一种超低碳低温用钢及其热处理工艺制造技术

本发明专利技术提供一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，由以下质量百分比的元素组成C：0.005‑0.01%；Ni：1.0‑4.5%；Mn：6.0‑12.0%；Al：1.0‑3.0%；Cu：0.5‑3.0%；P：≤0.005%；S：≤0.003%；N：0.005‑0.008%；O：0.0005‑0.002%；余量为Fe。本发明专利技术还进一步提供一种超低碳低温用钢的热处理工艺。本发明专利技术提供的一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，采用利用残余奥氏体的TRIP效应和纳米析出相的析出强化，制备获得高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢，具有良好的强度和优异的塑性，并且具有良好的焊接性，成本较低，热处理工艺简易。

【技术实现步骤摘要】
一种超低碳低温用钢及其热处理工艺
本专利技术属于低温用钢的
，涉及一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，具体涉及一种超低碳节镍纳米析出强化低温钢及其高强韧配分-再回火的热处理工艺。
技术介绍
在全球液化天然气(LNG)，液化石油气(LPG)和液化乙烯气(LEG)等能源生产贸易日渐活跃的情况下，作为存储、运输材料的镍系低温钢逐步发展成为最具实用性的低温结构材料。虽然富Ni铁素体型低温钢低温韧性很好，其中9Ni钢甚至能在深冷状态下使用，但由于Ni元素成本较高，资源稀缺，发展低镍型低温用钢成为一个不可忽视的问题。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，如何提高低镍系低温用钢的强塑性是非常重要的。为了得到良好塑性的低温用钢，需能保证引入较多的残余奥氏体，产生相变诱发塑性(TRIP)效应。一般淬火-再分配(QP)工艺是通过奥氏体稳定元素如C在马氏体与逆变后的奥氏体之间进行配分，使残余奥氏体能在后续的淬火过程中稳定下来，因此一般碳含量都要在0.3-0.5wt％。但碳含量高时钢淬透性会增加会引起焊接时热影响区增大发生焊接开裂，降低焊接性能。所以，在超低碳低镍系低温钢中，利用添加Mn元素代替Ni、C元素进行配分过程，同时也能起到降低成本的作用。为保证超低碳低镍系低温钢具有优异的强度，所开发钢种的显微组织除马氏体基体和具有一定机械稳定性的奥氏体外，需引入析出相产生析出强化；而为了使析出强化不破坏低温钢的塑性，则析出相尺寸需为纳米级别。由于碳含量很少，因此可利用添加Al、Cu等元素与Ni元素形成纳米析出相如Ni3Al等从而得到析出强化的效果。因此，通过上述组织需求进行超低碳低镍系低温钢合金成分设计，同时提出超低碳锰配分-再回火热处理工艺，制备高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，通过对超低碳低镍系低温钢的成分进行合理设计，利用Mn元素在两相区温度内配分作用，以及在低温回火过程中引入纳米析出相如NiAl3等，制备出一种高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢，从而解决现有超低碳低镍系低温钢强度较低，塑性差，强韧性整体偏低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：C(碳)：0.005-0.01％；Ni(镍)：1.0-4.5％；Mn(锰)：6.0-12.0％；Al(铝)：1.0-3.0％；Cu(铜)：0.5-3.0％；P(磷)：≤0.005％；S(硫)：≤0.003％；N(氮)：0.005-0.008％；O(氧)：0.0005-0.002％；余量为Fe(铁)。优选地，所述一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：C：0.008-0.01％；Ni：1.0-3.0％；Mn：6.0-10.0％；Al：1.0-2.0％；Cu：1.5-2.5％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005-0.008％；O：0.0005-0.002％；余量为Fe。更优选地，所述一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：C：0.008-0.01％；Ni：1.5-2.5％；Mn：7.0-8.0％；Al：1.5-2.0％；Cu：1.5-2.0％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005-0.008％；O：0.0005-0.002％；余量为Fe。本专利技术中超低碳低温用钢的配方，在C含量较低的情况下将Ni系低温钢中Ni含量降低到4.5％以下，而Mn含量提高到6％以上，并加入与Ni含量相当或略少的Cu含量，用以提高逆变奥氏体的稳定性及在第二步回火过程中引入富Cu相引入析出强化，改善了镍系低温钢成本昂贵及锰系低温钢强度低的应用局限。本专利技术第二方面提供一种超低碳低温用钢的热处理工艺，包括以下步骤：1)按配比取各元素组分混合后铸成钢锭，将钢锭进行热轧处理后再进行冷轧处理；2)将冷轧处理后的钢锭，在两相区温度下进行等温后水淬；3)将水淬后的钢锭，进行回火后进行再次水淬，即得超低碳低温用钢。优选地，步骤1)中，所述钢锭需除锈去油，清洗干净。避免热处理过程中的受力不均现象。优选地，步骤1)中，所述热轧处理是将钢锭由初轧温度1200℃至终轧温度750℃进行多步热轧后空冷。更优选地，所述多步热轧包括以下步骤：第一步：热轧温度：1150-1250℃，保温时间：115-125分钟；第二步：热轧温度：880-970℃，保温时间：65-75分钟；第三步：热轧温度：700-800℃，保温时间：20-30分钟。进一步优选地，所述多步热轧包括以下步骤：第一步：热轧温度：1200℃，保温时间：120分钟；第二步：热轧温度：900℃，保温时间：70分钟；第三步：热轧温度：750℃，保温时间：25分钟。更优选地，所述多步热轧的每次压下率保持在20-30％。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，轧制效果较好。优选地，步骤1)中，所述冷轧处理在室温下进行单步轧制。更优选地，所述冷轧处理的压下率为55-80％。进一步优选地，所述冷轧处理的压下率为60-75％。优选地，步骤2)中，所述两相区温度为A1温度至A1温度以上50-100℃区间度。更优选地，所述两相区温度为A1温度至A1温度以上50-70℃区间。优选地，步骤2)中，所述等温的时间为0.5-2h。更优选地，所述等温的时间为1-2h。优选地，步骤3)中，所述回火的温度为A1温度至A1温度以下40-100℃区间。更优选地，所述回火的温度为A1温度至A1温度以下60-80℃区间。优选地，步骤3)中，所述回火的时间为1-6h。更优选地，所述回火的时间为1-2h。优选地，步骤2)或3)中，所述A1温度为630-680℃。优选地，步骤2)或3)中，所述水淬是将等温或回火处理后的钢锭进行水冷却至室温。上述室温为20-25℃。如上所述，本专利技术提供的一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，采用多步等温淬火达到超低碳锰配分-回火工艺，通过选取合适的等温温度和保温时间，在实现第一步锰配分保留残余奥氏体后，第二步低温回火得到纳米析出相，通过纳米析出相和奥氏体的综合影响，得到一种高强韧性综合的超低碳节镍纳米析出强化低温钢。其中，第一步锰配分保留残余奥氏体，是不通过传统QPT碳配分而是通过锰配分进入逆变奥氏体内来稳定残余奥氏体。虽然碳能显著提高低温钢的强度，但为了提高钢的低温韧性并改善焊接性，在保证强度的前提下，应尽量降低钢中的碳含量。通过提高低温钢中的锰元素，在低温钢能起到取代镍元素的作用，可显著提高钢的韧性，并降低成本，提高经济性。与此同时，由于Mn作为间隙原子，在扩散速度方面不如C，因此需要长时间并在高温下进行配分，才能得到足够具有热稳定性的残余奥氏体。第二步低温回火得到纳米析出相，主要成分为NiAl相以及富Cu相；在低温钢中加入适量的铝等元素，能够细化钢的晶粒，同时，也能和一定量的Ni元素形成NiAl纳米析出相，而加入适量的Cu元素可以提高强塑积，并使得更多的奥氏体保留下来，并且由于富Cu相和NiAl相互相促进的析出强化作用，强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：C：0.005‑0.01％；Ni：1.0‑4.5％；Mn：6.0‑12.0％；Al：1.0‑3.0％；Cu：0.5‑3.0％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005‑0.008％；O：0.0005‑0.002％；余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：C：0.005-0.01％；Ni：1.0-4.5％；Mn：6.0-12.0％；Al：1.0-3.0％；Cu：0.5-3.0％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005-0.008％；O：0.0005-0.002％；余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种超低碳低温用钢，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：C：0.008-0.01％；Ni：1.0-3.0％；Mn：6.0-10.0％；Al：1.0-2.0％；Cu：1.5-2.5％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005-0.008％；O：0.0005-0.002％；余量为Fe。3.根据权利要求1-2任一所述的一种超低碳低温用钢的热处理工艺，包括以下步骤：1)按配比取各元素组分混合后铸成钢锭，将钢锭进行热轧处理后再进行冷轧处理；2)将冷轧处理后的钢锭，在两相区温度下进行等温后水淬；3)将水淬后的钢锭，进行回火后进行再次水淬，即得超低碳低温用钢。4.根据权利要求3所述的一种超低碳低温用钢的热处理工艺，其特征在于，步骤1)中，所述热轧处理是将钢锭由初轧温度1200℃至终轧温度7...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，金学军，黎雨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31