CN117286421A

CN117286421A - 一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢及其制造方法

Info

Publication number: CN117286421A
Application number: CN202311245117.1A
Authority: CN
Inventors: 张晓雪; 孙旭东; 李恒坤; 王光磊; 陈林恒; 王斌; 王丙兴; 田勇
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-09-26
Filing date: 2023-09-26
Publication date: 2023-12-26

Abstract

本发明公开了一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢及其制造方法；属于钢铁材料热轧加工领域；其化学成分如下：C 0.07～0.09％，Si0.15～0.25％，Mn 1.0～1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；其制备工艺：加热炉温度1150～1250℃，保温时间大于150min，出炉温度1100～1200℃；采用两阶段控制轧制，终轧温度为770～820℃，轧后进行驰豫待温处理，以保证组织铁素体的相变比例，随后采用超快速冷却工艺，冷却开始温度为710～750℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。本发明可生产320MPa级船板钢，具有良好的低温韧性，厚度规格10～40mm，适用于LPG船建造。

Description

一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料热轧加工领域，涉及了一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢及其制造方法。

背景技术

液化石油气(LPG)作为一种化石能源，拥有廉价、清洁等优点，在不同领域得到了广泛应用，如城市燃气、金属切割、有色金属冶炼等等。液化石油气的生产、运输、储存、使用作为一个完整的全球性产业链，因产地和需求地相距遥远，运输一般都采用液化方式。超大型全冷式液化气船(VLGC)是国际间海上运输液化石油气的主要船舶，也是以高技术、高难度、高附加值著称的三高船舶。作为全冷式液化气船，设计温度为-50℃，液舱及次屏蔽材质均为低温钢，其建造需要大量低温钢板。

LPG船用碳锰低温钢厚度普遍在40mm以下，包括ABS、DNV、GL、LR、CCS在内的几大船级社对其进行了详细解释，均规定可根据实际情况选择控轧控冷(TMCP)、正火、淬火和回火等不同交货状态。随着TMCP技术的发展，其成熟度日益提高，与其他几种状态相比，此状态优势越来越大，目前已经成为主流交货状态。

控制轧制通过对热轧过程金属加热制度、变形制度和温度制度进行合理的控制，获得细小均匀的显微组织。在精轧阶段，奥氏体不发生再结晶，轧制变形使奥氏体晶粒被压扁、拉长，形成以位错、形变带和胞状结构等形式的应变积累奥氏体，应变积累增加了铁素体相变的形核位置，促使铁素体在变形奥氏体晶内缺陷上形核并长大，从而达到细化相变组织的目的。控制冷却通过调控轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度,来控制高温奥氏体组织在冷却过程的相变行为，最终控制钢材的组织类型、形态和分布，提高钢材的组织和力学性能。TMCP工艺具有节约能耗、简化生产工序、提高钢材综合力学性能等优点，目前国内外生产高强度船体结构用钢板均采用TMCP工艺。

专利CN201610815114公开的“一种用于-70℃的高强度、高韧性、低屈强比低温钢及其制造方法”,该钢板化学成分的质量百分含量为：C＝0.05～0.20、Si≤0.30、Mn＝0.85～1.50、P≤0.005、S≤0.003、A1＝0.015～0.050、Ni＝0.35～0.70，此外还含有Mo≤0.10、Nb≤0.05、Ti≤0.025、Ca≤0.005中的一种或多种，余为Fe和不可避免的杂质。该发明方案中由于添加Ni、Mo等贵重合金，合金成本高，且钢板需正火+回火热处理，未采用节约型成分和TMCP工艺控制，制造成本高且工艺复杂。

专利CN201611003652公开的“一种液化气体船用碳锰低温钢及制造方法”,该钢板化学成分为：C＝0.03～0.08、Si＝0.10～0.30、Mn＝0.60～1.30、P≤0.015、S≤0.005、Nb＝0.010～0.080、Al＝0.010～0.060，余为Fe和不可避免的杂质。该发明方案采用微合金化工艺，由于大量添加Nb元素，一定程度上增加了合金成本。

专利CN201810099802公开的“一种低屈强比碳锰低温钢的制造方法”，该钢的化学成分重量百分比为C＝0.05～0.09、Si＝0.10～0.40、Mn＝1.30～1.50、P≤0.010、S≤0.003、Nb≤0.010、Al＝0.030～0.060、Ti＝0.01～0.02,余为Fe和不可避免的杂质，该发明专利采用微合金化手段，并提出控轧控冷工艺，但未提出采用在线驰豫待温工艺和超快速冷却技术。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对320MPa级碳锰低温钢生产工艺，提出一种具有超低温韧性的节约型碳锰船板钢制造方法。

技术方案：本发明所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其化学成分及质量百分比如下：C 0.07～0.09％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；该材料的制备采用轧后驰豫待温工艺和超快速冷却工艺，并保证性能波动的稳定性。

进一步的，其化学成分及质量百分比如下：C 0.07％，Si 0.15％，Mn 1.0％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；该材料的制备采用轧后驰豫待温工艺和超快速冷却工艺，并保证性能波动的稳定性。

进一步的，其化学成分及质量百分比如下：C 0.09％，Si 0.25％，Mn 1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；该材料的制备采用轧后驰豫待温工艺和超快速冷却工艺，并保证性能波动的稳定性。

进一步的，其化学成分及质量百分比如下：C 0.08％，Si 0.20％，Mn 1.15％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；该材料的制备采用轧后驰豫待温工艺和超快速冷却工艺，并保证性能波动的稳定性。

进一步的，一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其主要制备工艺包括加热、轧制和超快速冷却，最终制成具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢。

进一步的，在所述加热工艺中，加热炉温度1150～1250℃，保温时间大于150min，出炉温度1100～1200℃。

进一步的，在所述轧制和超快速冷却的工艺中，采用两阶段控制轧制，终轧温度为770～820℃，轧后进行驰豫待温处理，以保证组织铁素体的相变比例；

随后采用超快速冷却工艺，冷却开始温度为710～750℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。

进一步的，制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的屈服强度大于320MPa，抗拉强度440～590MPa，延伸率大于27％，-60℃夏比冲击大于80J，厚度规格10～40mm。

进一步的，制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢中含有的S控制在0.002％以下，P控制在0.012％以下，Ds夹杂物等级控制在2.0级以下，初始铸坯中心偏析控制在C1.0以下。

进一步的，制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的组织由铁素体和珠光体组织构成，铁素体含量大于75％，避免或减少过冷的退化珠光体组织出现。

其中，各成分及含量的说明如下：

C：钢中不可缺少的提高钢材强度及硬度的元素，对钢组织影响显著，C溶入基体形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，显著增加基体的强度；随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服极限会提高而延伸率、缺口冲击韧性则下降；当钢材中C含量较高时易加剧产生冷裂纹的，因此，本发明采用超低碳设计，少量的C在钢中形成微合金元素碳化物，起到第二相强化和细化晶粒作用，本发明C百分含量设定为0.04％～0.07％。

Si元素：在钢中主要以很强的固溶强化形式提高钢的强度，也是炼钢脱氧的必要元素，可以提高耐大气腐蚀性能，但明显降低钢的塑性和韧性且显著降低钢的表面涂镀性能，因此，综合考虑强度、韧性、塑性等因素，本发明Si百分含量设定为0.15％～0.35％。

Mn：钢中一种主要元素，锰元素可以提高材料强度，虽然提高C含量或Cr也可提高强度，但碳元素过多影响成型性及焊接线，而Cr元素价格太高且储量有限，不利于降低成本，Mn元素在钢中还是防止热脆性的主要元素，综合考虑Mn的作用，本发明Mn百分含量设定为0.30％～0.60％。

有益效果：本发明与现有技术相比，本发明可生产320MPa级船板钢，具有良好的低温韧性，厚度规格10～40mm，适用于LPG船建造。

附图说明

图1是本发明实施例1中碳锰钢的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本发明所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其化学成分及质量百分比如下：C 0.07～0.09％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质；该材料的制备采用轧后驰豫待温工艺和超快速冷却工艺，并保证性能波动的稳定性。

实施例：

实施例1～8中的节约型碳锰船板钢成分如表1所示。表2为实施例1～8主要工艺参数情况。实施例1～8的力学性能检测结果如表3所示。

表1实施例产品化学成分(wt.％，Fe余量)

实施例	C	Mn	P	S	Si
						1	0.08445	1.24006	0.01115	0.00142	0.21122
2	0.08092	1.21854	0.01062	0.00119	0.20741
						3	0.08243	1.24031	0.00996	0.00126	0.19948
4	0.08361	1.25257	0.00988	0.00138	0.17963
						5	0.08104	1.24144	0.01081	0.00195	0.22304
6	0.07832	1.21957	0.01165	0.00183	0.18727
						7	0.08191	1.23568	0.0103	0.00206	0.2305
8	0.07797	1.22352	0.01152	0.00152	0.16411

表2实施例工艺参数条件

表3实施例力学性能结果

另外，图1为实施例1采用TMCP工艺生产的碳锰低温钢金相组织形貌，该组织具有本发明中低温钢组织的典型特征；可以看出碳锰低温钢组织由铁素体和珠光体组织构成，基体以铁素体为主，铁素体含量大于75％，因此该组织具有良好的低温冲击韧性；同时珠光体的存在保证了碳锰钢的强度等级，珠光体比例提高有利于提高低温钢的抗拉强度；组织中避免或减少过冷退化珠光体的出现，可以减少冲击韧性的波动，确保性能的稳定性。

Claims

1.一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C 0.07～0.09％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C 0.07％，Si 0.15％，Mn 1.0％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C 0.09％，Si 0.25％，Mn 1.3％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C 0.08％，Si 0.20％，Mn 1.15％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，其制备工艺包括加热、轧制和超快速冷却，最终制成具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢。

6.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，在加热工艺中，加热炉温度1150～1250℃，保温时间大于150min，出炉温度1100～1200℃。

7.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，在轧制和超快速冷却的工艺中，采用两阶段控制轧制，终轧温度为770～820℃，轧后进行驰豫待温处理；

8.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，所述制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的屈服强度大于320MPa，抗拉强度440～590MPa，延伸率大于27％，-60℃夏比冲击大于80J，厚度规格10～40mm。

9.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，所述制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢中含有的S控制在0.002％以下，P控制在0.012％以下，Ds夹杂物等级控制在2.0级以下，初始铸坯中心偏析控制在C1.0以下。

10.根据权利要求1所述的一种具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，所述制备的具有超低温韧性的节约型320MPa级碳锰低温钢的组织由铁素体和珠光体组织构成，铁素体含量大于75％。