CN114657464A - 一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.035～0.055％、Si：0.05～0.20％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.006％、S：≤0.003％，Ni：6.5‑7.5％，Mo：0.15‑0.25％，Als：0.024‑0.034％，稀土Ce：0.0005‑0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其生产方法。本发明在节约Ni的基础上，采用控制轧制、离线淬火、两相区淬火+回火的热处理工艺，获得具有优良的低温韧性和高强度的超低温容器用7Ni钢，综合力学性能达到9Ni钢水平，替代9Ni钢用于LNG储罐等建造，实现材料的低成本化。
Description
技术领域
本发明涉及低温钢领域，尤其涉及一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板及其生产方法。
背景技术
随着全球能源资源的多样化,以及对环境保护的日益重视,天然气作为一种清洁能源,将来占据的比重将越来越大。而液态天然气(LNG)储运温度在-162℃以下,这就要求用于储存液化天然气的材料在超低温下具有良好的低温韧性、强度、足够的抗脆性开裂和止裂能力。
目前,在世界上建造的储运设备所使用的材料主要是含量为9Ni钢。现在,我国已经进行了Ni系低温钢的研究工作,国内相关企业已具备了生产可用于-196℃的低温钢板的能力,但目前研究及应用的可用于-196℃的低温钢主要为9Ni钢，由于Ni价格昂贵，导致生产成本过高,影响了产品的竞争力。
国际上长期以来致力于开发低成本替代材料，其中日本已开发出节Ni型7Ni钢替代9Ni钢用于建造大型LNG储罐，命名为SL7N590被编入JIS标准中，美标ASTM-A553已将7Ni钢纳入标准，节Ni型LNG储罐用钢必将是未来发展的趋势。由于LNG易燃，储存温度常压下达到-162℃，对建造LNG储罐的材料性能要求极高，不仅要具有足够强度，尤其要求具有优良低温韧性。开发低成本替代材料，必须保证其综合力学性能必须达到9Ni钢水平。目前国内南钢、太钢、鞍钢等企业已经开发出7Ni钢，但目前还未实现工程应用。
专利CN110129685B公布了“一种超低温容器用7Ni钢厚板的制造方法”，C：0.02～0.05％，Si：0.05-0.25，Mn：0.50～0.80％，Ni：6.50～7.50％，Mo：0.15～0.30％，P：≤0.006％，S：≤0.002％，Alt：0.020-0.050％，余量为Fe和杂质。经铁水预处理、LF、RH、连铸、加热、控轧控冷、在线淬火、两相区淬火、回火等工序生产出满足LNG储罐用钢板。不足之处是采用了在线淬火工艺，对冷却装备能力要求高，不适用于其它钢厂。
专利CN104988404A公布了“一种-196℃低温条件下压力容器用低镍钢板及其生产方法”，C：0.03～0.04％，Si：≤0.05％，Mn：1.6～2.5％，Ni：6.0～8.0％，Cu：0.35-0.50％、Cr:0.55-1.0％、Mo：0.2～0.35％，P：≤0.005％，S：≤0.003％，Alt：0.015-0.050％，余量为Fe和杂质。
经铁水预处理、LF、RH、连铸、加热、控轧控冷、两次正火+回火(淬火+回火或两次淬火+回火)等工序生产出LNG储罐用钢。不足之处是降低Ni的同时增加了Mn、Cu、Cr的含量，热处理工艺复杂，不利于批量生产。
专利CN109694987A公布了“一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法”，：C：0.01％～0.10％，Si：0.01％～0.10％，Mn：0.50％～1.50％，Ni：6.50％～7.50％，RE：0.01％～0.20％，S：≤0.005％，P：≤0.008％，余量为Fe和不可避免杂质。经冶炼、炉外精炼、连铸、板坯缓冷，轧制、两次淬火+回火等工序生产出LNG储罐用。不足之处是添加了0.01～0.20％的稀土，大量稀土的加入会产生钢水连浇性差、钢板性能出现波动、性能不稳定等现象，不适合其它钢厂。
发明内容
本发明的目的是提供一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板及其生产方法，本发明在节约Ni的基础上，采用控制轧制、离线淬火、两相区淬火+回火的热处理工艺，获得具有优良的低温韧性和高强度的超低温容器用7Ni钢，综合力学性能达到9Ni钢水平，替代9Ni钢用于LNG储罐等建造，实现材料的低成本化。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.035～0.055％、Si：0.05～0.20％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.006％、S：≤0.003％，Ni：6.5-7.5％，Mo：0.15-0.25％，Als：0.024-0.034％，稀土Ce：0.0005-0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.042％、Si：0.051％、Mn：0.75％、P：0.006％、S：0.002％，Ni：7.06％，Mo：0.21％，Als：0.025％，稀土Ce：0.0008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.045％、Si：0.055％、Mn：0.72％、P：0.005％、S：0.002％，Ni：7.04％，Mo：0.20％，Als：0.024％，稀土Ce：0.0011％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.050％、Si：0.060％、Mn：0.78％、P：0.005％、S：0.002％，Ni：7.20％，Mo：0.23％，Als：0.028％，稀土Ce：0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明成分设计原理如下：
C：钢的强化元素和奥氏体稳定元素，逆转奥氏体富集C后会显著降低Ms点，提高其稳定性。设计时在考虑确保强度的前提下尽量低。
Ni：可以与Fe形成α和γ相固溶体，在γ相中可以无限固溶，它能扩大γ相区，是奥氏体形成和稳定元素；对稳定逆转奥氏体非常重要，富Ni和其它奥氏体稳定元素的逆转奥氏体在极低温度下稳定，变形过程中能吸收部分应变能；还能通过形变诱导相变转化为α′相，是增韧的机制之一；
Mn：是奥氏体稳定元素，富集于奥氏体中有利于逆转奥氏体的稳定；也是基体强化元素，可以通过固溶强化和沉淀强化提高强度；显著提高材料的淬透性。
Si：是脱氧元素；可抑制P在晶界偏聚；但Si含量过高则不利于焊接热影响区(HAZ)低温韧性。
S和P：S易与Mn形成析出物Mn S，降低低温韧性。P容易在晶界偏聚，降低晶界抗裂纹扩展能力，恶化低温韧性。因此，均应控制在最低限度。
Mo：可以提高淬透性，弥补降低Ni带来的强度损失；提高钢的回火稳定性；
一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板的生产方法，主要工序步骤为：
1)、冶炼和浇铸
将准备好的低磷、低硫、低氧、低氮优质废钢和计算配好的其他合金加入真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为200×250×300mm的矩形钢坯；
2)、加热和轧制：
将钢坯装入高温电阻炉中，加热温度1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min,确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，将钢坯送往φ750×550mm轧机；采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制；在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，设定开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0～3.5倍成品厚度，终轧温度：800～830℃；
3)、冷却
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以6～10℃/s的冷却速度冷却至650～680℃，之后进入冷床空冷；
4、热处理
热处理采用两次淬火+一次回火工艺；第一次淬火工艺加热温度820-840℃，保温40-60min，出炉后淬至室温；第二次淬火工艺加热温度700-720℃，保温40-60min，出炉后淬至室温；回火温度560-580℃，在炉时间70-100min，出炉后空冷。
进一步的，将钢坯加热至1210℃，总在炉时间252分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1176℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，当轧件厚度为45mm时，在辊道上待温至930℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制；终轧温度为820℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以7℃/s的速度冷却至660℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min,最后即可得到所述钢板。
进一步的，将钢坯加热至1220℃，总在炉时间保温256分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1175℃，中间坯厚度为60mm，第二阶段轧制的开轧温度为925℃，终轧温度为816℃，成品钢板厚度为20mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以8℃/s的速度冷却至680℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
进一步的，将钢坯加热至1226℃，总在炉时间260分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，中间坯厚度为80mm；第二阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为820℃，成品钢板厚度为40mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以9℃/s的速度冷却至675℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)合金成分除了Si、Mn、Ni、Mo、Al及微量稀土元素外，无需添加其它合金或微合金元素，易实现精准控制，且在9Ni钢合金成本基础上实现20％左右降本；
(2)钢板力学性能优异，各项性能完全达到9Ni钢水平，热处理后-196℃横向冲击功≥200J，钢板性能达到9Ni钢的水平，具有良好的强韧性匹配，可以用于建造LNG储罐等设施。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例2钢板的金相组织；
图2为本发明实施例2钢板的冲击断口宏观照片；
图3为本发明实施例2钢板的冲击断口微观组织(500倍)。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢坯加热至1210℃，总在炉时间252分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1176℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，当轧件厚度为45mm时，在辊道上待温至930℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为820℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以7℃/s的速度冷却至660℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min,最后即可得到所述钢板。
实施例2
实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃，总在炉时间保温256分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1175℃，中间坯厚度为60mm，第二阶段轧制的开轧温度为925℃，终轧温度为816℃，成品钢板厚度为20mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以8℃/s的速度冷却至680℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
实施例3
实施方式同实施例1，其中加热温度为1226℃，总在炉时间260分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，中间坯厚度为80mm；第二阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为820℃，成品钢板厚度为40mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以9℃/s的速度冷却至675℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施例1～3的化学成分(wt％)
对本发明实施例1～3的钢板进行力学性能检验，检验结果见表2。
表2本发明实施例1～3的钢板的力学性能
本发明钢板力学性能优异，各项性能完全达到9Ni钢水平，热处理后-196℃下横向冲击功≥200J，钢板性能达到9Ni钢的水平，具有良好的强韧性匹配，可以用于建造LNG储罐等设施。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.035～0.055％、Si：0.05～0.20％、Mn：0.6～0.8％、P：≤0.006％、S：≤0.003％，Ni：6.5-7.5％，Mo：0.15-0.25％，Als：0.024-0.034％，稀土Ce：0.0005-0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.042％、Si：0.051％、Mn：0.75％、P：0.006％、S：0.002％，Ni：7.06％，Mo：0.21％，Als：0.025％，稀土Ce：0.0008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.045％、Si：0.055％、Mn：0.72％、P：0.005％、S：0.002％，Ni：7.04％，Mo：0.20％，Als：0.024％，稀土Ce：0.0011％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比为C：0.050％、Si：0.060％、Mn：0.78％、P：0.005％、S：0.002％，Ni：7.20％，Mo：0.23％，Als：0.028％，稀土Ce：0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的LNG接收站用稀土节镍型7Ni钢板的生产方法，其特征在于，主要工序步骤为：
1)、冶炼和浇铸
将准备好的低磷、低硫、低氧、低氮优质废钢和计算配好的其他合金加入真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为200×250×300mm的矩形钢坯；
2)、加热和轧制：
将钢坯装入高温电阻炉中，加热温度1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min,确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，将钢坯送往φ750×550mm轧机；采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制；在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1130～1180℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，设定开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0～3.5倍成品厚度，终轧温度：800～830℃；
3)、冷却
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以6～10℃/s的冷却速度冷却至650～680℃，之后进入冷床空冷；
4、热处理
热处理采用两次淬火+一次回火工艺；第一次淬火工艺加热温度820-840℃，保温40-60min，出炉后淬至室温；第二次淬火工艺加热温度700-720℃，保温40-60min，出炉后淬至室温；回火温度560-580℃，在炉时间70-100min，出炉后空冷。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，将钢坯加热至1210℃，总在炉时间252分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1176℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，当轧件厚度为45mm时，在辊道上待温至930℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制；终轧温度为820℃，成品钢板厚度为14mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以7℃/s的速度冷却至660℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min,最后即可得到所述钢板。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，将钢坯加热至1220℃，总在炉时间保温256分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1175℃，中间坯厚度为60mm，第二阶段轧制的开轧温度为925℃，终轧温度为816℃，成品钢板厚度为20mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以8℃/s的速度冷却至680℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，将钢坯加热至1226℃，总在炉时间260分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，中间坯厚度为80mm；第二阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为820℃，成品钢板厚度为40mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以9℃/s的速度冷却至675℃，一次淬火温度820℃，保温60min,二次淬火温度720℃，保温60min，回火温度580℃保温90min最后即可得到所述钢板。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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