一种LNG储罐用超薄规格16MnDR钢板及其制造方法与流程

本发明涉及薄规格铁基合金钢板，尤其涉及厚度薄至5mm的超薄规格16mndr钢板的制造方法。

背景技术：

lng(液化天然气)是目前最重要的清洁能源，但其使用过程中存在明显的波峰与波谷，为了稳定lng供应，需要建设大容量的lng储罐进行调峰。lng储罐一般容量8-20万立方米，设计使用寿命50年，且在整个使用过程中，从设计角度，不预留检修及维修环节。因此，lng储罐对整个罐体用材料提出了非常高的要求，要求钢板性能均匀、稳定且在极端情况下(如地震等)性能仍有较大的富余量。

16mndr是gb/t3531中的低温压力容器用钢板牌号，针对5mm的16mndr钢板，该标准仅对钢板的成分进行了约定，并未对钢板的拉伸性能、工艺性能进行规定，且明确了厚度低于6mm的钢板不做冲击试验。

lng储罐外罐底中幅板及外罐壁衬板设计为5mm厚度规格16mndr，从安全角度考虑，必须对该钢板的力学性能、工艺性能进行约定，即，化学成分满足gb3531的基础上，力学性能，工艺性能等指标也必须满足设计、实际需要。

目前针对5mm厚度规格或更薄规格的的16mndr钢板，尚未见研究报道。有学者提出了“一种正火型16mndr低温压力容器钢板及其制造方法”(专利公开号：cn102605241a)，该技术未提及厚度范围，但应用实例的范围在6-120mm，且该专利通过添加一定量的v元素进行强化。有研究人员提出了“一种120mm低温压力容器钢16mndr厚板及其生产方法”(专利公开号：cn102345054a)，该技术利用模铸生产120mm厚度规格的16mndr钢板。

以上专利都是针对厚规格16mndr的发明及制造工艺进行了阐述，但本申请要讨论的lng储罐用5mm厚度规格16mndr钢板及其生产过程要结合其自身及使用特点：

①使用于关键部位，对钢板力学性能、工艺性能有要求；

②钢板轧制方向为罐体壁板的水平方向，钢板宽度方向为罐体壁板的垂直方向，因此钢板纵向为主要受力方向，纵向力学性能尤为重要；

③储罐超长的服役期要求16mndr钢板应具备一定的性能稳定性；

④对于5mm厚度规格的钢板，坯料心部质量是钢板综合性能中重要性能之一。

技术实现要素：

本发明针对现实中存在的难点与工程的迫切需要，开发了一种保低温韧性的5mm厚度规格16mndr钢板，该钢板尤其能够满足lng储罐的设计要求，钢板设计成分仍满足gb3531-2014要求；钢板横向与纵向试样抗拉强度rm：490-620mpa，屈服强度rel≥315mpa，延伸率a≥21％；且-40℃温度下，横向冲击试样(试样大小3.33mmx10mmx55mm)的冲击吸收能量kv2≥27j；试样在d＝2a，b＝2a条件下进行常温弯曲试样，弯曲角度180°，无裂纹；试样进行5.0％的伸长冷变形，再进行250℃×1小时的人工时效处理，-40℃温度下，横向与纵向冲击试样(试样大小3.33mmx10mmx55mm)的冲击吸收能量kv2≥27j，具备较强的性能稳定性。且化学成分对应的碳当量cev≤0.43，使钢板具备良好的可焊性。

本发明的具体技术方案为：一种超薄规格(5mm厚度)16mndr钢板，所述钢板以fe为基础元素，且包含如下化学成分(质量百分比)：c：0.10-0.20％；si：0.15-0.30％；mn：1.20-1.50％；p：≤0.015％；s：≤0.005％；al：≥0.020％；ni：0.10-0.30％；h≤1ppm；as+sb+bi+sn+pb≤0.10％；碳当量cev≤0.43。

以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：

c：是确保钢板强度所必须的元素，c与fe在钢中形成fe3c的渗碳体结构，该结构是珠光体的组成部分，因此，c可以有效提高钢的强度。但过高的c含量对钢的延性、韧性不利并显著增加材料的碳当量从而不利于钢板的焊接性能。本发明控制碳含量为0.10-0.20％。

si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。si含量低于0.10％时，脱氧效果较差，si含量较高时会造成韧性及焊接性能下降。本发明si含量控制为0.15-0.30％。

mn：起固溶强化作用，但①当mn含量过高时则会增加其碳当量从而损坏焊接性能；②mn可以提高钢板的淬透性，对于5mm厚度规格钢板，其在冷床上冷却速率较快，过高的mn含量将导致钢板局部区域组织异常；③mn与s结合，易在板坯中心产生偏析形成片层状mns夹杂，导致钢板冲击韧性不稳定。因此，本发明mn含量控制为1.20～1.50％。

ni：是可以显著改善低温韧性的有益元素，对冲击韧性和韧脆转变温度具有显著的影响。因此，本发明将其含量控制在0.10～0.30％。

al：主要是起脱氧作用、细化晶粒。al与钢水中[o]、[n]接合形成的(al2o3)、(aln)进入熔渣，实现脱氧、氮的目的；极少量残余在钢中的al2o3颗粒在钢中作为第二相粒子可以细化晶粒。因此，本发明控制其含量(alt)在0.020以上。

h：是钢中危害最大的元素之一，两个h原子在钢中形成h2分子，h2分子聚集在一起产生较大的压力，在钢板内部薄弱环节形成微裂纹，宏观表现为白点，导致钢板脆化。因此，本发明控制其含量不高于1ppm。

s、p：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给钢板的韧性(特别是心部的韧性)和焊接热影响区的韧性带来不利的影响，应尽量地减少其含量。本发明控制p≤0.015％、s≤0.005％，且须通过ca处理技术使夹杂物形态球化和均匀分布，减少其对韧性的影响并保证钢板的z向性能。

上述超薄规格16mndr钢板的制造方法如下：

首先，钢水冶炼:采用转炉-lf炉外精炼-rh真空处理-cc连铸成坯-坯料堆缓冷。然后，轧制工艺采用炉卷轧机控轧工艺生产；热处理采用连续炉正火热处理。具体如下

按所述化学组成配制冶炼原料，依次经kr铁水预处理、转炉冶炼、lf精炼、rh精炼和连铸，生产出高纯净度钢水并使用优化的连铸工艺(低的浇铸过热度、低的拉坯速度、合理的轻压下参数)生产出具有低的中心偏析和疏松且厚度150mm的连铸板坯。由于5mm厚度钢板在轧制后不具备堆缓冷扩h的条件，因此，连铸完成后将连铸坯加罩缓冷进行扩h处理从而进一步提高连铸坯的心部质量以确保钢板的性能均匀稳定。

缓冷完成后对连铸坯表面进行带温清理。

将上述连铸坯加热至1180-1280℃，保温1-2小时，使钢中的合金元素充分固溶以保证最终产品的成份及性能的均匀，连铸坯出炉后使用高压水除鳞，然后进行两阶段轧制，第一阶段轧制为粗轧，最后三道次单道次压下率≥30％，累计60％以上，以保证连铸坯的心部缺陷充分弥合从而使得钢板的性能得到保证；第二阶段轧制为精轧，采用炉卷轧制，卷曲炉炉温850-950℃，有效解决了钢板在轧制过程中的快速温降问题，防止了板头与板尾温差过大的难题。轧制完成之后冷床空冷，然后下线。

对轧制完成的钢板进行正火处理，热处理在连续炉中进行，正火加热温度为860-930℃，在炉时间20-50min，出炉后空冷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

与现有产品、技术相比，本发明的优点在于：

(1)所生产的5mm厚度规格16mndr钢板的力学性能及工艺性能等，使能够满足该产品作为lng等储罐壁板建设时对纵向力学性能的严苛要求。

(2)所生产的5mm厚度规格16mndr在应变时效后冲击韧性不改变，确保该钢板长时间的稳定服役。

(3)本产品采用连铸坯生产，并对连铸坯采用加罩缓冷的方式进行扩h，解决了薄规格的该钢板的扩h难题。

(3)采用粗轧和炉卷轧机控轧，保证了钢板轧制时的温度及整板温度均匀性，提高了轧制的控制精度，尤其在后期避免了板头与板尾温差过大的难题。

附图说明

图1为典型板坯时间与温度的缓冷曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。但各实施例仅仅是对本发明较佳实施方式的描述，而不能对本发明的范围产生任何限制。

实施例1

实施例1涉及的钢板厚度为5mm。

5mm厚度规格钢板的生产工艺如下：

按表1中实施例1的化学组成配置冶炼原料依次进行kr铁水预处理-转炉冶炼-lf精炼-rh精炼-150mm连铸-连铸坯加罩缓冷–连铸坯清理-连铸坯加热-保温处理-高压水除鳞-控轧-矫直–热处理。

对出连铸机高温板坯进行加罩堆缓冷，进罩温度不低于800℃，缓冷时间不低于60h，出罩温度不高于400℃，典型板坯时间与温度的缓冷曲线如图1所示，该缓冷步骤的目的是降低钢中h含量。

进一步地，板坯轧制成钢板的加热、控轧、冷却阶段的具体工艺为：连铸坯加热至1180-1280℃，保温1-2小时，出炉后经高压水除鳞，然后进行两阶段轧制。第一阶段轧制(即粗轧)开轧温度为1070℃，轧制5个道次，中间坯厚度20mm；第二阶段为精轧，采用炉卷轧制，轧制6个道次，卷曲炉炉温900-930℃，最终板厚5mm。轧后矫直，上冷床空冷，下线。

完全冷却的钢板进入连续炉进行正火热处理，加热温度900℃，在炉时间30min，在静止空气中冷却。

经由上述制造工艺形成的成品钢板综合性能优异，详情见表2和表3所示。

实施例2

实施例2涉及的钢板厚度为5mm。

5mm厚度规格钢板的生产工艺如下：

钢板板坯炼钢与板坯堆缓冷与实施例1一致。

将连铸坯轧制成钢板的加热、控轧、冷却阶段的具体工艺为：坯加热至1180-1280℃范围内，保温1-2小时，出炉后经高压水除鳞，然后进行两阶段轧制：第一阶段轧制(粗轧)开轧温度为1050℃，轧制7个道次，中间坯厚度30mm；第二阶段轧制为精轧，采用炉卷轧制，轧制6个道次，卷曲炉炉温880-900℃，最终板厚5mm。轧后矫直，上冷床空冷，下线。

完全冷却后的钢板进入连续炉进行正火热处理，加热温度870℃，在炉时间20min，在静止空气中冷却。

经由上述制造工艺形成的成品钢板综合性能优异，详见表2和表3所示。

表1实施例成品化学成分(wt％)

表2实施例生产的钢板的力学性能(交货态)

表3实施例生产的钢板的力学性能(应变时效后^*)

*：试样进行5.0％的伸长冷变形，再进行250℃×1小时的人工时效处理。

本发明针对目前lng储罐建设的迫切需要，使用合理的化学成分设计；结合连铸工艺生产具有低的中心偏析和疏松的连铸板坯；配合大压下轧制工艺；优化热处理工艺，制造出5mm厚度规格且保证力学性能及工艺性能的16mndr钢板，尤其适用于lng大型储罐的壁板之用，具有较好的低温性能和长久稳定的服役性能。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。