一种高强耐低温钢及其热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低温用钢的技术领域，涉及一种高强耐低温钢及其热处理工艺，具体 涉及一种高强度低Ni系铁素体型耐低温钢及其热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 在能源日趋紧张的情况下，全球液化天然气（LNG)的生产和贸易日趋活跃。液化 天然气（liquefied natural gas，简称为LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161. 5°C) 温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161. 5°C、0.1 MPa左右的低温储存罐内。与气态 天然气相比，液化后的天然气只有原体积的1/625,非常便于存储和运输，并且单位重量的 液化天然气地面运输费用仅是管道运输费用的1/6~1/7。
[0003] 目前，LNG船是国际公认的高技术、高难度、高附加值的"三高"产品，LNG船是在零 下162°C低温下运输液化气的专用船舶，由于液化天然气储运温度在_162°C以下，这就要 求用于储运液化天然气的材料在超低温下具有良好的冲击韧性，足够的抗脆性开裂和止裂 能力。同时，韩国现代钢铁公司已开始着手低温韧性中厚板和H型钢的开发，目前的主要研 宄方向是高强度耐极低温H型钢，即屈服强度在460MPa以上，保证-20°C冲击韧性的钢材， 主要用于集装箱船的最上层甲板，有利于北极航道的开发。
[0004] 富Ni铁素体型低温钢合金化程度较低，价格低廉、低温性能良好，逐渐发展成为 最具有实用性的低温结构材料，广泛应用于制造储存和运输低温液体的大型容器。其中， 9Ni钢的低温性能更为优异，是唯一在深冷下使用的富Ni铁素体型钢，除能在-162°C级储 存液化天然气外，还可以用于储存液态氧（_183°C )，液态氮（_196°C )的结构材料，也能运 用到H型钢和中厚板的开发中。但是，众所周知，良好的低温缺口韧性也是低温钢最重要的 技术要求，而Ni元素对低温钢的低温韧性影响很大，含量越高影响越大。因此，有必要对高 强耐低温钢进一步研宄与探讨。
【发明内容】
[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高强耐低温钢及其热 处理工艺，用于解决现有技术中缺乏具有良好的低温强韧性组合且能够用于低温环境下使 用的结构钢材及其制备方法的问题。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种高强耐低温钢，由以 下质量百分比的元素组成：
[0007] Ni (镍）：2· 0-7. 05 % ;C(碳）：0· 02-0. 1 % ;Si (硅）：0· 02-0. 1 % ;Mn (锰）： 0· 60-8. 00 % ;Cr (铬）：0· 3-0. 5 % ;Mo (钼）：0· 05-0. 6 % ;Cu (铜）：0· 02-0. 3 % ;A1 (铝）： 0.03-2.0% ;P(磷）：彡 0.010% ;S(硫）：彡 0.002% ;N(氮）：0.004-0.010% ;0(氧）： 0· 0005-0. 002 % ;Ca (钙）：0· 0005-0. 005 % ;余量为 Fe (铁）。
[0008] 优选地，所述一种高强耐低温钢，元素组成任选以下其一：
[0009] 1) 一种高强耐低温钢A，由以下质量百分比的元素组成：
[0010] Ni ：6. 85-7. 05 % ；C ：0. 045-0. 060 % ；Si ：0. 05-0. 08 % ；Mn ：0. 69-5. 00 % ；Cr ： 0. 3-0. 4 % ；Mo ：0. 05-0. 4 % ；Cu ：0. 02-0. 3 % ；A1 ：0. 036-0. 040 % ；P ： ^ 0. 009 % ；S ： 彡 0· 002% ;N :0· 004-0. 005% ;0:0· 0005-0. 002% ;Ca :0· 0005-0. 005% ;余量为 Fe ;
[0011] 2) -种高强耐低温钢B，由以下质量百分比的元素组成：
[0012] Ni ：2, 0-5. 75 % ；C ：0. 02-0. 1 % ；Si ：0. 02 % -〇. I % ；Mn ：4. 75-8. 00 % ；Cr ： 0. 3-0. 4 % ；Mo ：0. 15-0. 60 % ；Cu ：0. 02-0. 3 % ；A1 ：0. 044-0. 048 % ；P ： ^ 0. 009 % ；S ： 彡 0· 002% ;N :0· 004-0. 005% ;0:0· 0005-0. 002% ;Ca :0· 0005-0. 005% ;余量为 Fe ;
[0013] 3) -种高强耐低温钢C，由以下质量百分比的元素组成：
[0014] Ni ：5, 75-6. 85 % ；C ：0. 02-0. 1 % ；Si ：0. 02-0.1 % ；Mn ：0. 60-1. 00 % ；Cr ： 0. 3-0. 4 % ；Mo ：0. 05-0. 60 % ；Cu ：0. 02-0. 3 % ；A1 ：0. 036-0. 048 % ；P ： ^ 0. 009 % ；S ： 彡 0· 002% ;N :0· 004-0. 005% ;0:0· 0005-0. 002% ;Ca :0· 0005-0. 005% ;余量为 Fe。
[0015] 更优选地，所述一种高强耐低温钢，由以下质量百分比的元素组成：
[0016] Ni ：2, 0-5. 75 % ；C ：0. 03-0. 08 % ；Si ：0. 04 % -〇. 08 % ；Mn ：4. 75-7. 00 % ；Cr ： 0. 3-0. 4 % ；Mo ：0. 2-0. 40 % ；Cu ：0. 02-0.1 % ；A1 ：0. 044-0. 048 % ；P ： ^ 0. 009 % ；S ： 彡 0· 002% ;N :0· 004-0. 005% ;0:0· 0005-0. 002% ;Ca :0· 0005-0. 001% ;余量为 Fe。
[0017] 本发明中高强耐低温钢的元素组成，其中，镍是低温钢最基本最重要的合金元素。 镍是非碳化物形成元素，它与碳作用不形成碳化物。随着镍含量的提高，冷却时As点降低， 奥氏体的稳定性增大，当镍含量足够高时，甚至在_196°C的液氮温度下也不发生转变，从而 得到单相奥氏体组织，因此镍是形成和稳定奥氏体的元素，加入钢中的镍与基体形成固溶 体，能显著提高铁素体的韧性，从而提高低温钢的低温韧性。随着钢中镍含量的增加，低温 韧性提高，韧性一脆性转变温度降低，因此镍又是提高钢的低温韧性、降低韧性-脆性转变 温度最有效的元素。低温钢中添加镍量的多少要根据使用温度和对低温韧性的要求确定， 镍含量过高，不但不经济，而且也会损害焊接等工艺性能，同时还会降低材料的屈服强度。
[0018] 碳能显著提高低温钢的强度，但低温钢通常都是低碳钢，在保证强度的前提下，应 尽量降低钢中的碳含量，以提高钢的低温韧性，降低转变温度，改善焊接性。锰在低温钢中 的作用与镍类似，它对降低韧性-脆性转变温度也是有效的，通过提高低温钢中的Mn/c比， 可显著提高钢的韧性，另外，用适量的锰代替部分镍，还可降低成本，提高经济性。此外，在 低温钢中加入适量的铝等元素，能够细化钢的晶粒，特别是在采用控制轧制和控制冷却的 条件下，可大幅度改善低温钢的低温韧性。
[0019] 同时，对于镍系低温钢，在冶炼过程中最重要的是控制S、P、N和O等杂质元素的含 量，这是提高低温钢低温韧性的重要手段。而加入适量的Cu元素可以提高强塑积，Cu富集 在奥氏体中使得更多的奥氏体保留下来，并且由于Cu的析出物的强化作用，强度提高又不 降低初性。
[0020] 本发明第二方面提供一种高强耐低温钢的热处理工艺，包括以下步骤：
[0021] 1)将钢材料中各元素组分按配比混合后冶炼，再板坯连铸成铸锭；
[0022] 所述冶炼为常规的钢铁冶炼技术。
[0023] 优选地，所述板坯连铸技术为：采用180t铁水预处理站脱硫后，采用转炉工艺脱P 技术吹炼扒渣后，在LF钢包精炼炉深脱硫，同时调整合金成分；将Si-Ca线打入钢液后，在 RH炉真空循环脱气后，进行板坏连铸后，缓冷后修磨。
[0024] 2)将步骤1)中获得的铸锭进行多步热轧后空冷；
[0025] 优选地，所述多步热轧包括以下步骤：
[0026] 第一步：热轧温度：1045-1055°C，保温时间：165-175分钟；
[0027] 第二步：热轧温度：975-985°C，保温时间：115-125分钟；
[0028] 第三步：热轧温度：845-855°C，保温时间：85-95分钟；
[0029] 第四步：热轧温度：825-835°C，保温时间：65-75分钟；
[0030] 第五步：热轧温度：805-815°C，保温时间：45-55分钟；
[0031] 第六步：热轧温度：775-785°C，保温时间：35-45分钟；
[0032] 第七步：热轧温度：765-775°C，保温时间：27-37分钟；
[0033] 第八步：终轧温度：745-755 °C，保温时间：20-30分钟。
[0034] 更优选地，所述多步热轧包括以下步骤：
[0035] 第一步：热轧温度：1050°C，保温时间：170分钟；
[0036] 第二步：热轧温度：980°C，保温时间：120分钟；
[0037] 第三步：热轧温度：850°C，保温时间：90分钟；
[0038] 第四步：热轧温度：830°C，保温时间：70分钟；
[0039] 第五步：热轧温度：810°C，保温时间：50分钟；
[0040] 第六步：热轧温度：780°C，保温时间：40分钟；
[0041] 第七步：热轧温度：770°C，保温时间：32分钟；
[0042] 第八步：终轧温度：750 °C，保温时间：25分钟。
[0043] 优选地，所述多步热轧的每道次压下率保持在20-30%。
[0044] 所述压下率是指轧制和锻压时常用表示相对变形的压下率表示变形程度，当多步 轧制压下率尽量维持在一个稳定范围内时，乳制效果较好。
[0045] 3)将步骤2)中空冷后的铸锭进行QLT热处理，即得高强耐低温钢材料。
[0046] 优选地，所述QLT热处理包括以下步骤：
[0047] a)将空冷