一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法
【专利摘要】本发明公开一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法，化学成分按重量百分比计为：C：0.01%~0.08%，Si：≤0.05%，Mn：0.90%~1.20%，Ni：7.00%~7.50%，Mo：0.05%~0.10%，Cr：0.30%~0.60%，Ti：0.01~0.03%，S：≤0.005%，P：≤0.008%，余量为Fe和杂质；采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，二阶段开轧温度≥850℃，终轧温度750±20℃轧后空冷；在800~850℃保温2min/mm淬火，在630~700℃保温2min/mm淬火，在550~600℃保温4min/mm回火后空冷，本发明可替代9%Ni钢的超低温压力容器用高镍钢，降低了LNG储罐用钢的制造成本，可创造直接经济效益。
【专利说明】一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高合金钢制造领域，尤其涉及一种适合于液化天然气（LNG)储罐的超 低温压力容器用高镍钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着全世界范围内对天然气使用量的日益扩大，对建造液化天然气（LNG)储罐用 9%Ni钢的需求量也在迅速增加。9%Ni钢由于其Ni含量达到9%而使其成本居高不下，其产 品很难推入市场，关于7%Ni钢的报道目前仅见日本2010年出版的《焊接学会论文集》第28 卷第 1 号中"Developmentof7%Ni_TMCPSteelPlateforLNGStoragetanks，'。其化学 成分按重量百分比计为：C:0· 05%，Si:0· 05%，Mn:0· 80%，Ni:7. 10%，Cr:0· 41%，Mo:0· 04%。 文中，作者并未给出7%Ni钢的成分范围，而只是就其冶炼的一炉7%Ni试验钢说明了其制造 工艺及其与9%Ni钢的性能对比情况。作者提出，7%Ni钢控制轧制的终轧温度需要严格控制 在Ar3附近，即650°C左右，而这增加了轧机的负荷，提高了轧制的难度，并且，作者未给出 具体的控轧工艺，且从改善钢的强度和韧性方面考虑，其Mn、Mo含量偏低。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种用于替代9%Ni钢的超低温压力容器用高镍钢及其制造 方法。采用7%Ni钢的成分范围，适当提高了Mn和Mo的含量，并加入少量的Ti,结合具体的 控轧工艺，生产出满足液化天然气（LNG)储罐用钢。
[0004] 本发明所涉及的超低温压力容器用高镍钢，其化学成分按重量百分比计为： C：0. 〇Γ〇. 08%,Si： ^ 0. 05%,Mn：0. 90^1. 20%,Ni：7. 00^7. 50%,Mo：0. 05^0. 10%,Cr： 0· 30?0· 60%，Ti:0· 01 ?0· 03%，S:彡 0· 005%，P:彡 0· 008%，余量为Fe和杂质；
[0005] 这种超低温压力容器用高镍钢的成分设计方案为：
[0006] (1)碳：碳是提高钢强度最有效的化学元素，但同时，碳会大幅降低钢的韧性，破坏 钢的焊接性能，综合考察，碳含量控制在〇. 08%以内对于超低温压力容器用高镍钢是合适 的；
[0007] (2 )硅：硅对钢的韧性和焊接性能不利，其含量对于超低温压力容器用高镍钢来说 应尽量降低并保证其在〇. 05%以下；
[0008] (3)锰：锰能提高钢的强度和韧性，但是锰含量过高时，会促进晶粒长大，产生回火 脆性，锰含量应控制在〇. 9(Tl. 20% ;
[0009] (4)镍：镍能提高钢的强度，又能使钢获得优异的低温韧性，镍属于无限扩大 奥氏体区的元素之一，因此，高镍钢经过调质处理后，可以获得完全细化的回火索氏体 组织，钢的强韧性匹配良好，但是，镍属于稀缺资源，价格昂贵，实验证实，镍含量控制在 7. 0(Γ7. 50%，再辅以适量的钥、铬、钛，钢的综合性能可以实现等同于9%Ni钢；
[0010] (5)钥：钥能使钢的晶粒细化，显著提高钢的淬透性，抑制钢的回火脆性，从而提高 钢的强度，改善钢的韧性，因此，其含量应控制在〇. 05、. 10%以内；
[0011] (6)铬：铬能提高钢的淬透性，从而提高钢的强度，但是，铬属于缩小奥氏体区的元 素之一，且铬显著提高钢的脆性转变温度，因此，铬含量应控制在0. 3(Γ〇. 60%;
[0012] ( 7 )钛：钛是钢中的强脱氧剂，能有效降低钢中的氧含量，从而改善钢的韧性，并使 钢的内部组织致密，细化晶粒，少量的钛含量可降低钢的时效敏感性和冷脆性，改善焊接性 能；
[0013] (8)硫：硫在钢中易形成FeS和MnS夹杂，产生热脆现象，显著降低钢的韧性，因此， 应尽量降低钢中的硫含量；
[0014] (9)磷：磷在钢中常偏聚于晶界，破坏基体的连续性，显著降低钢的韧性，使焊接性 能变坏，易产生冷脆，因此，应尽量降低钢中的磷含量。
[0015] 本发明超低温压力容器用高镍钢的制造方法为：
[0016] (1)转炉+精炼（LF+VD):转炉冶炼过程做到碳温协调，LF精炼过程精确控制成分， VD精炼过程保证钢中气体含量，保压时间不大于30分钟，要求[Η]彡2ppm;
[0017] (2)铸坯加热：总加热时间不得超过4小时，加热速度按加热时间计算；
[0018] (3)轧制：采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度> 105(TC，二阶段开轧温度 彡850°C，终轧温度750±20°C轧后空冷。
[0019] 对于第一阶段高于1050°c的再结晶区轧制，是为了确保奥氏体有足够的延伸，充 分发挥控制轧制的强化作用；对于高于850°C的未再结晶区轧制，是为了增大铁素体的有 效形核面积，细化铁素体晶粒；终轧温度控制在750°C左右既可以避免轧后空冷过程中的 晶粒长大，又可以减轻轧机的负荷；
[0020] (4)淬火+淬火+回火热处理：将室温钢板进加热炉，在80(T850°C保温2min/mm 淬火，在63(T70(TC保温2min/mm淬火，在55(T600°C保温4min/mm回火后空冷。第一次淬 火的目的是获得马氏体组织，由于高镍钢的马氏体转变温度较低，所以在淬火后的组织中 有一部分奥氏体组织存在。在第二次淬火的温度下，高镍钢为铁素体+奥氏体的双相组织， 其目的是通过相变再结晶使钢的组织进一步细化。回火的目的是得到以回火索氏体为主的 组织，并通过马氏体的逆转变使钢中奥氏体的量增多，进一步使钢的韧性增加。
[0021] 本发明的特点和产生的积极效果是：
[0022] (1)采用本技术方案制造的超低温压力容器用高镍钢，其屈服强度彡590MPa，抗拉 强度彡680MPa，延伸率彡20%，断面收缩率彡50%，-196°CV型冲击功彡100J，侧膨胀彡1.0;
[0023] (2)Mn含量提高到0. 9(Tl. 20%，进一步保障了钢的强度和韧性；
[0024] (3)Μο含量提高到0· 05、· 10%，进一步保障了钢的强度；
[0025] (4)加入少量的Ti,降低钢中的氧含量，并使钢的内部组织致密，细化晶粒，改善钢 的韧性；
[0026] (5)给出具体的控轧工艺，终轧温度提高到750°C左右，降低了轧制的难度；
[0027] (6)控制轧制和热处理工序，是出于对钢板晶粒尺寸和微观组织的控制考虑，保证 了钢板的强度和低温韧性。
[0028] 本发明用于替代9%Ni钢的超低温压力容器用高镍钢，降低了LNG储罐用钢的制造 成本，可创造直接经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为4%硝酸酒精溶液腐蚀的按实例1方案制造的钢板光学显微镜下的组织照 片；
[0030] 图2为4%硝酸酒精溶液腐蚀的按实例4方案制造的钢板在扫描电镜下的组织照 片。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施例说明本发明的实施效果
[0032] 超低温压力容器用高镍钢的化学成分见表1。
[0033] 采用100吨氧气顶吹转炉冶炼，冶炼过程做到碳温协调；LF精炼过程调整成分；VD 精炼过程保压25分钟，保证[H]彡2ppm。
[0034] 表1超低温压力容器用高镍钢化学成分wt%
[0035]
【权利要求】
1. 一种超低温压力容器用高镍钢，其特征在于，化学成分按重量百分比计为：c: 0· ΟΡ/ΓΟ. 08%，Si :彡 0· 05%，Μη :0· 909Γ1. 20%，Ni :7· 00%?7· 50%，Mo :0· 05%?0· 10%，Cr : 0· 30%?0· 60%，Ti :0· 01 ?0· 03%，S :彡 0· 005%，P :彡 0· 008%，余量为 Fe 和杂质。
2. -种权利要求1所述超低温压力容器用高镍钢的制造方法，其特征在于包括如下步 骤： (1) 转炉+精炼：转炉冶炼过程做到碳温协调，LF精炼过程精确控制成分，VD精炼过程 保证钢中气体含量，保压时间不大于30分钟，要求[H]彡2ppm ; (2) 铸坯加热：总加热时间不得超过4小时； (3) 轧制：采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度> 1050°C，二阶段开轧温度> 850°C， 终轧温度750±20°C轧后空冷； (4) 淬火+淬火+回火热处理：将室温钢板进加热炉，在80(T85(rC保温2min/mm淬火， 在63(T70(TC保温2min/mm淬火，在55(T600°C保温4min/mm回火后空冷。
【文档编号】C21D8/02GK104278210SQ201310285597
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】朱莹光, 敖列哥, 侯家平, 叶其斌 申请人:鞍钢股份有限公司