.015％或更少

P为损害低温韧性的元素，但是在炼钢过程期间为除去P花费过多的成本，因此优选将P控制在0.015％或更少的范围内。

S：0.015％或更少

S也为与P一起不利地影响低温韧性的元素，但是类似于P，在炼钢过程期间为除去S可能花费过多的成本，因此将S控制在0.015％或更少的范围内是合适的。

Ni：4.5％至5.5％

Ni为用于改善低温韧性的最有效的元素。然而，当Ni以少于4.5％的量添加时，低温韧性劣化，而当Ni添加超过5.5％时，制造成本增加，因此优选在4.5％至5.5％的范围内添加Ni。更优选地，将Ni的含量限制为4.8％至5.2％的范围。

Mo：0.2％至0.4％

Mo为用于淬透性和强度改善的非常重要的元素，并且当Mo以少于0.2％的量添加时，可能无法预期添加的效果，而当Mo超过0.4％时，Mo为昂贵且不经济的，因此优选将Mo限制为0.4％或更少。更优选地，将Mo的含量限制为0.25％至0.30％的范围。

Pd：0.001％至0.15％

在本公开内容中，Pd为具有良好的延展性和可锻性的金属，并且为用于提高侧向膨胀特性的重要元素。然而，当Pd以少于0.001％的量添加时，可能无法预期添加的效果，并且由于Pd为昂贵的元素，因此当Pd的添加量的上限超过0.15％时，Pd为昂贵且不经济的，因此优选将Pd限制为0.15％或更少。更优选地，将Pd的含量限制为0.05％至0.10％的范围。

另一方面，本公开内容的钢板具有按面积％计包含0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的钢显微组织。

当回火贝氏体分数少于25％时，回火马氏体的量可能变得过量并且钢板的低温韧性可能劣化。另一方面，当回火贝氏体分数超过85％时，可能难以确保钢板的目标强度。

当残余奥氏体面积分数为0.5％或更少时，低温韧性(即，侧向膨胀特性)可能被损害，而当残余奥氏体面积分数超过5.0％时，强度降低，因此优选将残余奥氏体面积分数限制为0.5％至5.0％的范围。

具有上述钢组成组分和显微组织的本公开内容的钢板可以有效地保持700MPa级的抗拉强度并且即使在低温温度下也具有优异的侧向膨胀特性。

接下来，将描述本公开内容的用于制造钢板的方法。

本公开内容的制造钢板的方法包括以下过程：将上述合金组成的钢坯在1050℃至1250℃下再加热；通过对经再加热的钢坯以每道次5％至30％的压下率进行热轧并且在800℃或更高的温度下终止热轧来进行制造热轧钢板的热轧过程；将制造的热轧钢板空气冷却，将经空气冷却的钢板在850℃至920℃的温度范围加热，然后将制造的热轧钢板水冷却至150℃或更低；在690℃至760℃下对经水冷却的钢板进行中间热处理，然后将经水冷却的钢板水冷却至150℃或更低；以及将经水冷却的钢板在600℃至660℃的范围回火。即，本公开内容的压力容器用钢可以通过满足上述合金组成的钢坯的[再加热-热轧和冷却-热处理和冷却-回火]过程来制造。在下文中，将详细地描述各个过程条件。

[将钢坯再加热]

首先，优选将满足上述合金组成的钢坯再加热至1050℃至1250℃的温度范围。在这种情况下，当再加热温度低于1050℃时，可能难以溶解溶质原子，而当再加热温度超过1250℃时，奥氏体晶粒尺寸变得太粗大，这由于损害钢的物理特性而可能不是优选的。

[热轧和冷却]

接下来，在本公开内容中，通过对经再加热的钢坯以每道次5％至30％的压下率进行热轧并且在800℃或更高的温度下终止热轧来进行制造热轧钢板的热轧过程。

当热轧期间每道次的压下率小于5％时，则存在制造成本由于轧制生产率的降低而增加的问题，而当每道次的压下率超过30％时，在轧机上产生负荷，这由于对设备具有重大不利影响而可能不是优选的。优选在800℃或更高的温度下终止轧制。这是因为轧制至800℃或更低的温度可能导致轧机上的负荷。将制造的热轧钢板空气冷却。

[热处理]

接下来，在本公开内容中，将经空气冷却的热轧钢板在850℃至920℃的温度范围加热{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为钢的厚度(mm)]并将其水冷却至150℃或更低。

当水冷却之前的加热温度低于850℃时，不会发生奥氏体化，而当加热至超过920℃的温度时，晶粒尺寸太粗大，这可能损害韧性。

优选如上所述将经轧制的钢板在一定温度下热处理一定时间段。具体地，将经空气冷却的热轧钢板在850℃至920℃的温度范围加热{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为钢的厚度(mm)]并将其水冷却至150℃或更低。

[中间热处理]

在本公开内容中，使经水冷却的钢板在690℃至760℃的温度范围经受中间热处理保持{(2.4×t)+(10至30)}分钟(其中t为钢的厚度(单位mm))，然后用水将其冷却至150℃或更低。

当热处理期间的温度低于690℃时，可能难以再溶解固体溶质元素，因此可能难以确保目标强度，而当温度超过760℃时，存在可能发生晶粒生长而损害低温韧性的风险。

此外，当上述温度范围的热处理期间的保持时间少于{(2.4×t)+10}分钟时，可能难以使组织均质化，而当保持时间超过{(2.4×t)+30}分钟时，其由于损害生产率而不是优选的。

[回火]

接下来，在本公开内容中，将经冷却的热轧钢板在600℃至670℃的范围回火{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为钢的厚度(mm)]。当回火处理期间的温度低于600℃时，由于细小析出物的析出困难而可能难以确保目标强度，而当温度超过670℃时，存在可能发生析出物的生长而损害强度和低温韧性的风险。

此外，当上述温度范围的回火处理期间的保持时间少于{(2.4×t)+10}分钟时，可能难以使组织均质化，而当保持时间超过{(2.4×t)+30}分钟时，其由于损害生产率而不是优选的。

另一方面，通过回火过程，可以获得根据本公开内容的具有优异的抗拉强度和侧向膨胀特性的低温压力容器用钢板，所述低温压力容器用钢板具有按面积％计包含0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的钢显微组织。

发明实施方式

在下文中，将参照实施例更详细地描述本公开内容。

(实施例)

在制备具有下表1中示出的组成组分的各个钢坯之后，将这些钢坯在1050℃至1250℃的温度范围再加热。分别对经再加热的钢板以每道次5％至30％的压下率进行热轧以制造热轧钢板。然后，在将由此制造的热轧钢板空气冷却之后，使经空气冷却的热轧钢板在表2中示出的条件下经受热处理、中间热处理和回火以制造压力容器钢板。在这种情况下，使热处理时间、中间热处理时间和回火时间保持恒定：对于钢类型a为80分钟、对于钢类型b为105分钟、以及对于钢类型c为140分钟。

使用图像分析仪测量如上所述制造的钢板的显微组织中的回火贝氏体和残余奥氏体的相分数，所述相分数示于下表2中。在这种情况下，钢板的测量位置为t/4点。此外，评估制造的钢板的屈服强度、抗拉强度和侧向膨胀特性，并将结果示于下表2中。同时，在下表2中，侧向膨胀特性显示评估通过在-150℃下对具有V型缺口的试样进行夏氏冲击测试而获得的侧向膨胀值的结果。抗拉应力等显示根据拉伸测试标准ASTM A20和ASTM E8测量的结果。

表1

表2

如表1和表2中示出的，在其中钢组成组分和制造过程条件满足本公开内容的范围的发明例1至6的情况下，可以确定在回火处理之后，可以获得按面积分数计15％至80％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体。因此，可以看出与比较材料1和2相比，屈服强度和抗拉强度高出约100MPa，延伸率也高出10％或更大，并且-150℃下的低温侧向膨胀也提高1.5mm或更大。

如上所述，已经在本公开内容的详细描述中描述了本公开内容的示例性实施方案，但是在不脱离本公开内容的范围的情况下，本公开内容所属领域的普通技术人员可以进行各种修改。因此，本公开内容的范围不被解释为限于上述实施方案，而是应由所附权利要求书及其等同方案限定。

Claims (3)

1.一种具有优异的强度和侧向低温膨胀特性的低温压力容器用钢板，所述钢板按重量％计包含：

0.05％至0.15％的C、0.20％至0.40％的Si、0.3％至0.6％的Mn、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的Al、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质，

其中钢显微组织按面积分数计包含：0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体。

2.一种制造具有优异的强度和侧向低温膨胀特性的低温压力容器用钢板的方法，所述方法包括：

将钢坯在1050℃至1250℃下再加热，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、0.015％或更少的P、0.015％或更少的S、0.02％至0.10％的Al、4.5％至5.5％的Ni、0.2％至0.4％的Mo、0.001％至0.15％的Pd、以及剩余部分的Fe和不可避免的杂质；

通过对经再加热的钢坯以每道次5％至30％的压下率进行热轧并且在800℃或更高的温度下终止所述热轧来进行制造热轧钢板的热轧过程；

将所制造的热轧钢板空气冷却，将经空气冷却的钢板在850℃至920℃的温度范围加热{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t意指钢的厚度(mm)]，然后将所制造的热轧钢板水冷却至150℃或更低；

在690℃至760℃下对经水冷却的钢板进行中间热处理{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为所述钢的厚度(mm)]，然后将所述经水冷却的钢板水冷却至150℃或更低；以及

将所述经水冷却的钢板在600℃至660℃的区间回火{2.4×t+(10至30)}分钟[其中t为所述钢的厚度(mm)]。

3.根据权利要求2所述的制造具有优异的强度和侧向低温膨胀特性的低温压力容器用钢板的方法，其中所述回火中获得的钢板具有按面积分数计包含0.5％至5.0％的残余奥氏体、25％至85％的回火贝氏体和剩余部分的回火马氏体的显微组织。