低成本超低溫鎳鋼及其制造方法
【專利摘要】低成本超低溫鎳鋼及其制造方法，其成分重量百分比為：C0.04～0.070％、Si≤0.15％、Mn0.80～1.20％、P≤0.010％、S≤0.0020％、Ni5.00～7.00％、Mo0.05～0.25％、Als0.010～0.030％、Ti0.008～0.018％、N≤0.0040％、Ca0.001～0.004％、其余為Fe和不可避免的夾雜；本發(fā)明采用超低C－超低Si－中Mn－低N－超微+Ti處理低合金鋼的成分體系，控制(％Mn)×[7.33(％Si)+5.16(％Al)]≤1.0、0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009，優(yōu)化再結(jié)晶控軋及后續(xù)特殊的組合熱處理工藝，使超低溫鎳鋼獲得極高的超低溫韌性、優(yōu)良的焊接性、可承受較大熱輸入焊接，具有優(yōu)異的抗高回火參數(shù)SR脆化特性，并且能夠低成本制造。
【專利說(shuō)明】低成本超低溫鎳鋼及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼，特別涉及低成本超低溫鎳鋼及其制造方法，該鋼板屈服強(qiáng)度≥550MPa、抗拉強(qiáng)度≥650MPa、-196°C低溫沖擊功單值A(chǔ)kv≥100J、Z向性能> 35%，主要用于液化天然氣儲(chǔ)罐、船用液化天然氣儲(chǔ)罐。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼是最重要工程結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于石油天然氣管線、海洋平臺(tái)、船舶制造、橋梁結(jié)構(gòu)、鍋爐容器、建筑結(jié)構(gòu)、汽車工業(yè)、鐵路運(yùn)輸及機(jī)械制造之中。低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼性能取決于其化學(xué)成分、制造過(guò)程的工藝制度，其中強(qiáng)度、韌性和焊接性是低碳(高強(qiáng)度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織狀態(tài)。隨著科技不斷地向前發(fā)展，人們對(duì)鋼的強(qiáng)韌性、焊接性及抗加工劣化性提出了更高的要求，即在維持較低制造成本的同時(shí)大幅度地提高鋼板的綜合機(jī)械性能和使用性能，以減少鋼材的用量而節(jié)約成本，減輕鋼構(gòu)件自身重量、穩(wěn)定性和安全性。
[0003]目前世界范圍內(nèi)掀起了發(fā)展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，通過(guò)合金組合設(shè)計(jì)、革新控軋/TMCP (包括DQ)技術(shù)及后續(xù)熱處理工藝獲得更好的顯微組織匹配，從而使鋼板得到更優(yōu)良的低溫韌性、強(qiáng)塑韌性匹配與焊接性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)制造_196°C低溫橫向沖擊韌性(單個(gè)值)≥100J的厚鋼板時(shí)，一般要在鋼中添加大量貴重合金元素鎳，鎳含量一般控制在9.0%以上，以確保母材鋼板具有優(yōu)異的超低溫韌性。如《日本金屬學(xué)會(huì)誌》30(1966)，P42 ；ibid.,33(1969), P856 ;《川崎制鐵技報(bào)》，18 (1986)，P327 ;《日本鋼管技報(bào)》，111 (1986)，Pl ;《壓力技術(shù)》，31 (1993)，P353 ；《CAMP-1SIJ》，9(1996)，P437)。但是生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低下，如《壓力技術(shù)》，29 (1991)，P341。
[0005]其次，合金鋼板經(jīng)過(guò)高回火參數(shù)TP≥18.5 X 13 (TP = T (20+lgt)焊后熱處理(即SR處理)，鋼板超低溫沖擊韌性嚴(yán)重劣化，表現(xiàn)為低溫沖擊功數(shù)值一般均低于47J，嚴(yán)重危及低溫LNG儲(chǔ)罐在服役過(guò)程中的安全可靠性，埋下重大事故的隱患。
[0006]此外，采用大熱輸入焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)(HAZ)低溫韌性發(fā)生比較嚴(yán)重的劣化，熱影響區(qū)(HAZ)的低溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度一般比較難以達(dá)到_165°C，更不用說(shuō)達(dá)到超低溫-196。。。
[0007]現(xiàn)有大量專利文獻(xiàn)只是說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)母材鋼板的_40°C~_60°C低溫韌性，對(duì)于如何在焊接條件下，獲得優(yōu)良的熱影響區(qū)(HAZ)低溫韌性說(shuō)明得較少，尤其采用大熱輸入焊接時(shí)如何保證超低溫鎳鋼熱影響區(qū)(HAZ)的_196°C低溫韌性較少。(如日本專利昭63 —93845、昭 63 — 79921、昭 60 — 258410、特平開 4 — 285119、特平開 4 — 308035、平 3 —264614、平 2 — 250917、平 4 — 143246 及美國(guó)專利 US Patent4855106、US Patent5183198、US Patent4137104)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種低成本超低溫鎳鋼及其制造方法，鋼板屈服強(qiáng)度≤550MPa、抗拉強(qiáng)度≤650MPa、-196°C低溫沖擊功單值A(chǔ)kv≤100J、Z向性能≤35%，特別適宜于用做制造大型LNG超低溫儲(chǔ)罐、船用LNG超低溫儲(chǔ)罐、冰海及極地區(qū)域大型鋼結(jié)構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]抗高回火參數(shù)SR脆化的超低溫鎳鋼是厚板品種中難度制造較大的鋼種之一，其原因是該類鋼板不僅要求母材具有極高的超低溫韌性、優(yōu)良的焊接性，而且還要求在經(jīng)過(guò)高回火參數(shù)SR后鋼板仍然具有上述性能的同時(shí)，鋼板還具有優(yōu)良的焊接性且可經(jīng)受大熱輸入焊接；因此在關(guān)鍵技術(shù)路線和成分工藝設(shè)計(jì)上，綜合了影響超低溫鎳鋼的_196°C的低溫韌性、抗焊接再熱裂紋敏感性、可較大熱輸入焊接性及抗高回火參數(shù)SR軟化與脆化的因素，創(chuàng)造性地采用了超低C 一超低Si —中Mn —低N —超微+Ti處理低合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，控制Mn) X [7.33(% Si)+5.16(% Al)] ( L O、0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009,Ca處理且Ca/S比控制在1.0~3.0之間及Ca) X (%S) 28 < 1.0 X 10_3，優(yōu)化再結(jié)晶控軋及后續(xù)特殊的組合熱處理工藝，使超低溫鎳鋼獲得極高的超低溫韌性、優(yōu)良的焊接性、可承受較大熱輸入焊接，更為重要的是該發(fā)明的低溫鎳鋼具有優(yōu)異的抗高回火參數(shù)SR脆化特性，并且能夠低成本制造(相對(duì)傳統(tǒng)9.0%左右的鎳含量的超低溫鋼板)。
[0011]具體的，本發(fā)明的低成本超低溫鎳鋼，其成分重量百分比為:C:0.040 %~0.070%,Si..( 0.15%,Mn:0.80%~L 20%,P..( 0.010%,S..( 0.0020%,Ni:5.00%~7.00 Mo:0.05 % ~0.25 %、Als:0.010 % ~0.030 %、T1:0.008 % ~0.018 %、N:(0.0040%, Ca:0.001%~0.004%、其余為Fe和不可避免的夾雜；且上述成分必須同時(shí)滿足如下關(guān)系:
[0012](% Mn) X [7.33(% Si)+5.16(% Al)] ^ 1.0 ；
[0013]Ti/N = 1.5 ~3.5 ;
[0014]0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009，
[0015]其中，Au= 2.54+40.53[(% C) + (%N)]+0.43[(% Cu) + (% Ni) + (% Mn) ]-0.22(%Al)-2.64[(% P) + (% S)]-1.26[(% Cr) + (% Mo)]-(% Si)，T 的單位為 K ；
[0016]Ca/S 在 1.00 ~3.00 之間，且(% Ca) X (% S)0.28 ≤ 1.0X10 —3 ;
[0017]獲得的低溫鎳鋼組織是細(xì)小均勻的馬氏體/貝氏體+鐵素體+奧氏體島的復(fù)相顯微組織。
[0018]在本發(fā)明鋼板的成分設(shè)計(jì)中:
[0019]C，對(duì)超低溫鎳鋼的沖擊韌性、高回火參數(shù)SR脆化及焊接性影響很大，從改善超低溫鎳鋼的低溫沖擊韌性、抗高回火參數(shù)SR脆化及焊接性角度，希望鋼中C含量比較低為宜；但從鋼板的強(qiáng)度，更重要的從熱軋過(guò)程和淬火過(guò)程的顯微組織控制角度，C含量不宜過(guò)低，過(guò)低C含量導(dǎo)致奧氏體晶界遷移率高，這給熱軋和淬火的均勻細(xì)化組織帶來(lái)較大問(wèn)題，易形成混晶組織，同時(shí)過(guò)低C含量還造成晶界結(jié)合力降低，導(dǎo)致鋼板低溫沖擊韌性低下、焊接熱影響區(qū)低溫沖擊韌性劣化；綜合以上的因素，C的含量控制在0.040%~0.070%之間。
[0020]Si促進(jìn)鋼水脫氧并能夠提高超低溫鎳鋼的強(qiáng)度，但是采用Al脫氧的鋼水，Si的脫氧作用不大，Si雖然能夠提高超低溫鎳鋼的強(qiáng)度，但是Si粗化鋼板顯微組織、嚴(yán)重?fù)p害超低溫鎳鋼的本征韌性、抗高回火參數(shù)SR脆化及焊接性，尤其在較大熱輸入焊接條件下，Si不僅促進(jìn)M-A島形成，而且形成的M-A島尺寸大、分布不均勻，嚴(yán)重?fù)p害焊接熱影響區(qū)(HAZ)的低溫韌性和抗疲勞性能，因此鋼中的Si含量應(yīng)盡可能控制得低，考慮到煉鋼過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和可操作性，Si含量控制在< 0.15%。
[0021 ] Mn作為合金元素在超低溫鎳鋼中除提高強(qiáng)度和改善韌性外，還具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低ACl、Ac3、Ar1、Ar3點(diǎn)溫度，細(xì)化鋼板晶粒尺寸，增大貝氏體/馬氏體板條之間的位向角，更重要的是在高Ni含量條件下，Mn能夠極大提高鋼板的淬透性，細(xì)化貝氏體/馬氏體晶團(tuán)尺寸，改善超低溫鎳鋼的低溫韌性；但是加入過(guò)多Mn會(huì)增加鋼板內(nèi)部偏析程度，降低超低溫鎳鋼力學(xué)性能的均勻性和_196°C韌性，增加超低溫鎳鋼回火脆性尤其抗高回火參數(shù)SR脆化特性，劣化鋼板較大熱輸入焊接性。而小線能量焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)易形成脆硬組織如馬氏體等；因此，Mn含量范圍控制在0.80%~1.20%之間。
[0022]P作為鋼中有害夾雜對(duì)超低溫鎳鋼的_196°C沖擊韌性、抗高回火參數(shù)SR脆化和焊接性具有巨大的損害作用；理論上要求越低越好，但考慮到煉鋼條件、煉鋼成本和煉鋼廠的物流順暢，要求P含量控制在< 0.010%。
[0023]S作為鋼中有害夾雜對(duì)超低溫鎳鋼的-196°C沖擊韌性(尤其橫向低溫韌性)、抗高回火參數(shù)SR脆化損害作用很大；此外，S在鋼中與Mn結(jié)合，形成MnS夾雜物，在熱軋過(guò)程中，MnS的可塑性使MnS沿軋向延伸，形成沿軋向MnS夾雜物帶,嚴(yán)重?fù)p害鋼板的橫向低溫沖擊韌性、Z向性能、抗高回火參數(shù)SR脆化和焊接性，同時(shí)S還是熱軋過(guò)程中產(chǎn)生熱脆性的主要元素；理論上要求越低越好，但考慮到煉鋼條件、煉鋼成本和煉鋼廠的物流順暢原則，要求S含量控制在< 0.0020%。
[0024]Ni是鋼板獲得優(yōu)良超低溫韌性、抗高回火參數(shù)SR脆化不可缺少的合金元素，Ni具有降低超低溫條件下鐵素體位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的P-N力，提高超低溫條件下鐵素體位錯(cuò)可動(dòng)性，促進(jìn)鐵素體位錯(cuò)發(fā)生交滑移，改善鐵素體低溫鋼板的本征塑韌性；因此從理論上講，鋼中Ni含量在一定范圍內(nèi)越高越好，但是Ni是一種很貴的合金元素，從低成本批量生產(chǎn)角度，適宜的加入量為5.00%~7.00%。
[0025]Mo作為鐵素體晶界強(qiáng)化元素，具有抑制低溫鎳鋼高回火參數(shù)SR脆化與軟化、提高超低溫鎳鋼的強(qiáng)度，在鋼中適量添加Mo可以進(jìn)一步降低C含量、減少超低溫鎳鋼中的貝氏體/馬氏體亞結(jié)構(gòu)形態(tài)，改善超低溫鎳鋼_196°C韌性與焊接性的同時(shí)，改善超低溫鎳鋼抗高回火參數(shù)SR脆化，因此對(duì)于抗高回火參數(shù)的超低溫鎳鋼，Mo合金化不可缺少；但是如過(guò)量添加，損害鋼板的焊接性，尤其大熱輸入條件下的焊接性；因此Mo適宜添加量為
0.05%~0.25%。
[0026]鋼板中的Als能夠固定鋼中的自由[N]，降低焊接熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]，具有細(xì)化鋼板顯微組織(AlN釘軋作用)與消除鋼中(包括焊接熱影響區(qū))固溶N的作用；但鋼中加入過(guò)量的Als不但會(huì)在鋼中形成大量彌散的針狀A(yù)l2O3夾雜物，損害鋼板低溫沖擊韌性及抗裂、止裂性；而且促進(jìn)回火脆化、損害大熱輸入焊接性及焊接接頭異常組織出現(xiàn)，根據(jù)鋼板成分體系分析，最佳Als含量控制在0.010%~0.030%之間。
[0027]鋼中加入微量的Ti目的是與鋼中N結(jié)合，生成穩(wěn)定性很高的TiN粒子，細(xì)化母材鋼板顯微組織，改善超低溫用鋼的沖擊韌性與抗高回火參數(shù)SR脆化；此外，抑制焊接HAZ區(qū)奧氏體晶粒長(zhǎng)大和改變二次相變產(chǎn)物，改善大線能量焊接HAZ的低溫韌性。鋼中添加的Ti含量要與鋼中的N含量匹配，匹配的原則是TiN不能在液態(tài)鋼水中析出而必須在固相中析出;因此TiN的析出溫度必須確保低于1400°C，根據(jù)log[Ti][N] =— 16192/T+4.72可以確定Ti的加入量。當(dāng)加入Ti含量過(guò)少，形成TiN粒子數(shù)量不足，不足以抑制HAZ的奧氏體晶粒長(zhǎng)大和改變二次相變產(chǎn)物而改善大線能量焊接HAZ的低溫韌性；加入Ti含量過(guò)多時(shí)，TiN析出溫度超過(guò)1400°C，部分TiN顆粒在鋼液凝固過(guò)程中析出大尺寸的TiN粒子，這種大尺寸TiN粒子不但不能抑制HAZ的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，反而成為裂紋萌生的起始點(diǎn)；因此Ti含量的最佳控制范圍為0.008%~0.018%。
[0028]N的控制范圍與Ti的控制范圍相對(duì)應(yīng)，對(duì)于較大線能量焊接鋼板，Ti/N在1.5~
3.5之間最佳。N含量過(guò)低且Ti含量過(guò)高時(shí)，生成TiN粒子數(shù)量少、尺寸大，不能起到改善鋼的焊接性的作用，反而對(duì)焊接性有害；但是N含量過(guò)高時(shí)，鋼中自由[N]增加，尤其較大線能量焊接條件下熱影響區(qū)(HAZ)自由[N]含量急劇增加，嚴(yán)重?fù)p害HAZ低溫韌性，惡化鋼的焊接性；此外，N含量較高時(shí)，板坯表面裂紋嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)造成板坯報(bào)廢。因此N含量控制在< 0.0040% ο
[0029]對(duì)鋼進(jìn)行Ca處理，一方面可以純凈鋼液，另一方面對(duì)鋼中硫化物進(jìn)行變性處理，使之變成不可變形的、穩(wěn)定細(xì)小的球狀硫化物，抑制S的熱脆性、提高鋼板沖擊韌性和Z向性能、改善鋼板沖擊韌性的各向異性。Ca加入量的多少，取決于鋼中S含量的高低，Ca加入量過(guò)低，處理效果不大；Ca加入量過(guò)高，形成Ca(0，S)尺寸過(guò)大，脆性也增大，可成為斷裂裂紋起始點(diǎn)，降低鋼的低溫韌性，同時(shí)還降低鋼質(zhì)純凈度、污染鋼液。一般控制Ca含量按ACR=(wt% Ca) [1-1.24(wt % O)]/1.25(wt% S)，其中ACR為硫化物夾雜形狀控制指數(shù)，因此Ca含量的控制范圍為0.001%— 0.004% ο
[0030]特別是，在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中，Mn) X [7.33(% Si)+5.16(% Al)]≤1.0，這是本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)之一。
[0031]Si與Al促進(jìn)Mn、C、P、S之間的共軛偏析，導(dǎo)致鋼板內(nèi)部偏析嚴(yán)重，損壞鋼板內(nèi)質(zhì)健全性與均勻性，導(dǎo)致鋼板焊接性、回火脆化及低溫韌性大幅度降低。
[0032]本發(fā)明通過(guò)控制(％Mn)X[7.33(%Si)+5.16(%A1)]≤1.0，抑制超低溫鎳鋼板內(nèi)部偏析、改善超低溫鎳鋼板抗回火脆性，尤其提高抗高回火參數(shù)SR脆化的特性，細(xì)化母材鋼板及焊接熱影響區(qū)貝氏體/馬氏體晶團(tuán)尺寸，增大貝氏體/馬氏體板條之間的位向角而增加裂紋擴(kuò)展的阻力，改善超低溫鎳鋼板的抗裂、止裂特性(即低溫韌性)。
[0033]另外，在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中，
[0034]0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009，其中Au =
2.54+40.53 [ ( % C) + ( % N) ] +0.43 [ ( % Cu) + ( % Ni) + ( % Mn) ]-0.22 ( % Al) -2.64[( %P) + (% S)]-1.26[(% Cr) + (%Mo)]-(% Si)，T的單位為K，這是本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)之一，通過(guò)奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)與鐵素體+奧氏體兩相區(qū)回火溫度之間的匹配，獲得數(shù)量適當(dāng)、分布均勻、形狀尺寸合適的高穩(wěn)定性?shī)W氏體島，這種奧氏體島對(duì)于超低溫鋼板具有決定性的作用:
[0035]A)在_196°C條件下，奧氏體具有優(yōu)良的化學(xué)、機(jī)械穩(wěn)定性，在各種化學(xué)與力的作用下，不發(fā)生馬氏體相變，作為面心立方塑韌性相彌散分布在鋼中；
[0036]B)這種奧氏體島作為裂紋鈍化器，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到奧氏體島時(shí)，奧氏體發(fā)生塑性形變，吸收裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)能量，鈍化裂紋尖端，制止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，改善超低溫鎳鋼板的的抗裂、止裂特性(即低溫韌性)；
[0037]C)奧氏體島具有分割貝氏體/馬氏體板條作用，細(xì)化貝氏體/馬氏體板條尺寸，改善鋼板的超低溫韌性；
[0038]D)奧氏體島具有凈化鐵素體相作用(貝氏體/馬氏體板條為鐵素體相)，即消除鐵素體相中的脆化間隙元素C、N等，改善貝氏體/馬氏體板條超低溫本征塑韌性。
[0039]綜上所述，通過(guò)奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)A與鐵素體+奧氏體兩相區(qū)回火溫度T之間的匹配，實(shí)現(xiàn)鋼板在-196°C條件下超低溫韌性的關(guān)鍵；也是實(shí)現(xiàn)相對(duì)低鎳含量(5.00%~
7.00% )替代高鎳含量(9.0%以上)，大幅度降低制造成本的關(guān)鍵技術(shù)。
[0040]Ca/S 在 1.00 ~3.00 之間且(% Ca) X (% S)0.28 ( 1.0X 10 —3，鋼中夾雜物含量少且均勻細(xì)小地彌散在鋼中，細(xì)化鋼板及大熱輸入焊接熱影響區(qū)顯微組織；改善超低溫鎳鋼板與焊接熱影響區(qū)抗裂、止裂特性。
[0041]本發(fā)明的低成本超低溫鎳鋼及其制造方法，其包括如下步驟:
[0042]I)冶煉、鑄造
[0043]按上述的成分冶煉、鑄造采用連鑄工藝，連鑄輕壓下率控制在3 %~7 %之間，中間包澆注溫度在1520°C~1550°C之間，以改善連鑄坯中心偏析與疏松；二冷采用弱冷，比水量控制在< 0.60L/(噸Xmin)；
[0044]2)板還加熱溫度1050°C~1150°(:,板還出爐后采用高壓水除鱗,除鱗不盡可反復(fù)除鱗；
[0045]3)軋制，鋼板總壓縮比即板坯厚度/成品鋼板厚度≥4.00
[0046]第一階段為普通軋制，采用連續(xù)不間斷地軋制，確保形變金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)/靜態(tài)再結(jié)晶，第一階段累計(jì)壓下率≥50%，細(xì)化奧氏體晶粒；
[0047]第二階段采用再結(jié)晶控制軋制RCR，控軋開軋溫度780°C~840°C，軋制道次壓下率≥8%，再結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下率≥50%，終軋溫度740°C~800°C ；
[0048]4)正火+淬火
[0049]正火溫度為780°C~820°C，正火保持時(shí)間為10~20min，正火后鋼板自然空冷至室溫；淬火溫度為650°C~700°C，淬火保持時(shí)間為15~25min，鋼板淬火至室溫；
[0050]5)回火
[0051]回火溫度為600~650°C，回火保持時(shí)間為30~60min，回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
[0052]根據(jù)本發(fā)明成分體系，高鎳鋼板坯表面易產(chǎn)生裂紋，煉鋼工序重點(diǎn)工藝為連鑄工藝，連鑄工藝重點(diǎn)控制中間包澆鑄溫度、輕壓下率及二冷冷卻模式；連鑄輕壓下率控制在3%~7%之間，中間包澆注溫度在1520°C~1550°C之間，以改善連鑄坯中心偏析與疏松；二冷采用弱冷，比水量控制在< 0.60L/(噸Xmin)，以改善高鎳鋼連鑄坯表面裂紋。
[0053]板還加熱溫度1050°C~1150°(:,板還出爐后采用高壓水除鱗，除鱗不盡可反復(fù)除鱗；
[0054]為確保超低溫鎳鋼顯微組織均勻細(xì)小，鋼板總壓縮比(板坯厚度/成品鋼板厚度)≥4.0O0
[0055]第一階段為普通軋制，采用大軋制道次壓下率進(jìn)行連續(xù)不間斷地軋制，確保形變金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)/靜態(tài)再結(jié)晶，第一階段累計(jì)壓下率>50%，細(xì)化奧氏體晶粒。
[0056]第二階段采用再結(jié)晶控制軋制RCR，780°C≤控軋開軋溫度≤840°C，軋制道次壓下率≥8%，再結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下率≥50%，740°C≤終軋溫度≤800°C，進(jìn)一步細(xì)化軋態(tài)鋼板顯微組織，為淬火均勻超細(xì)化顯微組織奠定基礎(chǔ)。
[0057]采用組合熱處理工藝如下:正火溫度為780°C~820°C，正火保持時(shí)間為10~20min，正火后鋼板自然空冷至室溫；淬火溫度為650°C~700°C，淬火保持時(shí)間為15~25min (鋼板淬火至室溫)；回火溫度為600~650°C，回火保持時(shí)間為30~60min，回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
[0058]本發(fā)明的有益效果:
[0059]本發(fā)明在關(guān)鍵技術(shù)路線和成分工藝設(shè)計(jì)上，綜合了影響超低溫鎳鋼的_196°C的低溫韌性、抗焊接再熱裂紋敏感性、可較大熱輸入焊接性及抗高回火參數(shù)SR軟化與脆化的因素，創(chuàng)造性地采用了超低C 一超低Si —中Mn —低N —超微+Ti處理低合金鋼的成分體系作為基礎(chǔ)，控制(% Mn) X [7.33(% Si)+5.16(% Al)] ( 1.0、0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009,Ca處理且Ca/S比控制在1.0~3.0之間及Ca) X (%
S)28 < 1.0 X 10_3，優(yōu)化再結(jié)晶控軋及后續(xù)特殊的組合熱處理工藝，使超低溫鎳鋼獲得極高的超低溫韌性、優(yōu)良的焊接性、可承受較大熱輸入焊接，更為重要的是，本發(fā)明的低溫鎳鋼具有優(yōu)異的抗高回火參數(shù)SR脆化特性，并且能夠低成本制造(相對(duì)傳統(tǒng)超低溫9.0%鎳含量的鋼板)，特別適宜于用做制造大型LNG超低溫儲(chǔ)罐、船用LNG超低溫儲(chǔ)罐、冰海及極地區(qū)域大型鋼結(jié)構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)低成本穩(wěn)定批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0060]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)部分以錳代鎳，采用較低鎳含量生產(chǎn)超低溫鋼板，比常規(guī)超低溫鋼板鎳含量降低2%~4%，大幅度降低制造成本，產(chǎn)品具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0061]圖1為本發(fā)明實(shí)施例E的鋼板顯微組織。

【具體實(shí)施方式】
[0062]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0063]表1為本發(fā)明實(shí)施例鋼的成分，表2、表3為本發(fā)明實(shí)施例鋼的制造工藝，表4、表5為本發(fā)明實(shí)施例鋼的性能。
[0064]本發(fā)明實(shí)施例制造工藝如下:
[0065]TDS鐵水深度脫硫一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF — RH (喂Si — Ca絲)一連鑄(采用輕壓下工藝)一板坯下線精整一板坯定尺火切一加熱一再結(jié)晶控制軋制(RCR)—鋼板堆緩冷/坑緩冷一AUT/MUT —鋼板切邊、切頭尾一粗拋丸去鋼板表面氧化皮一奧氏體單相區(qū)淬火+奧氏體與鐵素體兩相區(qū)淬火+回火熱處理(Q+Q’+T)—取樣與性能驗(yàn)測(cè)一切定尺鋼板一表面質(zhì)量和外觀尺寸、標(biāo)識(shí)及檢測(cè)一出廠。
[0066]由圖1可見，本發(fā)明實(shí)施例鋼的組織為細(xì)小均勻的馬氏體/貝氏體+鐵素體+奧氏體島的復(fù)相顯微組織，從而保證超低溫鎳鋼具有極高的超低溫韌性、優(yōu)良的焊接性、可承受較大熱輸入焊接及優(yōu)異的抗高回火參數(shù)SR脆化特性。
[0067]根據(jù)本發(fā)明鋼板技術(shù)特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)合理的合金元素的組合設(shè)計(jì)與再結(jié)晶控車U特殊組合熱處理工藝相結(jié)合，超低溫鎳鋼即可獲得優(yōu)異的超低溫韌性、抗高回火參數(shù)SR脆化與軟化，而且鋼板可以承受較大線能量焊接，因而節(jié)約了用戶構(gòu)件制造的成本，縮短了用戶構(gòu)件制造的時(shí)間；由于本發(fā)明超低溫鎳鋼生產(chǎn)過(guò)程中不需要添加任何設(shè)備，制造工藝簡(jiǎn)潔、生產(chǎn)過(guò)程控制容易，因此制造成本低廉(尤其合金成本與傳統(tǒng)超低溫鎳鋼相比，降低約1500元/噸以上)。
[0068] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，對(duì)石油天然氣需求越來(lái)越大，最近即將開工的西氣東輸二線、出川管線、中俄管線、中哈管線建設(shè)就是最好的例證，對(duì)于缺少油氣資源的我國(guó)東部沿海地區(qū)將出現(xiàn)興建超低溫LNG儲(chǔ)罐的高潮，作為超低溫LNG儲(chǔ)罐的關(guān)鍵罐體材料一一抗高回火參數(shù)SR的超低溫鎳鋼，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0069]

【權(quán)利要求】
1.低成本超低溫鎳鋼，其成分重量百分比為:
C:0.040%~0.070% Si 0.15%
Mn:0.80%~1.20%
P:≤ 0.010%
S:≤ 0.0020%
Ni:5.00%~?.00%
Mo:0.05%~0.25%
Als:0.010%~0.030%
T1:0.008%~0.018% N 0.0040%
Ca:0.001%~0.004% 其余為Fe和不可避免的夾雜；且上述成分必須同時(shí)滿足如下關(guān)系:
(% Mn) X [7.33(% Si)+5.16(% Al)] ^ 1.0 ；
Ti/N = 1.5 ~3.5 ; 0.007≤奧氏體穩(wěn)定化指數(shù)Au/兩相區(qū)淬火溫度T≤0.009，
其中，Au = 2.54+40.53 [ ( % C) + ( % N) ] +0.43 [ ( % Cu) + ( % Ni) + ( % Mn) ] -0.22 ( %Al)-2.64[(% P) + (% S)]-1.26[(% Cr) + (% Mo)]-(% Si)，T 的單位為 K ；
Ca/S 在 1.00 ~3.00 之間，且(% Ca) X (% S)。28 ≤ 1.0X10 —3 ; 獲得的低溫鎳鋼組織是細(xì)小均勻的馬氏體/貝氏體+鐵素體+奧氏體島的復(fù)相顯微組織。
2.如權(quán)利要求1所述的低成本超低溫鎳鋼的制造方法，其特征是，包括如下步驟: 1)冶煉、鑄造 按權(quán)利要求1所述的成分冶煉、鑄造采用連鑄工藝，連鑄輕壓下率控制在3%~7%之間，中間包澆注溫度在1520°C~1550°C之間；二冷采用弱冷，比水量控制在≤0.60L/(噸 Xmin)； 2)板坯加熱溫度1050°C~1150°C，板坯出爐后采用高壓水除鱗，除鱗不盡可反復(fù)除鱗； 3)軋制，鋼板總壓縮比即板坯厚度/成品鋼板厚度>4.00 第一階段為普通軋制，采用連續(xù)不間斷地軋制，第一階段累計(jì)壓下率> 50% ； 第二階段采用再結(jié)晶控制軋制，控軋開軋溫度780°C~840°C，軋制道次壓下率≥8%,再結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下率≥50%，終軋溫度740V~800°C ； 4)正火+淬火 正火溫度為780°C~820°C，正火保持時(shí)間為10~20min，正火后鋼板自然空冷至室溫；淬火溫度為650°C~700°C，淬火保持時(shí)間為15~25min，鋼板淬火至室溫； 5)回火 回火溫度為600~650°C，回火保持時(shí)間為30~60min，回火結(jié)束后鋼板自然空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK104131225SQ201410369201
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】劉自成, 李先聚 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司