本發(fā)明屬于鋼生產(chǎn)，尤其涉及一種滿足-196℃服役低溫容器用5.5ni鋼生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)lng產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展以及化工領(lǐng)域低溫儲(chǔ)罐大型化發(fā)展，對(duì)高強(qiáng)度低溫容器用鋼需求量與日俱增。建造lng大型儲(chǔ)罐或者大型乙烷、乙烯儲(chǔ)罐等設(shè)施一般選用9ni鋼，但隨著冶煉技術(shù)和材料組織調(diào)控技術(shù)的進(jìn)步，9ni鋼性能余量已大幅過(guò)剩。加上ni是貴金屬元素，使得9ni鋼成本居高不下。為了支持大型低溫儲(chǔ)罐高質(zhì)量低成本發(fā)展，在保障材料性能基礎(chǔ)上，需開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)的材料替代傳統(tǒng)9ni鋼，提升產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)力。

2、為了降低9ni鋼合金成本，節(jié)鎳化合金設(shè)計(jì)是低溫材料研發(fā)趨勢(shì)，國(guó)際上已成功開發(fā)應(yīng)用了節(jié)ni型7ni鋼并在國(guó)內(nèi)也逐步替代9ni鋼，但成本降幅有限。本發(fā)明是在確保材料性能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低貴金屬ni的使用量，但其性能仍達(dá)到傳統(tǒng)9ni鋼的水平。

3、目前，中國(guó)關(guān)于5.5ni鋼的專利中涉及5.5ni鋼合金設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造工藝等方面的專利如下：

4、中國(guó)專利號(hào)cn116770170a公開了一種超低溫環(huán)境用5.5ni鋼板及其制造方法，制造出5~30mm厚度的且保證力學(xué)性能及工藝性能的5.5ni鋼板，從其案例看，12mm可以滿足-196℃低溫韌性要求，但25mm鋼板只能滿足-100℃低溫韌性要求，不能滿足-196℃低溫條件下服役。熱處理采用了qlt的工藝，即要進(jìn)行兩次淬火，一次在a3線以上淬火，一次在兩相區(qū)淬火，熱處理成本高。

5、中國(guó)專利號(hào)cn115341140a公開了一種超低溫壓力容器用鋼及生產(chǎn)方法，其成分范圍很寬，其中ni含量為5.2~6.8%，按照標(biāo)準(zhǔn)劃分，合金元素范圍涵蓋了5.5ni鋼、6ni鋼和7ni鋼三個(gè)鋼種，沖擊性能滿足-196℃要求的ni含量高，合金成本高；此專利中，采用了750℃左右的兩相區(qū)淬火，但在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，絕大多數(shù)鋼種的正火或者淬火溫度都高于800℃，要讓爐溫冷卻到這么低的溫度進(jìn)行淬火，導(dǎo)致熱處理需空爐冷卻的時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響熱處理產(chǎn)量；兩相區(qū)淬火對(duì)入水溫度極高，一旦入水溫度和冷卻速率匹配不當(dāng)，α與γ相的比例不能精準(zhǔn)控制在比較合理的范圍會(huì)導(dǎo)致性能波動(dòng)較大。此外，入水過(guò)程同時(shí)發(fā)生相變，溫差應(yīng)力和相變應(yīng)力復(fù)雜工況影響下，板形很難控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的就是為了解決現(xiàn)有5.5ni鋼熱處理成本高、效率低、板形差及無(wú)法滿足-196℃低溫服役的問(wèn)題，提供了一種滿足-196℃服役低溫容器用5.5ni鋼生產(chǎn)方法，可以減少合金成本，滿足-196℃工況服役，便于生產(chǎn)組織及板形控制，提高處理效率和產(chǎn)量。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種滿足-196℃服役低溫容器用5.5ni鋼生產(chǎn)方法，包括采用以下成分設(shè)計(jì)，按質(zhì)量百分比計(jì)為：c0.03～0.06%，si0.15～0.20%，mn0.9～1.2%，s≤0.002%，p≤0.005%，ni5.3～5.7%，cr0.3～0.7%，mo0.12～0.22%，alt0.010-0.030%，o≤0.0020%，余量為fe和雜質(zhì)。

4、為了進(jìn)一步完成本發(fā)明的目的，還提供了使用上述成分進(jìn)行滿足-196℃服役低溫容器用5.5ni鋼的生產(chǎn)方法，具體步驟如下，包括：

5、（1）煉鋼：采用轉(zhuǎn)爐冶煉、lf+rh精煉；

6、（2）連鑄：采用二冷水弱冷、低拉速方案進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度為150mm，鑄坯進(jìn)行堆冷處理；

7、（3）板坯加熱：為了控制熱軋前原奧氏體晶粒尺寸、表面質(zhì)量和板形，整個(gè)板坯溫度均勻性≤10℃；

8、（4）熱軋：厚度≥15mm鋼板采用兩階段控制軋制，熱軋后層流冷卻到一定溫度后下線堆冷；

9、（5）熱處理：采用離線調(diào)質(zhì)熱處理工藝。

10、進(jìn)一步地，所述熱處理后最終得到以回火馬氏體為基體加少量奧氏體的組織。

11、進(jìn)一步地，所述鋼板的屈服強(qiáng)度≥630mpa，抗拉強(qiáng)度690～780mpa，延伸率≥20%，標(biāo)準(zhǔn)試樣-196℃kv2≥120j，5~30mm的鋼板板形均達(dá)到≤6mm/m。

12、進(jìn)一步地，所述步驟（1）中，控制rh處理過(guò)程中真空度≤0.3torr，真空處理時(shí)間≥30min。

13、進(jìn)一步地，所述步驟（2）中，連鑄過(guò)程中鋼水過(guò)熱度按照25~40℃控制。

14、進(jìn)一步地，所述步驟（3）中，軋制15mm以上規(guī)格的板坯出爐溫度為1130~1160℃，軋制15mm以下鋼板的板坯出爐溫度為1180~1220℃。

15、進(jìn)一步地，所述步驟（4）中，厚度≥15mm鋼板熱軋采用兩階段控制軋制，具體步驟如下：

16、s41：在奧氏體再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行粗軋，粗軋開軋溫度為1050~1100℃，總壓下量為30~60%；

17、s42：在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行精軋，開軋溫度低于880℃，終軋溫度為800~830℃。

18、進(jìn)一步地，所述步驟（4）中，熱軋后層流冷卻，返紅溫度控制在600-650℃之間，層流冷卻到一定溫度后下線堆冷。

19、進(jìn)一步地，所述步驟（5）中，熱軋板進(jìn)行離線調(diào)質(zhì)熱處理，采用在ac3溫度以上淬火+回火工藝進(jìn)行熱處理，鋼板加熱到800~840℃保溫20~50min，在輥式淬火機(jī)上水淬；再加熱到610~640℃回火50~120min，出爐空冷。

20、本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)原理如下：

21、c：鋼的強(qiáng)化元素和奧氏體穩(wěn)定元素，逆轉(zhuǎn)奧氏體富集c后會(huì)顯著降低ms點(diǎn)，提高其穩(wěn)定性。但c含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致韌-脆轉(zhuǎn)變溫度升高，對(duì)haz低溫韌性有害。設(shè)計(jì)時(shí)在考慮確保強(qiáng)度的前提下盡量低，本專利范圍為0.03%~0.06%。

22、ni：可以與fe形成α和γ相固溶體，在γ相中可以無(wú)限固溶，它能擴(kuò)大γ相區(qū)，是奧氏體形成和穩(wěn)定元素；能使螺型位錯(cuò)不易分解，保證交叉滑移的發(fā)生，提高材料塑變性能；對(duì)穩(wěn)定逆轉(zhuǎn)奧氏體非常重要，富ni和其它奧氏體穩(wěn)定元素的逆轉(zhuǎn)奧氏體在極低溫度下穩(wěn)定，變形過(guò)程中能吸收部分應(yīng)變能；還能通過(guò)形變誘導(dǎo)相變轉(zhuǎn)化為α′相，是增韌的機(jī)制之一；有利于提高淬透性，并通過(guò)固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度。但ni元素是貴金屬元素，主要依賴進(jìn)口，在確保性能基礎(chǔ)上應(yīng)該降低使用量，本專利范圍為5.3%~5.7%。

23、mn：是奧氏體穩(wěn)定元素，富集于奧氏體中有利于逆轉(zhuǎn)奧氏體的穩(wěn)定；也是基體強(qiáng)化元素，可以通過(guò)固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化提高強(qiáng)度；顯著提高材料的淬透性。mn含量過(guò)高，容易發(fā)生偏聚，不利于性能穩(wěn)定性，綜合考慮，本專利mn含量范圍為0.90%~1.2%。

24、si：是脫氧元素；可抑制p和mn在晶界偏聚；但si含量過(guò)高則不利于焊接熱影響區(qū)haz在焊接冷卻過(guò)程中的滲碳體析出，影響焊接接頭的低溫韌性，本專利控制在0.15%~0.20%。

25、s和p：s易與mn形成析出物mns，降低低溫韌性。p容易在晶界偏聚，降低晶界抗裂紋擴(kuò)展能力，惡化低溫韌性。因此，在考慮材料性能、焊接性能和生產(chǎn)效率基礎(chǔ)上均應(yīng)控制在最低限度。

26、mo：可以提高淬透性，從而提高強(qiáng)度；提高鋼的回火穩(wěn)定性；與鉻或錳等并存時(shí)，可降低或抑止因其他元素所導(dǎo)致的回火脆性，但mo含量過(guò)高，不利于焊接性能，本發(fā)明mo含量范圍0.12%~0.22%。

27、cr：含量在0.2％以上可以提高鋼的淬透性有利于在淬火時(shí)形成全馬氏體組織，在熱處理下后可以得到穩(wěn)定的組織，提高低溫韌性水平。cr含量超過(guò)0.70％，在焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的火花，影響焊接質(zhì)量。因此，本發(fā)明的cr含量范圍為0.40%~0.60％。

28、o：鋼質(zhì)純凈是保證鋼的韌性的前提，過(guò)高的o含量會(huì)導(dǎo)致鋼中產(chǎn)生過(guò)多的氧化物夾雜，o、n與al容易形成高熔點(diǎn)析出物al2o3和aln，而且析出物直徑較大，能達(dá)到幾微米，在析出物附近容易造成應(yīng)力集中而成為裂紋源，嚴(yán)重影響基體的低溫韌性，因此本設(shè)計(jì)把o含量控制在≤0.0020％。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)具體在于：

30、（1）本發(fā)明設(shè)計(jì)的成分中合金范圍窄，利于控制組織性能的穩(wěn)定性；

31、（2）本發(fā)明降低了mo和ni兩種貴金屬元素含量，從而減少了合金成本；

32、（3）本發(fā)明的5.5ni鋼可以滿足-196℃工況服役，低溫韌性優(yōu)異；

33、（4）本發(fā)明采用a3線以上溫度淬火，利于生產(chǎn)組織和控制板形。