CN114381652B

CN114381652B - 一种低密度移动压力容器用耐蚀钢、钢板及其制造方法

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Publication number: CN114381652B
Application number: CN202011118072.8A
Authority: CN
Inventors: 杨秀利; 侯洪; 刘文斌
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: CN114381652A

Abstract

本发明公开了一种低密度移动压力容器用耐蚀钢，其除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.077～0.13％，Si：0.15～0.27％，Mn：1.3～2.8％，Ni：0.22～0.35％，Al：3.5～6.7％，V：0.02～0.13％，Ti：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.03％。相应地，本发明还公开了一种由上述低密度移动压力容器用耐蚀钢制得的钢板，该钢板的制造方法包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)两阶段轧制：其中第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制；(3)调制热处理：其中淬火温度为880～940℃，保温时间为2.3～2.5min/mm×板厚，水冷速度为20℃/s～35℃/s；回火温度为660～690℃，保温时间为4.0～4.5min/mm×板厚，然后空冷至室温；其中板厚的单位参量为mm。

Description

一种低密度移动压力容器用耐蚀钢、钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢、钢板及其制造方法，尤其涉及一种压力容器用耐蚀钢、钢板及其制造方法。

背景技术

移动式压力容器具有装载量大、运输手段灵活与运输成本低廉等特点，其在国民经济迅速发展过程中起着非常重要的作用。近年来，随着国内能源需求逐年增加，石油天然气等储存及运输用车辆的需求也随之快速增加。

然而，需要说明的是，移动式压力容器储运的介质绝大部分是易燃、易爆以及有害等液化气体、低温液体及永久气体，如液化石油气、环氧乙烷、液氧、液氮、液氢、液态二氮化碳、液化天然气以及压缩天然气、氢气等。这就要求移动式压力容器用钢需要在低温使用环境下兼具轻量化和强耐蚀性。

据调查，目前我国现有的压力容器钢仍然不能完全满足大型罐车轻自重、大装载量的发展要求，相关制造单位一直采用国外进口材料制造压力容器，这大大限制了液化气体罐车的大型化(高参数)发展。

例如：公开号为CN106011653B，公开日为2018年2月6日，名称为“高强度高韧性低密度钢及其制造方法”的中国专利文献，公开了一种高强度高韧性低密度钢，其包括：C：0.1～0.6％，Al：4.5～7.5％，Mn+Cr+Mo+Ni+Cu之和少于10％，其余为Fe及不可避免的夹杂；对待轧制钢进行热轧，冷却至不再发生相变，得到热轧钢；将热轧钢加热至低于临界温度点Ac1以下5～40℃区间，保温6h以上，冷却，得到高强度高韧性低密度钢。该专利文献主要通过高碳高铝的成分设计和常规热轧工艺获得珠光体+铁素体+少量碳化物的组织，所制得的钢虽然具有较高的强度，但低温韧性优势不足，也没有涉及抗腐蚀的使用特性。

又例如：公开号为CN105886909B，公开日为2017年8月11日，名称为“一种抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法”的中国专利文献，公开了一种抗氢致开裂压力容器钢板，该钢板由以下重量百分含量的组分组成：C:0.16～0.20％，Si:0.15～0.40％，Mn:1.05～1.20％，P:≤0.008％，S:≤0.002％，Nb:≤0.01％，V:≤0.01％，Ti:≤0.01％，B:≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.42％。钢板具有较高的强度和低温冲击韧性、较低的硬度和良好的抗HIC性能，钢板具有较细的晶粒和较低的非金属夹杂物含量，且不存在明显带状组织，在高温长时间模拟焊后热处理后，钢板的强度和低温冲击韧性不明显减弱。该专利文献所公开的钢材的主要优势是带状组织级别为0.5，具有优良的抗酸腐蚀性能和低温韧性，但是其室温屈服强度均值仅为370MPa，也不具备低密度的特性。

再例如：公开号为CN102363856A，公开日为2012年2月29日，名称为“一种稀土处理的高强高韧耐蚀钢板及其制备方法”的中国专利文献，公开了一种高强高韧耐蚀钢板，其由以下重量百分含量的组分组成：C：0.04-0.09％，Si：0.25-0.50％，Mn：1.4-1.7％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr≤0.45％，Mo≤0.20％，Nb：0.04-0.05％，Ti：0.005-0.020％，B：0.0005-0.0025％，RE(Ce)：≤0.0250％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明还涉及上述钢的如下制造方法：浇铸成钢锭，加热温度为1180-1220℃，保温时间为120-180分钟，第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，终轧温度为810-840℃；出水后空冷。该专利文献主要通过稀土处理，获得了细化贝氏体为主的基体组织，从而获得了强度、塑性和韧性的良好匹配，同时钢板具有良好的抗HIC和SSC腐蚀性能。但是采用该专利文献制得的高强高韧耐蚀钢板的低温韧性较差，仅满足-20℃低温性能要求，其也不涉及低密度的特性。

基于此，为了克服现有技术中已有压力容器钢不能完全满足大型罐车轻自重、大装载量的发展要求的问题，期望获得一种低成本的低密度移动压力容器用耐蚀钢，该低密度移动压力容器用耐蚀钢不仅具有优异的耐腐蚀性，同时还具有较高的强度和良好的低温韧性，其可以有效应用于移动式压力容器罐体制造中，不仅可直接降低车身重量，还可增加罐体刚度，具有良好的推广前景和应用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低密度移动压力容器用耐蚀钢，本发明通过合理的化学成分设计，可以获得具有优良抗腐蚀性能和良好强韧性匹配性能的低密度移动压力容器用耐蚀钢。该低密度移动压力容器用耐蚀钢的生产成本较低，适宜规模生产，能够有效应用于移动式压力容器制造中，具有良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低密度移动压力容器用耐蚀钢，其除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

C：0.077～0.13％，Si：0.15～0.27％，Mn：1.3～2.8％，Ni：0.22～0.35％，Al：3.5～6.7％，V：0.02～0.13％，Ti：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.03％。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，其各化学元素质量百分含量为：

C：0.077～0.13％，Si：0.15～0.27％，Mn：1.3～2.8％，Ni：0.22～0.35％，Al：3.5～6.7％，V：0.02～0.13％，Ti：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.03％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明上述技术方案中，本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢在化学成分设计中，采用了在C、Mn基础上主要添加Al和适量Ti、Ni、V、Nb的成分设计，其成分设计比较简单。

需要说明的是，目前市场上主要通过添加高强元素如：Cr、Mo、Nb、V、Ti等来提高钢材强度，进而实现钢板的减薄，达到轻量化的目的，这样的设计势必导致钢材生产成本的增加。

与现有技术中不同的是，本发明是在Fe-Mn基础上主要添加A1元素的低密度钢，本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢能够有效应用于移动式压力容器罐体制造，不仅可直接降低车身重量，还可增加罐体刚度，其具有良好的推广前景和应用价值，可以带来巨大的经济效益。

具体来说，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，C是重要的固溶强化元素，其对钢板强度、低温韧性及焊接性能影响较大，在钢中与Mn和Al元素形成κ碳化物(Fe，Mn)₃AlC或渗碳体(Fe，Mn)₃C。需要注意的是，当本发明钢中C元素含量过低时，残余奥氏体的含量和力学稳定性相对较低，因而钢板的强度和延展性均较低；而当钢中C元素含量过高时，片层状碳化物和分布在铁素体晶界处的碳化物颗粒粗大，从而会降低钢板的轧制变形能力。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将C元素的质量百分含量控制在0.077～0.13％之间。

Si：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Si可以作为主要的脱氧剂，但由于钢中Al元素含量较高，Si元素的脱氧作用不大，但是Si可以有效提高钢中固溶体的硬度和强度，提高钢板的屈服强度和抗拉强度，增强钢的耐蚀性，提高钢的局部腐蚀抗力。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Si元素的质量百分含量控制在0.15～0.27％之间。

Mn：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn可以和Fe形成固溶体，从而降低相变温度，细化组织亚结构。钢中加入适当的Mn，可以有效提高淬透性，起到固溶强化的作用。但需要注意的是，钢中Mn元素含量不宜过高，当钢中Mn元素含量增加时，会加重钢的过热敏感性和回火脆性倾向。因此，综合考虑Mn对低密度移动压力容器用耐蚀钢的性能改善效果和不利影响，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Mn元素的质量百分比控制在1.3～2.8％之间。

Ni：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Ni具有同时提高钢板强度、延伸率和低温韧性的功能。同时Ni还可以有效减轻钢板在轧制过程中的晶间开裂，提高钢板的耐大气腐蚀性。Ni是一种很贵重元素，钢中Ni元素含量不宜过高，过高的Ni不仅会硬化焊接热影响区，对钢板的焊接性不利还会大大提高生产成本。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Ni元素的质量百分比控制在0.22～0.35％之间。

Al：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Al是钢中铁素体形成元素，同时也是轻质元素，Al元素的密度为2.7g/cm³，Fe的密度为7.85g/cm³，添加Al元素可显著降低钢板的密度，同时Al能增加层错能，并强烈抑制钢中残余奥氏体在形变时被诱导发生马氏体相变。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Al元素的质量百分比控制在3.5～6.7％之间。

V：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，少量的V可以有效细化合金钢晶粒，增加钢材的韧性，同时改善钢的焊接性能。但需要注意的是，钢中V元素含量不宜过高，当钢中V元素含量过高时，会产生V₄C₃在晶内的弥散析出，将导致钢韧性的降低。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将V元素的质量百分比控制在0.02～0.13％之间。

Ti：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Ti元素可以与C、N结合会形成Ti(C,N)、TiN和TiC，在形核时有效阻止晶粒长大，细化晶粒，提高钢的强度和韧性，但考虑钢的淬透性和焊接性，钢中Ti元素含量不宜过高。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Ti元素的质量百分比控制在0.02～0.05％之间。

Nb：在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，Nb是碳化物形成元素，Nb元素可以与C、N结合会形成Nb、Nb(C,N)等第二相质点，从而阻碍奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。但钢中Nb元素含量不宜过高，钢中Nb元素含量过高时易产生晶间裂纹。因此，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，将Nb元素的质量百分比控制在0.01％～0.03％之间。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：

0＜Cu≤0.2％；

0＜Zr≤0.12％。

在上述技术方案中，本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中添加适量的Cu和Zr元素均可以进一步地改善钢板的性能。

需要说明的是，Cu元素的作用与Ni元素相近，具有良好的抗大气腐蚀性能，但钢中Cu元素含量过高时会对钢的热变形加工能力产生不利，因此在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，可以将Cu元素的质量百分比控制为0＜Cu≤0.2％。

相应地，Zr在钢中的作用与Ti、Nb和V的作用类似，含量低时有脱氧、净化和细化晶粒的作用，但Zr的价格昂贵会增加生产成本，因此在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，可以将Zr元素的质量百分比控制为0＜Zr≤0.12％。

上述元素的加入会增加材料的成本，综合考虑到性能与成本控制，在本发明所述的技术方案中，可以优选地添加上述元素的至少其中之一。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，在不可避免的杂质中：P≤0.008％，S≤0.003％。

在上述技术方案中，P和S均是钢中的杂质元素，其中P虽然可大幅度提高强度，但易在钢中形成偏析，降低钢的韧性及焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢各向异性严重，恶化钢的冲击韧性和加工性能。因此，应严格控制钢中P、S及其他杂质元素的含量，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低压力容器用钢中杂质元素的含量。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，其微观组织为细小均匀的回火索氏体+少量贝氏体，其中回火索氏体的相比例≥90％。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，所述回火索氏体的晶粒度≥10级。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，其密度≤7.47g/cm³。

进一步地，在本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢中，其性能满足下述各项的至少其中一项：

室温屈服强度≥575MPa，抗拉强度为655～790MPa，伸长率≥22％，-70℃低温冲击韧性均值≥120J；

168h周浸循环腐蚀加速试验的腐蚀率≤0.05mm/a；

抗HIC性能满足：裂纹长度率CLR≤5％，裂纹厚度率CTR≤1.5％，裂纹敏感率CSR≤0.5％。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种钢板，该钢板不仅具有优良的抗腐蚀性能，还具有良好的强度、低温韧性，其室温屈服强度≥575MPa，抗拉强度为655～790MPa，伸长率≥22％，-70℃低温冲击韧性均值≥120J；其在168h周浸循环腐蚀加速试验的腐蚀率≤0.05mm/a，且抗HIC性能满足：裂纹长度率CLR≤5％，裂纹厚度率CTR≤1.5％，裂纹敏感率CSR≤0.5％。

为了实现上述目的，本发明提出了一种钢板，其采用上述的低密度移动压力容器用耐蚀钢制得。

进一步地，在本发明所述的钢板中，其厚度为6-15mm。

此外，本发明的又一目的在于提供上述钢板的制造方法，该制造方法生产工艺简单、生产效率高且生产成本低，采用该制造方法所获得的钢板，不仅具有优良的抗腐蚀性能，还具有良好的强韧性匹配性能，其可以有效用于制造低密度移动压力容器，具有十分重要的现实意义。

为了实现上述目的，本发明提出了上述钢板的制造方法，其包括步骤：

(1)冶炼和铸造；

(2)两阶段轧制：其中第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制；

(3)调制热处理：其中淬火温度为880～940℃，保温时间为2.3～2.5min/mm×板厚，水冷速度为20℃/s～35℃/s；回火温度为660～690℃，保温时间为4.0～4.5min/mm×板厚，然后空冷至室温；其中板厚的单位参量为mm。

在上述技术方案中，本发明所述制造方法中的工艺参数易于控制，工艺成本较低且工艺效率很高。本发明所述钢板的制造方法采用纯净钢冶炼技术，通过两阶段控轧控冷工艺，并结合调质热处理工艺，可以制得具有优良的抗腐蚀性能和良好的强韧性匹配的钢板。

需要说明的是，由于本发明钢中含铝量较高，板坯轧制时容易出现开裂的现象，故采用两阶段轧制，其中两阶段轧制的第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制。相应地，在本发明所述制造方法中的步骤(3)中，采用调质热处理工艺，并控制相关工艺参数满足上述要求可以保证制得钢板的具有良好的强度、硬度、韧性性能均匀性和稳定性，且保证良好的钢板板型。

在本发明所述制造方法中，为了确保本发明所述的钢板可以获得细小均匀的回火索氏体+少量贝氏体，保证钢板的性能和板型，在上述步骤(3)中，采用了调质热处理工艺，并控制淬火温度为880～940℃，控制保温时间为2.3～2.5min/mm×板厚，控制水冷速度为20℃/s～35℃/s，保温后采用快速冷却可以使过冷奥氏体转变为马氏体组织；相应地，回火温度为660～690℃，保温时间为4.0～4.5min/mm×板厚(mm)，然后空冷至室温，可以有效稳定淬火后的钢板的组织和尺寸，从而获得优良的综合性能，并同时降低和消除淬火应力。

在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(1)的冶炼和铸造中，在某些实施方式中，冶炼和铸造可以包括流程：“高炉铁水→铁水脱硫→转炉冶炼→氩站→LF炉→真空处理→连铸”，其具体操作可以控制如下：

在冶炼过程中，控制来料铁水温度＞1400℃，并对铁水进行脱硫预处理，铁水硫质量分数目标值≤0.005％，且扒渣要充分，铁水预处理可以采用镁粉+石灰混合喷吹脱硫，镁粉喷吹速度可以控制在5～10kg/min之间，石灰粉喷吹速度可以控制在15～30kg/min之间。

转炉冶炼采用超低硫模式，在转炉出钢过程中可以加入小粒白灰、精品萤石进行出钢预精炼，随后加入铝镁锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧。通过向氩站中加入磷铁零料，实现微调。

相应地，在LF炉精炼时可以首先采用大氩量吹通，再调小至80～120L/min。等待加热时，可以控制氩气流量30～40L/min,并在加热过程中控制氩气流量60～80L/min，实现钢水成分精确、温度均匀、夹杂物充分上浮和净化钢水的目的。同时，喂入铝线，喂线速度可以为4m/s，喂铝线前适当控制氩气流量，保证钢中大颗粒夹杂物上浮，喂线后吹氩采用弱搅拌，严禁强搅拌造成钢水二次氧化。在出钢1/3时可以对钢水进行合金化，添加Nb、Ni、V、Ti合金，出钢2/3前加完，该过程可以对钢液进行搅拌，以有效去除夹杂物，净化钢水。在吹炼终点时，可以添加合金硅，达到目标控制，使出钢温度不低于1680℃，并将出钢时间保持在3～8min。出钢后进行真空处理，可以控制真空处理时间≥15min，并同时补加脱硫剂脱硫，以确保较低的硫含量。

此外，需要注意的是，由于在本发明钢中的铝含量较高，钢水粘易造成水口堵塞，其主要是高熔点的氧化物，以Al₂O₃为主。因此这就要求连铸全程保护浇注，以防止钢水二次氧化，中间包可以采用碱性覆盖剂吸附夹杂。二冷段可以采用弱冷，并控制铸坯矫直温度不低于960℃，以改善连铸坯的表面质量，减少铸坯裂纹的出现。

最终得到的铸坯厚度可以为230-250mm，对铸坯进行切割后可以扣罩并缓冷48h，而后再下送后续的两阶段轧制工序中。其中，铸坯切割后扣罩缓慢冷却48h可以避免本发明所得的铸坯在空气中冷却，特别是冬季温差较大时，在空气中冷却容易导致表面裂纹的产生。

需要说明的是，在本发明所述的制造方法中，冶炼工艺主要采用超低硫模式，严格控制S含量，由于钢中含P量较高，为了提高出钢P，需要降低终渣碱度和(FeO)含量，减少渣量，适当提高出钢温度。在上述冶炼工艺中，精炼可以使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果，从而实现钢水成分精确、温度均匀、夹杂物充分上浮、净化钢水的目的。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，铸坯矫直温度不低于960℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在开坯轧制过程中，控制入炉温度≥450℃，加热温度为1220℃～1250℃，保温时间≥1h。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在开坯轧制过程中，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为1170～1210℃，累计压下率≥56％。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在控制轧制过程中，控制板坯加热温度为1180℃～1215℃，保温时间≥30min。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在控制轧制过程中，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为980℃～1080℃，轧制每道次压下率≥12％，累计压下率≥85％，终轧温度为825～878℃。

在上述技术方案中，本发明所述制造方法的步骤(2)中，在开坯轧制过程中，控制入炉温度≥450℃，可以防止铸坯表面开裂，同时降低能耗，将加热温度控制在1220℃～1250℃，可以确保奥氏体组织均匀化。

相应地，第二阶段采用控轧控冷轧制，主要为改善板材内部组织状态，以获得良好的机械强度从而提高板材机械性能。经过第一阶段轧制，板坯表面不易产生裂纹，控制板坯加热温度为1180℃～1215℃，可以再次确保奥氏体组织均匀化。由于加热温度较高，相应开轧温度也采用高温轧制，为避免裂纹的产生，整个轧制过程采用多道次，均衡压下率的轧制方式，以实现足够的变形量和晶粒细化。

本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢、钢板及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢通过合理的化学成分设计并结合优化工艺，应用纯净钢冶炼技术，并考虑高铝钢易产生裂纹的特性，采用两阶段高温控制轧制和调质热处理工艺，可以获得优良抗腐蚀性能和良好的强度、低温韧性。

本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢的生产成本较低，适宜规模生产，能够有效应用于移动式压力容器制造中，具有良好的推广前景和应用价值。

采用本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢制得的钢板，同样也具有优良的抗腐蚀性能和良好的强度、低温韧性，其室温屈服强度≥575MPa，抗拉强度为655～790MPa，伸长率≥22％，-70℃低温冲击韧性均值≥120J；其在168h周浸循环腐蚀加速试验的腐蚀率≤0.05mm/a，且抗HIC性能满足：裂纹长度率CLR≤5％，裂纹厚度率CTR≤1.5％，裂纹敏感率CSR≤0.5％。

相应地，本发明所述的制造方法生产工艺简单、生产效率高且生产成本低，采用该制造方法所获得的钢板，不仅具有优良的抗腐蚀性能，还具有良好的强韧性匹配性能，其可以有效用于制造低密度移动压力容器，具有十分重要的现实意义。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢、钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6和对比例1-2

本发明所述实施例1-6的钢板和对比例1-2的对比钢板均采用以下步骤制得：

(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼和铸造：

冶炼和铸造包括有高炉铁水→铁水脱硫→转炉冶炼→氩站→LF炉→真空处理→连铸。其具体操作可以控制如下：

控制来料铁水温度＞1400℃，并对铁水进行脱硫预处理，铁水硫质量分数目标值≤0.005％，且扒渣要充分，铁水预处理采用镁粉+石灰混合喷吹脱硫，控制镁粉喷吹速度在5～10kg/min之间，控制石灰粉喷吹速度在15～30kg/min之间。

转炉冶炼采用超低硫模式，在转炉出钢过程中加入小粒白灰、精品萤石进行出钢预精炼，随后加入铝镁锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧。氩站加入磷铁零料，实现微调。

相应地，在LF炉精炼时可以首先采用大氩量吹通，再调小至80～120L/min，等待加热时。控制氩气流量为30～40L/min,并在加热过程中控制氩气流量为60～80L/min，实现钢水成分精确、温度均匀、夹杂物充分上浮和净化钢水的目的。同时，喂入铝线，控制喂线速度为4m/s，喂铝线前适当控制氩气流量，保证钢中大颗粒夹杂物上浮，喂线后吹氩采用弱搅拌，严禁强搅拌造成钢水二次氧化。在出钢1/3时对钢水进行合金化，添加Nb、Ni、V、Ti合金，出钢2/3前加完，该过程可以对钢液进行搅拌，以有效去除夹杂物，净化钢水。在吹炼终点时，添加合金硅，达到目标控制，使出钢温度不低于1680℃，并将出钢时间保持在3～8min。出钢后进行真空处理，可以控制真空处理时间≥15min，并同时补加脱硫剂脱硫，以确保较低的硫含量。

由于在本发明钢中的铝含量较高，钢水粘易造成水口堵塞，其主要是高熔点的氧化物，以Al₂O₃为主。因此这就要求连铸全程保护浇注，以防止钢水二次氧化，中间包采用碱性覆盖剂吸附夹杂。二冷段采用弱冷，并控制铸坯矫直温度不低于960℃，以改善连铸坯的表面质量，减少铸坯裂纹的出现。最终得到的铸坯厚度为230-250mm，对铸坯进行切割后扣罩并缓冷48h，而后再下送后续的两阶段轧制工序中。

(2)两阶段轧制：其中第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制；在开坯轧制过程中，控制入炉温度≥450℃，加热温度为1220℃～1250℃，保温时间≥1h，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为1170～1210℃，累计压下率≥56％；在控制轧制过程中，控制板坯加热温度为1180℃～1215℃，保温时间≥30min，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为980℃～1080℃，轧制每道次压下率≥12％，累计压下率≥85％，终轧温度为825～878℃。

(3)调制热处理：其中控制淬火温度为880～940℃，控制保温时间为2.3～2.5min/mm×板厚，控制水冷速度为20℃/s～35℃/s；控制回火温度为660～690℃，控制保温时间为4.0～4.5min/mm×板厚，然后空冷至室温；其中板厚的单位参量为mm。

本发明所述实施例1-6钢板的化学元素成分和相关工艺设计均满足本发明设计规范要求。而和对比例1-2对比钢板的化学元素成分设计中均存在不满足本发明规范设计要求的参数。

需要说明的是，实施例1-6的钢板均采用本发明所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢制得；对比例1-2的对比钢板均采用对比钢制得。

表1列出了实施例1-6采用的低密度移动压力容器用耐蚀钢和对比例1-2采用的对比钢中的各化学元素的质量百分配比。

表1.(wt％，余量为Fe和除P、S以外其他不可避免的杂质)

表2-1和表2-2列出了实施例1-6的钢板和对比例1-2对比钢板的成品厚度以及在上述工艺步骤中的具体工艺参数。

表2-1.

表2-2.

将得到的成品实施例1-6钢板和对比例1-2对比钢板分别取样，测得钢板密度，并进行各项力学性能测试，将所得的力学性能测试结果列于表3中。

具体力学性能测试试验方法如下所述：

(1)拉伸试验：在室温环境下，对钢板厚度1/4处取横向试样，按照最新版GB/T228.1提供的试验方法测得。

(2)低温冲击韧性测试试验：在-70℃环境下，对钢板厚度1/4处取横向试样，按照最新版GB/T 229提供的试验方法测得。

表3列出了实施例1-6钢板和对比例1-2对比钢板的力学性能测试结果。

表3.

相应地，为了验证本发明所述实施例1-6的钢板具有良好的抗腐蚀性能，需要再对本发明实施例1-6的钢板和对比例1-2的对比钢板分别进行抗HIC性能测试试验和周浸试验，将所得试验结果列于表4中。

抗HIC性能测试试验：采用GB/T 8650-2015《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》标准检测，试验溶液包含饱和硫化氢(H2S)、氯化钠(NaCl)和乙酸(冰醋酸，CH3COOH)的蒸馏水或去离子水溶液，试验溶液温度保持25℃±3℃，试验持续时间应为96h，浸泡试验结束后，试样清洗干净，测量100倍放大倍数下所有裂纹长度和厚度，再通过公式计算得出CLR、CTR和CSR。

周浸试验条件如下所述：对实施例1-6的钢板分别取样，并进行均匀腐蚀全浸试验。均匀腐蚀全浸试验中采用模拟腐蚀剂：氨水(氨水密度0.90g/ml)，控制试验温度34±1℃，将试样浸泡在腐蚀剂中保留168h，利用失重法换算得到相应试样的腐蚀速率。

表4列出了实施例1-6的钢板和对比例1-2的对比钢板的抗腐蚀性能检验结果。

表4.

从表3可以看出，相较于对比例1-2的对比钢板，本发明所述实施例1-6钢板的力学性能明显更加优异，其室温下的屈服强度均≥575MPa，抗拉强度均在655～790MPa之间，伸长率A均≥22％，-70℃低温冲击韧性均值均≥120J，密度均≤7.47g/cm³，具有优良的强韧性匹配和低密度的特点，可以满足移动压力容器轻量化的设计需求。

此外，由表4可知，本发明所述的实施例1-6钢板还具有十分优异的抗腐蚀性能，其在168h周浸循环腐蚀加速试验的腐蚀率≤0.05mm/a，且抗HIC性能均满足：裂纹长度率CLR≤5％，裂纹厚度率CTR≤1.5％，裂纹敏感率CSR≤0.5％，抗HIC性能满足I级要求。

另外，再对实施例1-6钢板的微观组织进行观察，通过对实施例1-6微观组织观察可知，实施例1-6钢中的微观组织为细小均匀的回火索氏体+少量贝氏体，且其中回火索氏体的相比例≥90％，回火索氏体的晶粒度≥10级。

由此说明，本发明上述的低密度移动压力容器用耐蚀钢得到的钢板强度高，低温冲击性能好，且具有优异的抗腐蚀性能，其产品成本较低，钢质纯净，能够有效用于制造低密度移动压力容器设备，具有十分重要的现实意义。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，其除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

C：0.077～0.13％，Si：0.15～0.27％，Mn：1.3～2.8％，Ni：0.22～0.35％，Al：3.5～6.7％，V：0.02～0.13％，Ti：0.02～0.05％，Nb：0.01％～0.03％；

其密度≤7.47g/cm³；

其性能满足：室温屈服强度≥575MPa，抗拉强度为655～790MPa，伸长率≥22％，-70℃低温冲击韧性均值≥120J；168h周浸循环腐蚀加速试验的腐蚀率≤0.05mm/a；抗HIC性能满足：裂纹长度率CLR≤5％，裂纹厚度率CTR≤1.5％，裂纹敏感率CSR≤0.5％；

其中，所述低密度移动压力容器用耐蚀钢采用两阶段轧制：其中第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制；其中，在开坯轧制过程中，控制入炉温度≥450℃，加热温度为1220℃～1250℃，保温时间≥1h，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为1170～1210℃，累计压下率≥56％；在控制轧制过程中，控制板坯加热温度为1180℃～1215℃，保温时间≥30min，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为980℃～1080℃，轧制每道次压下率≥12％，累计压下率≥85％，终轧温度为825～878℃；

在调制热处理步骤中，控制淬火温度为880～940℃，保温时间为2.3～2.5min/mm×板厚，水冷速度为20℃/s～35℃/s；回火温度为660～690℃，保温时间为4.0～4.5min/mm×板厚，然后空冷至室温；其中板厚的单位参量为mm。

2.如权利要求1所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：

C：0.077～0.13％，Si：0.15～0.27％，Mn：1.3～2.8％，Ni：0.22～0.35％，Al：3.5～6.7％，V：0.02～0.13％，Ti：0.02～0.05％，Nb：

0.01％～0.03％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：

0＜Cu≤0.2％；

0＜Zr≤0.12％。

4.如权利要求1或2所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，在不可避免的杂质中：P≤0.008％，S≤0.003％。

5.如权利要求1或2所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，其微观组织为细小均匀的回火索氏体+少量贝氏体，其中回火索氏体的相比例≥90％。

6.如权利要求5所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢，其特征在于，所述回火索氏体的晶粒度≥10级。

7.一种钢板，其采用如权利要求1-6中任意一项所述的低密度移动压力容器用耐蚀钢制得。

8.如权利要求7所述的钢板，其特征在于，其厚度为6-15mm。

9.如权利要求7或8所述的钢板的制造方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)冶炼和铸造；

(2)两阶段轧制：其中第一阶段为开坯轧制，第二阶段为控制轧制；其中，在开坯轧制过程中，控制入炉温度≥450℃，加热温度为1220℃～1250℃，保温时间≥1h，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为1170～1210℃，累计压下率≥56％；在控制轧制过程中，控制板坯加热温度为1180℃～1215℃，保温时间≥30min，控制加热速率为9～12min/cm，开轧温度为980℃～1080℃，轧制每道次压下率≥12％，累计压下率≥85％，终轧温度为825～878℃；

10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，铸坯矫直温度不低于960℃。