一种LPG船用低温钢板及其生产方法与流程

本发明属于钢铁冶金领域，具体为一种lpg船用低温钢板及其生产方法。

背景技术：

随着全球能源市场的发展，液化石油气的储运需求日趋突显，引发lpg船(液化石油气船)的需求激增。lpg船用c-mn低温钢板，主要用于设计使用温度为-55℃以上的lpg船的液货舱及其周围的船体结构的建造。由于液化石油气需在加压状态下低温保存，要求钢板具有一定的强度、较低的屈强比，优异的低温韧性，抗层状撕裂、良好的可焊性和加工性能等综合性能，以保证船舶运输的稳定性和安全性。

对于性能要求较高的钢板，一般采用添加nb、ti和ni的方法来提高低温韧性，这样一来会使合金成本大幅度提高，不利于大批量低成本制造。申请号为201510590308.0的专利公开了一种热轧态船用低温铁素体lt-fh40钢板，该钢板化学成分及质量百分比为：c：0.04～0.09％，si：0.10～0.30％，mn：1.35～1.55％，p：≤0.008％，s：≤0.004％，ni：0.20～0.45％，nb：0.010～0.035％，ti：0.007～0.020％，alt：0.020～0.050％，其余为fe及不可避免的杂质，采用热轧工艺生产低温铁素体钢板，工艺简单，低温韧性好、焊接性能强，但是为了提高低温韧性采用了铌-钛合金化同时添加ni的成份设计，增加了低温钢的合金成本。申请号为201110179901.8的专利公开了一种高强高韧性船用低温钢及其制造方法，该钢板按重量百分比包含如下组分：c：0.04％～0.12％，si：0.20％～0.55％，mn：0.8％～1.4％，p：0.005％～0.015％，s≤0.005％，als：0.02％～0.07％，n≤0.005％，cu：0.05％～0.40％，ni：0.05％～0.50％；其余为fe和不可避免的杂质，并保证ni/cu比为1.2～1.5。还有nb：0.005％～0.03％，ti：0.005％～0.02％，ca：0.001％～0.006％，mg：0.0005％～0.002％中的1种或2种以上，该钢板为提高强韧性添加了ni和cu等元素，同时有意添加nb和ti，合金成本过高。现有的船用低温钢板在满足低温使用要求、高效率的前提下，大批量制造的成本仍然很高。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种低温韧性、焊接性能好的lpg船用低温钢板，本发明的另一目的是提供一种满足低成本高效率的大型船舶制造需求的lpg船用低温钢板的生产方法。

技术方案：本发明所述的一种lpg船用低温钢板，包括以下质量百分数的化学成分：c：0.06％～0.10％，si：0.10％～0.40％，mn：0.80％～1.60％，p≤0.013％，s≤0.002％，al：0.040％～0.080％，n≤0.0050％，ti：0.005％～0.020％，残余元素ni+cr+mo+cu≤0.10％，nb+v≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质。

al和n的质量百分数的比值al/n≥10。优选地，al的质量百分数为0.055％～0.075％，p的质量百分数为≤0.009％。

一种lpg船用低温钢板的生产方法，包括铁水脱硫预处理工艺、转炉冶炼工艺、lf精炼工艺、rh真空处理工艺、连铸工艺、铸坯加热、控制轧制和轧后控制冷却，铸坯加热的加热温度为1110～1130℃，加热时间为135～400min，控制轧制采用两阶段轧制，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制，终轧温度控制在(ar3+10)±5℃，轧后控制冷却为acc加速冷却，冷却速度为5～8℃/s，返红温度为560～600℃，随后自然冷却。

工作原理：al有固n作用，消除自由n的低温脆化效应，从而起到韧化基体的效果，同时生成的aln和tin在铸坯加热过程中能够钉扎原始奥氏体晶界、阻碍原始奥氏体晶粒长大。低温加热工艺能够避免原始奥氏体晶粒在高温下发生异常长大，在铁素体相变临界温度附近进行轧制，使原始奥氏体在相变前充分累计变形最大程度细化奥氏体晶粒，为相变提供大量的形核质点，在随后的acc控制冷却作用下，生成细化的等轴铁素体组织和少量的均匀分布在铁素体晶粒间的珠光体组织，等轴细小的铁素体组织能够提高钢板的低温韧性。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本发明通过控制al/n比，p、s等有害元素的含量，不添加nb、ni、cr、mo、cu、v等贵重合金，有利于降低成本，有利于批量化生产；本发明采用al+ti微合金化，通过合理控制al/n范围使基体中的自由n与al结合，有利于韧化基体，有利于阻碍原始奥氏体晶粒长大；本发明采用tmcp控轧控冷工艺生产，流程简单，工序成本明显低于传统正火和调质工艺；本发明在1110～1130℃低温铸坯加热，有利于降低能耗，有利于避免原始奥氏体晶粒在高温下发生异常长大；本发明过在(ar3+10)±5℃温度进行轧制，即在铁素体相变临界温度附近进行轧制，生成细化的铁素体晶粒的平均尺寸≤20um，长轴/短轴≤1.5；本发明的低温钢板低温韧性好，lpg船用低温钢板在-80℃的低温冲击＞200j，在-100℃的低温冲击＞80j。

附图说明

图1是本发明实施例4的冲击功与冲击试验温度的关系图。

图2是本发明实施例4所制得的14mm钢板的金相组织示意图，(a)1/4位置，(b)1/2位置。

图3是对比钢板的1/4位置的金相组织示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的lpg船用低温钢板的化学成分包括：c：0.07wt％，si：0.30wt％，mn：1.10wt％，p：0.011wt％，s：0.002wt％，al：0.070wt％，n：0.0040wt％，，ti：0.017wt％，其中al/n为17.5，ni+cr+mo+cu≤0.1％，nb+v≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

本实施例的lpg船用低温钢板的生产方法中，铸坯加热的加热温度为1110℃，加热时间为400min，控制两阶段轧制的第一阶段开轧温度为1040℃，第二阶段开轧温度为900℃，ar3为806℃，故终轧温度控制在816+5℃，本实施例中终轧温度为819℃，acc加速冷却的冷却速度为7℃/s，返红温度为570℃，随后自然冷却。

实施例2

本实施例的lpg船用低温钢板的化学成分包括：c：0.06wt％，si：0.10wt％，mn：1.60wt％，p：0.010wt％，s：0.002wt％，al：0.060wt％，n：0.0035wt％，ti：0.005wt％，其中al/n为17.1，ni+cr+mo+cu≤0.1％，nb+v≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

本实施例的lpg船用低温钢板的生产方法中，铸坯加热的加热温度为1130℃，加热时间为225min，控制两阶段轧制的第一阶段开轧温度为1050℃，第二阶段开轧温度为930℃，ar3为768℃，故终轧温度控制在778±5℃，本实施例中终轧温度为776℃，acc加速冷却的冷却速度为5℃/s，返红温度为600℃，随后自然冷却。

对实施例2制得的lpg船用低温钢板，按gb/t228.1-2010规定的试验方法进行室温拉伸试验，试验按gb/t229规定的试验方法进行夏比冲击试验，其结果如表1，可以看出lpg船用低温钢板的上屈服强度为395mpa，抗拉强度为490mpa，延伸率为34％，低温冲击性能优异，-100℃的低温冲击＞80j，能够满足船用低温钢板的使用要求。

表1lpg船用低温钢板的力学性能

实施例3

本实施例的lpg船用低温钢板的化学成分包括：c：0.1wt％，si：0.40wt％，mn：0.80wt％，p：0.013wt％，s：0.001wt％，al：0.08wt％，n：0.005wt％，ti：0.020wt％，其中al/n为16.0，ni+cr+mo+cu≤0.1％，nb+v≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

本实施例的lpg船用低温钢板的生产方法中，铸坯加热的加热温度为1130℃，加热时间为135min，控制两阶段轧制的第一阶段开轧温度为1020℃，第二阶段开轧温度为850℃，ar3为819℃，故终轧温度控制在829±5℃，本实施例中终轧温度为833℃，acc加速冷却的冷却速度为8℃/s，返红温度为560℃，随后自然冷却。

对实施例3制得的lpg船用低温钢板，按gb/t228.1-2010规定的试验方法进行室温拉伸试验，试验按gb/t229规定的试验方法进行夏比冲击试验，其结果如表2，可以看出lpg船用低温钢板的上屈服强度为402mpa，抗拉强度为495mpa，延伸率为30％，低温冲击性能优异，-100℃的低温冲击＞80j，能够满足船用低温钢板的使用要求。

表2lpg船用低温钢板的力学性能

实施例4

本实施例的lpg船用低温钢板的化学成分包括：c：0.08wt％，si：0.20wt％，mn：1.50wt％，p：0.008wt％，s：0.0013wt％，al：0.045wt％，n：0.0045wt％，ti：0.008wt％，其中al/n为10.0，ni+cr+mo+cu≤0.1％，nb+v≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

本实施例的lpg船用低温钢板的生产方法中，铸坯加热的加热温度为1120℃，加热时间为150min，控制两阶段轧制的第一阶段开轧温度为1030℃，第二阶段开轧温度为890℃，ar3为769℃，故终轧温度控制在779±5℃，本实施例中终轧温度为874℃，acc加速冷却的冷却速度为6℃/s，返红温度为590℃，随后自然冷却。

对实施例4制得的lpg船用低温钢板，按gb/t228.1-2010规定的试验方法进行室温拉伸试验，试验按gb/t229规定的试验方法进行夏比冲击试验，lpg船用低温钢板的上屈服强度为403mpa，抗拉强度为495mpa，延伸率为29.5％。其冲击功与冲击试验温度的关系图如图1，可以看出由实施例4制得的钢板低温冲击韧性优异，-60℃的低温冲击＞350j，-80℃的低温冲击＞200j，-100℃的低温冲击＞100j。图2是本发明实施例4所制得的14mm钢板的金相组织示意图，(a)1/4位置，(b)1/2位置，从图中可以看出，低温钢板显微组织为先共析铁素体+少量珠光体，铁素体晶粒细小且成等轴状，铁素体晶粒平均尺寸为18.70um，形状比(长轴/短轴)为1.15。

对比例

将本公司用实施例4的生产方法制得的钢板与实施例4制得的lpg船用低温钢板进行比较。对比钢板的化学成分包括：c：0.09wt％，si：0.20wt％，mn：1.45wt％，p：0.010wt％，s：0.0011wt％，al：0.025wt％，n：0.0043wt％，ti：0.009wt％，其中al/n为5.8，ni+cr+mo+cu≤0.10％，nb+v≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。

表3lpg船用低温钢板的力学性能

对实施例4制得的lpg船用低温钢板和对比钢板，按gb/t228.1-2010规定的试验方法进行室温拉伸试验，试验按gb/t229规定的试验方法进行夏比冲击试验，其结果如表3，可以看出由实施例4制得的钢板低温冲击韧性明显优于对比钢板，对比钢板在-90℃、-100℃冲击性能急剧恶化，进一步说明当al/n≥10，钢板的低温冲击性能更好。图3是对比钢板的1/4位置的金相组织示意图，从图中可以看出，对比钢板的铁素体晶粒均匀性较差，有轻微混晶。