一种高韧性-130℃低温钢及其制造方法

专利名称：一种高韧性-130℃低温钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高韧性-130°c低温钢及其制造方法，属低合金钢制造领域。
背景技术：
在本发明前，中国专利申请号2008100350 公开了 “一种低温用钢及其制造方法”，ωNi含量范围为0. 05 0. 35%，具有优异低温韧性和大线能量焊接性能，用于制造石油天然气管线、低温储气罐体；中国专利申请号200710113574和200610007960分别公开的 “一种低温压力容器用钢板及其生产方法”和“一种低温高强度、高韧性钢及其制造方法”， 所涉及钢《Ni含量范围分别为0. 10 0. 35%、1. 00 1. 40%，低温冲击试验温度分别为-40°C、-60°C;申请号为200710062013. 1的“一种生产低温高韧性钢及其钢板的方法”专利涉及9Ni钢，低温冲击试验温度可达_196°C。又有如日本专利JP59013050涉及破冰船体用2. 5Ν 低温高韧性铸钢及生产工艺，低温冲击试验温度为-75°C，日本专利JP2007239090 涉及一种《Ni ( 2.0%的具有优异低温韧性和超高热输入能量焊接热影响区韧性的厚钢板，这两个专利涉及钢的Ni含量都低于本案。5Ν 低温钢广泛应用于石油化工和空分制氧设备等方面，一套300kt/a乙烯装置中有各种低温设备58台，需要低温钢约2000吨，110kt/a尿素等中型化肥厂需要各种低温钢材(包括钢板、钢管、锻件、焊材)约1000吨。随着我国石油化工工业的迅猛发展，石油化工装置的规模在不断地扩大，对5Ni低温钢的需求量巨大。5Ν 低温钢因其强度高、低温韧性优异，成本比相应温度级别的Cr-Ni不锈钢低， 在美国、日本等发达国家逐渐被广泛采用。5Ni低温钢在我国目前只是制订了相关产品标准，批量性生产还是空白，相关工程用钢一直依赖进口。因此，进行5Ni低温钢的研发可以填补我国相关产品的空白，结束该产品长期依赖进口受制于人的不利局面，并且有助于我国能源战略储备体系的建立，具有良好的市场前景。

发明内容
本发明的目的是提供一种高韧性-130°C低温钢及其制造方法，能克服已有技术之不足，还提高了低温韧性储备；采用可行的生产工艺，适合大生产操作，获得稳定而且优良的_130°C低温韧性。所述目的是通过如下方案实现的一种高韧性_130°C低温钢，是由下述重量百分比的成分组成C彡0. 12,SiO. 10 0. 35,MnO. 30 1. 00,P ( 0. 015,S ( 0. 005,Ni 4. 70 5. 30,A10. 005 0. 10，此外还含有 Nb 彡 0. 040,V 彡 0. 060,Cr 彡 0. 25,Mo 彡 0. 50,Zr 彡 0. 050,RE 彡 0. 020 中的一种或一
种以上，余量为Fe及不可避免的杂质。在上述成分中，优选采用下述重量比例的一种或多种成分C0. 033 0. 064，Si 0. 13 0. 19，Mn 0. 49 0. 73，P 0. 005，S 0. 003，Ni4. 82 5. 04，Al 0. 017 0. 041，Nb 0. 017，Cr 0. 15。
还可以优选采用下述重量比例的一种或多种成分C 0. 056 0. 115，Si 0. 16 0.33，Mn 0.37 0.62，P 0.008，S 0.004，Ni 4. 91 5. 25，Al 0. 011 0. 036，Zr 0.009， RE 0.0002。以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Ni、Al、Nb、V、Cr、Mo、Zr、RE限定量的理由。C在钢中以间隙原子存在，能非常有效地提高钢材强度，但是，随着碳含量增加，钢材的延伸率和冲击韧性下降，尤其是低温韧性下降的幅度更大，考虑到本发明的目的是制造高韧性-130°C低温钢，同时，还要兼顾钢材的焊接性，因而希望C含量低，所以C含量上限是 0. 12%。Si是为钢水预脱氧而添加的，能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度，但Si含量不宜高，以免降低钢的韧性，所以其含量范围为0. 10 0. 35%。Mn是提高钢的屈服强度和抗拉强度的元素，在低碳低合金高强度钢中，均添加适量Mn以提高钢材的强度，添加0. 30%以上是必要的；但Mn含量高时因钢的过热敏感性增大，在稍有过热的情况下，晶粒就发生粗化，还增加回火脆性，所以上限是1. 00%。P含量越少越好，但是工业生产中使P含量降低需要很高的成本，所以上限是 0. 015%。S含量过高则使钢材具有各向异性且韧性降低，所以上限是0.005%。Ni能与铁以任何比例互溶，通过细化铁素体晶粒改善钢的低温韧性，并具有明显降低冷脆转变温度的作用，对于-130°C低温钢，4. 70%的Ni含量是必须的；但含量过高易造成钢板氧化皮难以脱落，且成本升高，故上限控制在5. 30%。Al是钢中的主要脱氧元素，一定含量的Al还能细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性；但Al含量过高易导致钢中夹杂物增多，对钢材的低温韧性不利，因此，Al含量的限定范围为0. 005 0. 10%。Nb是一种强碳、氮化物形成元素，在钢中形成的NbC、Nb(CN)等第二相质点，可阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，提高钢材的强度和低温韧性；但Nb含量过高易产生晶间裂纹，故其含量控制在0. 040%以下。V也是一种强碳、氮化物形成元素，在钢中形成的VC、V(CN)等第二相质点，能细化晶粒，提高钢材的强度和低温韧性；但V含量过高会降低钢的焊接性，故其含量限制在 0. 060% 以下。Cr是缩小奥氏体区的元素，是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物， 也可固溶于铁素体；同时，Cr还是提高钢淬透性的有效元素，加入Cr会提高钢材焊接冷裂纹敏感性，本发明中Cr的含量控制在0. 25%以下。Mo是有效提高钢材回火稳定性的元素，还能提高钢材的强度，提高钢材的抗氢脆能力；如果添加量过高，将导致钢材的韧性和焊接性能下降，故其含量限制在0. 50%以下。Zr含量在0. 030%时，RE添加量在约230g/吨时，均有助于提高钢的纯净度，从而提高钢材的低温韧性。本发明同时提供一种高韧性-130°C低温钢的制造方法，采用铁水脱硫技术，转炉顶底吹炼，真空深处理及成分微调，按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理，其特征在于铸坯表面涂敷防氧化涂料，钢的开轧温度< 1100°c，控轧累计压下率> 60%，末三道次累计压下率> 35%，终轧温度750 860°C ；采用两次淬火+ —次回火处理，第一次淬火保温温度为790 880°C，第二次淬火保温温度为670 770°C，保温时间均为30 50分钟十板 j (mm) X 1分钟/mm，回火保温温度570 670°C，保温时间为45 65分钟十板厚(mm) X 1 分钟/mm。本发明具有如下优点1.本发明钢采用了微合金化处理，钢中的夹杂物是细小的氧化物夹杂，钢质纯净， 为获得稳定而且优良的低温韧性奠定了基础。2.采用一次淬火+回火或两次淬火+—次回火热处理工艺，组织稳定，因而本发明钢具有稳定而且优良的_130°C低温韧性。3.实际应用中，可以采用低合金钢生产设备生产本发明钢，因此本发明钢的生产工艺具有良好的适应性，降低了生产成本，适应大生产要求，在各冶金企业均可实施，利于推广应用。4.本发明钢最适合作为低温气体球罐、储罐用钢。
具体实施例方式本发明的实施例与一种公开出版物所示5% Ni低温钢(孙进.-120°C下具有良好低温韧性的5% Ni钢研制.中国特殊钢国际学术研讨会暨高品质特殊钢技术与市场论坛论文集· 2009,p. 123-125)进行化学成分(见表1)、强塑性(见表3)和低温韧性(见表4) 比较。本发明钢实施例的制备工艺为按照本发明钢成分要求冶炼的铸坯，在其表面涂敷防氧化涂料后，加热到1050 1200°C，出炉轧制，开轧温度彡1050°C，具体如约1000°C，控轧累计压下率彡60%，具体如约67 %，末三道次累计压下率彡35 %，具体如约37 %，终轧温度750 860 V，具体如约 820°C。热处理工艺见表2。表1实施例与对比例的化学成分
权利要求
1.一种高韧性-130°C低温钢，该钢的化学成分按重量百分比由以下组成，C ^ 0. 12、 Si 0. 10 0. 35,Mn :0. 30 1. 00,P 彡 0. 015,S 彡 0. 005,Ni :4. 70 5. 30,Al :0. 005 0. 10，此外还含有 Nb 彡 0. 040、V ^ 0. 060、Cr ^ 0. 25、Mo ^ 0. 50、Zr 彡 0. 050、RE ^ 0. 020中的一种或一种以上，余量为!^e及不可避免的杂质。
2.根据权利要求书1所述一种高韧性_130°C低温钢，其特征在于采用下述重量比例的成分组成C 0. 033 0. 064，Si :0. 13 0. 19，Mn :0. 49 0. 73，P :0. 005，S :0. 003，Ni :4. 82 5. 04，Al 0. 017 0. 041，Nb :0. 017，Cr :0. 15。
3.根据权利要求书1所述一种高韧性_130°C低温钢，其特征在于采用下述重量比例的成分组成C 0. 056 0. 115，Si :0. 16 0. 33, Mn :0. 37 0. 62, P :0. 008，S :0. 004, Ni :4. 91 5. 25，Al 0. 011 0. 036，Zr 0. 009，RE 0. 0002。
4.根据权利要求书1所述一种高韧性-130°C低温钢的制造方法，其特征在于采用铁水脱硫技术，转炉顶底吹炼，真空深处理及成分微调，按通常超纯净钢工艺进行轧制、热处理， 其特征在于铸坯表面涂敷防氧化涂料，钢的开轧温度< 1100°C，控轧累计压下率> 60%, 末三道次累计压下率> 35%，终轧温度750 860°C ；采用两次淬火+—次回火处理，第一次淬火保温温度为790 880°C，第二次淬火保温温度为670 770°C，保温时间均为30 50分钟十板厚(mm) X 1分钟/mm，回火保温温度570 670°C，保温时间为45 65分钟十板厚(mm) X 1分钟/mm。
全文摘要
一种高韧性-130℃低温钢及其制造方法，本发明属低合金钢制造领域。本发明的化学成分按重量百分比由以下组成，C≤0.12、Si0.10～0.35、Mn0.30～1.00、P≤0.015、S≤0.005、Ni4.70～5.30、Al0.005～0.10，此外还含有Nb≤0.040、V≤0.060、Cr≤0.25、Mo≤0.50、Zr≤0.050、RE≤0.020中的一种或一种以上，余量为Fe。本发明钢的生产工艺采用一次淬火+回火或两次淬火+一次回火热处理工艺，组织稳定，具有稳定且优良的-130℃低温韧性，具有良好的适应性，工艺简单，成本低廉，利于推广应用。
文档编号C22C38/12GK102330031SQ201110331478
公开日2012年1月25日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者习天辉, 刘文斌, 张开广, 李书瑞, 李具中, 段东明, 芮晓龙, 郭斌 申请人:武汉钢铁(集团)公司