CN117305720A - 一种具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有超低温韧性的节约型360MPa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：C0.09～0.11％，Si0.15～0.25％，Mn 1.5～1.7％，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750～810℃，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700～740℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。本发明可生产360MPa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
技术领域
本发明涉及钢铁材料热轧加工领域，尤其涉及一种具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢及其制造方法。
背景技术
在21世纪初期，日本、韩国等国家研究人员对LPG船低温钢的关注度不断提高，进行深入研究，并将研究成果应用到实际工程当中，其中日本的JFE公司在国际市场中一直处于领先地位。随着我国经济水平的不断提高，高端船板市场发展越来越好，国内钢铁制造水平得到了显著提升，各大船板生产单位都尝试针对LPG船用低温钢进行研究生产，以满足自身发展需求。目前，尽管南钢、宝钢、鞍钢等企业可以胜任相关生产工作，但是由于缺少应用业绩，导致在实际工作中，仍然要进口低温钢板，对提高我国船舶与海洋工程高端装备自主研制能力造成了严重影响。虽然主流船级社针对船用低温钢产品型号、性能已有明确规定，但是由于船用低温钢种类众多、性能复杂，规定内容相似度较高，会对研究人员开展后续钢种研发造成困扰。相关人员必须高度重视，参考国外研究成果制定具体的研究计划，保证产品性能的稳定性。
船用低温钢是指按船级社建造规范要求生产的用于液化气体运输船的液货舱、船底结构制造的主要材料。为了提高LPG船的运输性能，C-Mn系低温钢设计温度为-55℃以上，因其自身特点备受关注，相关人员应针对其应用标准进行分析，以满足LPG船用需求，推动相关行业发展。
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。
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。
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Nb微合金化工艺，一定程度上增加了合金成本，，且部分实例未达到360MPa碳锰低温钢的强度要求。
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，且部分实例未达到360MPa碳锰低温钢的强度要求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对360MPa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的制造方法。
技术方案：本发明所述的一种具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢，其化学成分及质量百分比如下：C 0.09～0.11％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.5～1.7％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分及质量百分比如下：C 0.09％，Si 0.15％，Mn 1.5％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分及质量百分比如下：：C 0.11％，Si 0.25％，Mn 1.7％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分及质量百分比如下：C 0.10％，Si 0.20％，Mn 1.6％，无其他任何微合金化成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，一种具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢的制造方法，其制备工艺包括加热、轧制和超快速冷却，制备得到具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢。
进一步的，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℃。
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750～810℃，轧后进行驰豫待温处理；
随后采用超快速冷却工艺，冷却开始温度为700～740℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。
进一步的，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢的屈服强度大于360MPa，抗拉强度490～620MPa，延伸率大于27％，-60℃夏比冲击大于80J，厚度规格10～40mm。
进一步的，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢中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，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa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0.09％～0.11％。
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％～0.25％。
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1.5％～1.7％。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明可生产360MPa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中碳锰钢的扫描组织图。
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360MPa级碳锰低温钢，其化学成分及质量百分比如下：C 0.09～0.11％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.5～1.7％，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 0.15％，Mn 1.5％，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 0.11％，Si 0.25％，Mn 1.7％，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 0.10％，Si 0.20％，Mn 1.6％，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360MPa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，制备得到具有超低温韧性的节约型360MPa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750～810℃，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700～740℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。
进一步的，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢的屈服强度大于360MPa，抗拉强度490～620MPa，延伸率大于27％，-60℃夏比冲击大于80J，厚度规格10～40mm。
进一步的，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢中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，所述制备的具有超低温韧性的节约型360MPa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。
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 | 0.10247 | 1.53813 | 0.00971 | 0.00141 | 0.21245 |
| 2 | 0.09252 | 1.55892 | 0.00768 | 0.00102 | 0.2068 |
| 3 | 0.10491 | 1.54938 | 0.01213 | 0.00108 | 0.20699 |
| 4 | 0.09333 | 1.57451 | 0.00522 | 0.00112 | 0.26546 |
| 5 | 0.09944 | 1.57792 | 0.00974 | 0.00108 | 0.24148 |
| 6 | 0.09973 | 1.5437 | 0.01022 | 0.00157 | 0.22264 |
| 7 | 0.09819 | 1.56298 | 0.00823 | 0.00096 | 0.20876 |
| 8 | 0.09443 | 1.56071 | 0.00932 | 0.00093 | 0.26623 |
表2实施例工艺参数条件
表3实施例力学性能结果
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 (10)
1.一种具有超低温韧性的节约型360MPa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 0.09～0.11％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.5～1.7％，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360MPa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 0.15％，Mn 1.5％，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360MPa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 0.11％，Si 0.25％，Mn 1.7％，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360MPa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 0.10％，Si 0.20％，Mn 1.6％，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360MPa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，制备得到具有超低温韧性的节约型360MPa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360MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，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℃。
7.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型360MPa级碳锰低温钢的制造方法，其特征在于，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750～810℃，轧后进行驰豫待温处理；
随后采用超快速冷却工艺，冷却开始温度为700～740℃，终冷温度为560～620℃，平均冷却速度为30～80℃。
8.根据权利要求5所述的一种具有超低温韧性的节约型360MPa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360MPa级碳锰低温钢的屈服强度大于360MPa，抗拉强度490～620MPa，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360MPa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360MPa级碳锰低温钢中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5所述的一种具有超低温韧性的节约型360MPa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360MPa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％。
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