本发明属于钢铁材料
技术领域：
，具体涉及一种超低温韧性优异的高锰中厚板及其制备方法。
背景技术：
：随着人们环保意识的提高，天然气作为最清洁的能源，其开发和利用越来越受到人们的重视，将会成为未来几十年发展最快的化石燃料。但由于其地理分布广泛，各地液化天然气资源的分配并不平衡，液化天然气的(lng)的运输变得愈发重要。我国的天然气资源需求增长迅猛，2001-2015年，我国天然气年增长15.9％；至2020年，我国液化天然气需进口1400亿m3，海上进口液化天然气(lng)占进口量的50％，将达700亿m3，因此，我国计划建设超过200个特大型lng储罐，约60艘海上运输船，其中储运设施用关键材料超低温用钢将高达60万吨。目前，lng储罐使用的传统材料多为铝合金、奥氏体不锈钢、9％ni钢、因瓦合金等，但这些材料都有一定的缺点，如价格昂贵、强度太低、焊材昂贵、焊接困难等，因此，亟待开发节约型高性能lng储罐材料。高锰钢在低温下具有良好的强度及韧性的结合，且成本相对较低，是很有吸引力的储罐材料替代品。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超低温韧性优异的高锰中厚板及其制备方法，采用fe-mn-al-c化学成分体系，结合控制轧制和控制冷却工艺，通过高温轧制使形变奥氏体组织完全再结晶成为无畸变的等轴奥氏体组织，提高了高锰奥氏体钢的塑性变形能力，从而获得具有优异超低温韧性并兼具较高强度的lng储罐用高锰中厚板。本发明的一种超低温韧性优异的高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：c：0.31～0.67％，si：0.02～0.48％，mn：22.0～27.3％，p：≤0.08％，s：≤0.06％，al：1.5～4.64％，余量为fe和不可避免的杂质。所述高锰中厚板的厚度为11～20mm，-196℃下的超低温沿轧向冲击吸收功(rd)为116～212j，沿宽展方向冲击吸收功(td)为89～173j，屈服强度(rel)为318～529mpa，抗拉强度(rm)为728～889mpa。一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，具体步骤如下：(1)按照高锰中厚板成分设计熔炼出钢水并铸造成钢坯，将钢坯加热至1000～1200℃并保温2～3h；(2)对加热后的钢坯进行一阶段轧制，开轧温度为1030～1150℃，终轧温度为950～1070℃，总压下率为78～85％，得到热轧钢材；(3)将热轧钢材水冷至室温，得到超低温韧性优异的高锰中厚板。上述一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，其中：所述步骤1中，钢坯的厚度为55～112mm。所述步骤1中，钢坯于箱式电阻炉中加热。所述步骤2中，经过5～9道次轧制，单道次压下率为18～29％。所述步骤2中，热轧钢材的厚度为11～20mm。上述的一种超低温韧性优异的高锰中厚板及其制备方法，技术方案的主要思路为：c作为基本的强化元素，能够提高层错能和强度，本发明的c含量控制在0.31％～0.67％之间；mn元素是奥氏体稳定元素，本发明的mn含量控制在22.0％～27.3％之间；c、mn可以使马氏体相变点降至液化天然气的温度以下，保证在低温使用过程中为全奥氏体相。奥氏体为面心立方晶格构，无明显的韧脆转变现象，因而，在超低温材料开发方面高锰奥氏体钢具有先天优势。p、s易偏聚于晶界或孪晶界，引起脆性，会大大损伤高锰钢的超低温韧性，因此需要控制在较低范围内。si作为稳定铁素体元素，能够降低层错能，提高强度，本发明的si含量控制在0.02％～0.48％之间。al具有提高层错能，抑制氢致开裂，降低抗拉强度的特点，在低温时，c和al同样可增加奥氏体的稳定性，本发明的al含量控制在1.5％～4.64％之间，并且，高锰钢中加入一定量的al将会抑制γ向ε-马氏体的转变，同时促进变形过程中形变孪晶的生成，由于变形奥氏体组织畸变能较高，对裂纹的扩展有促进作用。在较高的温度区间内进行热变形，使变形奥氏体组织转变为等轴状奥氏体组织，高温变形后采用水冷处理，可使晶界处p、s等元素偏聚减弱，碳化物析出减少，有利于韧性的提高。上述的一种超低温韧性优异的高锰中厚板及其制备方法，与现有技术相比，优点及有益效果是：1、本发明的高锰中厚板轧制态即可使用，具有优异的超低温韧性和较高的强度。2、不需要添加合金元素，成本远低于9ni钢。附图说明图1本发明实施例1制备的1#钢典型热轧态光学显微组织。图2本发明实施例2制备的3#钢典型热轧态光学显微组织。图3本发明实施例3制备的5#钢典型热轧态光学显微组织。具体实施方式下述实施例1-3轧制成形过程在450mm二辊可逆热轧实验轧机上进行。实施例1一种超低温韧性优异的高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：c：0.5％，si：0.146％，mn：23.96％，p：0.004％，s：0.002％，al：2.01％，余量为fe和不可避免的杂质。一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，具体步骤如下：(1)按照成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为74mm的1#和2#钢坯，将钢坯加热至1200℃并保温2h；(2)对加热后的1#和2#钢坯分别进行一阶段轧制，得到热轧钢材，轧制道次、开轧温度、终轧温度、单道次压下率、总压下率如表1，热轧钢材厚度如表2；(3)将热轧钢材水冷至室温，得到超低温韧性优异的高锰中厚板。表1控制轧制工艺参数编号开轧温度/℃终轧温度/℃单道次压下率/％总压下率/％轧制道次107595618～298472#钢106299918～29857表2热轧钢材厚度试样1#钢2#钢热轧钢材厚度/mm1211将本实施例制备的超低温韧性优异的高锰中厚板沿轧向取冲击试样和拉伸试样，沿宽展方向取冲击试样，-196℃夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度如表3所示。表3-196℃试样的夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度。编号rd/jtd/jrel/mparm/mpa1#钢1991563397652#钢203158328740实施例结果表明，本发明高锰中厚板采用控制轧制和控制冷却，可使热轧态高锰中厚板获得优异的超低温冲击韧性，并同时具有较高的强度，1#钢典型热轧态光学显微组织如图1所示。实施例2一种超低温韧性优异的高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：c：0.67％，si：0.48％，mn：25.8％，p：0.019％，s：0.006％，al：3.64％，余量为fe和不可避免的杂质。一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，具体步骤如下：(1)按照成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为112mm的3#和4#钢坯，将钢坯加热至1000℃并保温2.5h；(2)对加热后的3#和4#钢坯分别进行一阶段轧制，得到热轧钢材，轧制道次、开轧温度、终轧温度、单道次压下率、总压下率如表4，热轧钢材厚度如表5；(3)将热轧钢材水冷至室温，得到超低温韧性优异的高锰中厚板。表4控制轧制工艺参数编号开轧温度/℃终轧温度/℃单道次压下率/％总压下率/％轧制道次3#钢1087101720～298294#钢104997819～29849表5热轧钢材厚度试样3#钢4#钢热轧钢材厚度/mm2018将实施例制备的超低温韧性优异的高锰中厚板沿轧向取冲击试样和拉伸试样，沿宽展方向取冲击试样，-196℃夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度如表6所示。表6-196℃试样的夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度。编号rd/jtd/jrel/mparm/mpa3#钢1781423657894#钢170133375796实施例结果表明，本发明高锰中厚板采用控制轧制和控制冷却，可使热轧态高锰中厚板获得优异的超低温冲击韧性，并同时具有较高的强度，3#钢典型热轧态光学显微组织如图2所示。实施例3一种超低温韧性优异的高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：c：0.31％，si：0.12％，mn：24.9％，p：0.06％，s：0.004％，al：1.96％，余量为fe和不可避免的杂质。一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，具体步骤如下：(1)按照成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为55mm的5#和6#钢坯，将钢坯加热至1150℃并保温3h；(2)对加热后的5#和6#钢坯分别进行一阶段轧制，得到热轧钢材，轧制道次、开轧温度、终轧温度、单道次压下率、总压下率如表7，热轧钢材厚度如表8；(3)将热轧钢材水冷至室温，得到超低温韧性优异的高锰中厚板。表7控制轧制工艺参数编号开轧温度/℃终轧温度/℃单道次压下率/％总压下率/％轧制道次5#钢106199020～297856#钢105694220～29805表8热轧钢材厚度试样5#钢6#钢热轧钢材厚度/mm1211将本实施例制备的超低温韧性优异的高锰中厚板沿轧向取冲击试样和拉伸试样，沿宽展方向取冲击试样，-196℃夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度如表9所示。表9-196℃试样的夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度。编号rd/jtd/jrel/mparm/mpa5#钢2121733187286#钢204163329736实施例结果表明，本发明高锰中厚板采用控制轧制和控制冷却，可使热轧态高锰中厚板获得优异的超低温冲击韧性，并同时具有较高的强度，5#钢典型热轧态光学显微组织如图3所示。实施例4一种超低温韧性优异的高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：c：0.48％，si：0.15％，mn：27.3％，p：0.004％，s：0.005％，al：4.64％，余量为fe和不可避免的杂质。一种超低温韧性优异的高锰中厚板的制备方法，具体步骤如下：(1)按照成分设计熔炼出钢水并铸造成厚度为72mm的7#钢坯，将钢坯加热至1200℃并保温2h；(2)对加热后的7#钢坯进行一阶段轧制，得到12mm热轧钢材，轧制道次、开轧温度、终轧温度、单道次压下率、总压下率如表10；(3)将热轧钢材水冷至室温，得到超低温韧性优异的高锰中厚板。表10控制轧制工艺参数将本实施例制备的超低温韧性优异的高锰中厚板沿轧向取冲击试样和拉伸试样，沿宽展方向取冲击试样，-196℃夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度如表11所示。表11-196℃试样的夏比v型缺口冲击吸收功和室温拉伸强度。编号rd/jtd/jrel/mparm/mpa7#钢11689529889实施例结果表明，本发明高锰中厚板采用控制轧制和控制冷却，可使热轧态高锰中厚板获得优异的超低温冲击韧性，并同时具有较高的强度。当前第1页12