本發(fā)明屬于合金鋼制造領(lǐng)域，涉及一種液化氣體船用碳錳低溫鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：液化石油氣(Liquefiedpetroleumgas，簡稱LPG)以其使用方便、清潔、少污染的特點(diǎn)受到廣泛的采用。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)的高速發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，城市人口迅速增長以及環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，對LPG的需求迅速增長，已成為世界第三大液化氣消費(fèi)市場。由于國內(nèi)產(chǎn)量遠(yuǎn)滯后于需求，進(jìn)口量大增，與之相適應(yīng)，LPG船運(yùn)市場也隨之發(fā)展起來。LPG船主要運(yùn)輸以丙烷和丁烷為主要成份的石油碳?xì)浠衔锘騼烧呋旌蠚?，包括丙烯和丁烯，還有一些化工產(chǎn)品，近年來乙烯也列人其運(yùn)輸范圍。LPG船因其特殊用途而產(chǎn)生了各方面的特殊要求，其技術(shù)難度大，代表當(dāng)今世界的造船技術(shù)水平，船價為同噸位常規(guī)運(yùn)輸船的2～3倍，是一種高技術(shù)、高附加值的船舶。但目前國內(nèi)LPG運(yùn)輸船數(shù)量嚴(yán)重不足，且現(xiàn)有LPG運(yùn)輸船船舶狀況不佳，無法滿足LPG水運(yùn)市場的需求。中國是造船大國，造船行業(yè)在最近幾年發(fā)展迅速，目前在世界造船行業(yè)的年造船能力已經(jīng)躍居世界第二位，LPG船用高強(qiáng)度耐低溫沖擊鋼需求巨大。LPG船一般設(shè)計(jì)使用溫度最低為-55℃，相應(yīng)要求低溫鋼板具有-75℃良好的低溫沖擊韌性，以保證船體結(jié)構(gòu)的安全。一般對于0℃以下服役環(huán)境的鋼板，都需添加一定量的Ni提高低溫韌性，同時要具有穩(wěn)態(tài)組織狀態(tài)，避免出現(xiàn)不穩(wěn)定的中溫轉(zhuǎn)變組織。如“一種壓力容器用低溫鋼板”(申請公布號：CN104674110)，該鋼板化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C0.03-0.07％、Si0.15-0.3％、Ni6.8-8.0％、Mn0.6-0.9％、P≤0.005％、S≤0.005％、Al0.02-0.04％、Mo0.01-0.2％、Nb0.01-0.09％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；Ni含量高，合金成本高，且鋼板需淬火+回火熱處理，制造成本高且工藝復(fù)雜?！耙环N高強(qiáng)高韌性船用低溫鋼”(申請公布號：CN102851591A)，該鋼板化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C0.04-0.12％、Si0.20-0.55％、Ni0.05-0.50％、Mn0.6-1.4％、P0.005-0.015％、S≤0.005％、Al0.02-0.07％、Cu0.05-0.40％、N≤0.005％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并保證Ni/Cu比為1.2-1.5；添加Ni、Cu等貴重合金，雖韌脆轉(zhuǎn)變溫度也低于-80℃，但成本高?！耙环NLPG船用儲罐用鋼板及其制造方法”(申請公布號：CN104831181A)，該鋼板化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C0.05-0.095％、Si≤0.30％、Ni0.15-0.80％、Mn0.70-1.35％、P≤0.015％、S≤0.008％、Al0.020-0.060％、Cu0.15-0.30％、Mo0.15-0.35％、Ti0.008-0.020％，以及元素Nb、V、B三種中的一種或多種，Nb0.015-0.065％或V0.030-0.060％或B0.0005-0.0020％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；添加Ni、Cu、Mo等貴重合金，合金成本高，且鋼板需淬火+回火熱處理，制造成本高且工藝復(fù)雜?！耙环N具有優(yōu)異韌性390MPa級低溫船用鋼”(申請公布號：CN103882297A)，該鋼板化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為：C0.05-0.12％、Si0.08-0.30％、Mn1.0-1.40％、P≤0.01％、S≤0.01％、Als0.01-0.05％、Nb0.02-0.04％、Ti0.005-0.020％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼板組織為多邊形鐵素體+針狀鐵素體+珠光體+貝氏體，其中貝氏體體積百分含量范圍7-25％；其C含量較高，不利于焊接性，且鋼中有體積分?jǐn)?shù)為7-25％的貝氏體，屬非穩(wěn)態(tài)的中溫轉(zhuǎn)變組織，低溫服役時的安全性差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何在不添加Cu、Cr、Ni、Mo等貴重合金元素的條件下，采用超低C和Nb、Al復(fù)合微合金化設(shè)計(jì)以及兩階段控制軋制、軋后層流冷卻及層流冷卻后再返回預(yù)矯直機(jī)返矯，來使液化氣體船用低溫鋼得到細(xì)小均勻的鐵素體+珠光體組織，獲得良好的低溫韌性和良好板形。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種液化氣體船用碳錳低溫鋼及制造方法，液化氣體船用碳錳低溫鋼的化學(xué)成分重量百分比為：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％，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；液化氣體船用碳錳低溫鋼的制造方法包括以下步驟：冶煉和鑄造工序：采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，鑄造采用連鑄；鐵水脫硫后目標(biāo)硫≤0.005％，轉(zhuǎn)爐冶煉防止終點(diǎn)回S，嚴(yán)格做好轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣，LF爐采用白渣操作，精煉總時間確?！?0分鐘，RH高真空度≤5.0mbar條件下保持≥25分鐘，連鑄采用保護(hù)澆鑄，中包采用無碳覆蓋劑，連鑄過程采用恒拉速；加熱爐加熱工序：將連鑄坯裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1120-1230℃，時間為1-5小時，鋼內(nèi)部獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織；中厚板軋機(jī)軋制工序：在中厚板軋機(jī)上進(jìn)行軋制，采用兩階段軋制，粗軋軋制總壓下率≥40％，粗軋終軋溫度為1000-1100℃，精軋軋制總壓下率≥45％，精軋開軋溫度860-930℃，終軋溫度為780-860℃，軋后經(jīng)層流冷卻，終冷返紅溫度450-650℃，隨后空冷至室溫；鋼板經(jīng)層流冷卻后，倒回預(yù)矯直機(jī)矯1-5道次，再上冷床冷卻至室溫；通過兩階段控制軋制和控制冷卻，獲得細(xì)小均勻的鐵素體+珠光體組織，晶粒度10.0-13.5級，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-80℃。本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下：碳：具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的淬透性，但碳含量較高對鋼的沖擊韌性尤其是上平臺沖擊功非常不利，且明顯損害焊接性能；因此，本發(fā)明涉及的鋼板采用低碳成分設(shè)計(jì)，碳含量范圍為0.03～0.08wt.％。硅：鋼中脫氧元素之一，同時具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但過量的Si將惡化鋼的低溫韌性及焊接性能；綜合上述考慮，本發(fā)明鋼的硅含量范圍為0.10～0.30wt.％。錳：明顯提高鋼的淬透性，具有一定的固溶強(qiáng)化作用，擴(kuò)大微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積，可以避免過多的微合金碳氮化物在軋制過程中形變誘導(dǎo)析出，但Mn含量過高時，其在鑄坯中的偏析傾向增加，另外對焊接性能不利；基于上述原因，本發(fā)明鋼Mn含量范圍為:0.60～1.30wt.％。鈮：軋制過程中固溶于奧氏體中的Nb和形變誘導(dǎo)析出碳氮化鈮粒子顯著提高奧氏體未再結(jié)晶溫度，獲得薄餅狀奧氏體，有助于細(xì)化鐵素體組織，本發(fā)明中Nb含量應(yīng)控制在0.010-0.080wt.％。鋁：鋁是強(qiáng)脫氧元素，還可與N結(jié)合形成AlN，能夠起到細(xì)化晶粒作用。磷和硫：鋼中雜質(zhì)元素，顯著降低低溫韌性和焊接性能，其含量應(yīng)分別控制在≤0.015wt.％和≤0.005wt.％。本發(fā)明控軋控冷的工藝控制原理如下：在鑄坯加熱階段，控制奧氏體化溫度，高于微合金元素Nb的全固溶溫度，但低于奧氏體發(fā)生反常晶粒長大的溫度，獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織。采用兩階段控軋工藝，在粗軋階段，適當(dāng)降低粗軋溫度、提高道次壓下量，實(shí)施再結(jié)晶控軋，通過反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化奧氏體；精軋階段在奧氏體未再結(jié)晶溫度(Tnr)以下變形，利用固溶Nb和析出Nb抑制奧氏體再結(jié)晶，獲得薄餅狀奧氏體，有助于細(xì)化鐵素體和貝氏體組織。層流冷卻階段，終冷返紅溫度控制在450-650℃，獲得鐵素體和珠光體組織，晶粒度10.0-13.5級。這樣，本發(fā)明在化學(xué)成分上采用低碳設(shè)計(jì)，加入適量Mn、Si，進(jìn)行Nb微合金化；在生產(chǎn)工藝上，采用結(jié)晶和非再結(jié)晶區(qū)控制軋制技術(shù)，充分利用控軋控冷對奧氏體狀態(tài)和微合金元素析出的調(diào)控作用，細(xì)化晶粒，進(jìn)而在后續(xù)層流冷卻中獲得晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，既成分低，制造工藝又簡單，還能使液化氣體船用低溫鋼獲得良好的低溫韌性。由此可見，本發(fā)明的液化氣體船用低溫鋼采用超低C和Nb、Al復(fù)合微合金化設(shè)計(jì)，無需添加Cu、Cr、Ni、Mo等貴重合金元素，通過兩階段控制軋制及軋后層流冷卻，無需熱處理，即可得到細(xì)小均勻的鐵素體+珠光體組織，從而獲得良好的強(qiáng)韌性匹配，具有成分及制造工藝簡單、成分低、低溫韌性好的優(yōu)點(diǎn)，適合建造液化氣體運(yùn)輸船液貨艙及船體結(jié)構(gòu)，具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-80℃的特征。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用低C、適量Nb微合金化的成分設(shè)計(jì)，通過控制軋制和控制層流、控制返紅溫度工藝生產(chǎn)具有細(xì)晶鐵素體/珠光體組織的液化氣體船用碳錳低溫鋼，晶粒度10.0-13.5級；細(xì)晶鐵素體/珠光體組織保證了高的屈服強(qiáng)度和低溫韌性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-80℃；低的碳含量和碳當(dāng)量設(shè)計(jì)，不添加Cu、Cr、Ni、Mo等貴重元素，降低了合金成本，通過控軋控冷獲得細(xì)晶組織，具有高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)異的焊接性。附圖說明圖1為本發(fā)明鋼板顯微組織的OM圖片。具體實(shí)施方式下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明中的一部分，而不是全部的實(shí)施例。本發(fā)明實(shí)施例鋼鑄坯通過轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、連鑄進(jìn)行生產(chǎn)，化學(xué)成分共3個實(shí)施例，化學(xué)成分如表1所示。制造方法包括以下步驟：冶煉和鑄造工序：采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，鑄造采用連鑄；鐵水脫硫后目標(biāo)硫≤0.005％，轉(zhuǎn)爐冶煉防止終點(diǎn)回S，嚴(yán)格做好轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣，LF爐采用白渣操作，精煉總時間確?！?0分鐘，RH高真空度≤5.0mbar條件下保持≥25分鐘，連鑄采用保護(hù)澆鑄，中包采用無碳覆蓋劑，連鑄過程采用恒拉速；加熱爐加熱工序：將連鑄坯裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1120-1230℃，時間為1-5小時，鋼內(nèi)部獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織；中厚板軋機(jī)軋制工序：在中厚板軋機(jī)上進(jìn)行軋制，采用兩階段軋制，粗軋軋制總壓下率≥40％，粗軋終軋溫度為1000-1100℃，精軋軋制總壓下率≥45％，精軋開軋溫度860-930℃，終軋溫度為780-860℃，軋后經(jīng)層流冷卻，終冷返紅溫度450-650℃，鋼板經(jīng)層流冷卻后，倒回預(yù)矯直機(jī)矯1-5道次，再上冷床冷卻至室溫；通過兩階段控制軋制和控制冷卻，獲得細(xì)小均勻的鐵素體+珠光體組織，晶粒度10.0-13.5級，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-80℃。鑄坯加熱溫度、粗軋終軋溫度、精軋開軋溫度、精軋終軋溫度等主要工藝參數(shù)見表2。鋼板橫向拉伸性能、縱向沖擊功在表3中列出。圖1給出了3號鋼板顯微組織的金相照片，由圖1可知，熱軋態(tài)組織為鐵素體+珠光體組織。表1液化氣體船用碳錳低溫鋼的化學(xué)成分(wt.％)鋼坯編號CMnSiPSNbAlFeA0.061.040.190.0060.0020.0500.043Bal.B0.051.250.250.0050.0030.0300.036Bal.C0.080.900.200.0080.0020.0600.020Bal.表2液化氣體船用碳錳低溫鋼的主要軋制工藝參數(shù)表3液化氣體船用碳錳低溫鋼的力學(xué)性能除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3