超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板及其制造方法技术

一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板及其制造方法，其成分重量百分比为：C：0.040～0.070％，Si≤0.15％，Mn：0.90～1.20％，P≤0.012％，S≤0.0020％，Cu：0.10～0.35％，Ni：1.00～1.50％，Mo：0.05～0.30％，Als：0.040～0.070％，Ti：0.007～0.014％，Nb：0.008～0.025％，N≤0.0040％，Ca：0.0010～0.0035％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢板在焊后热处理条件下，其屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥530MPa、‑110℃低温冲击功单值Akv≥47J、Z向性能≥35％，并可较大热输入焊接；其特别适宜于用做制造大型LPG低温储罐、船用LPG低温储罐、冰海及极地区域大型钢结构，并且能够实现超低成本稳定批量工业化生产。

Low Temperature Nickel Steel Sheet with Ultra-low Cost and Resistance to SR Embrittlement and Its Manufacturing Method

A low-temperature nickel steel sheet with ultra-low cost and resistance to SR embrittlement and its manufacturing method are: C:0.040-0.070%, Si<0.15%, Mn:0.90-1.20%, P<0.012%, S<0.0020%, Cu:0.10-0.35%, Ni:1.00-1.50%, Mo:0.05-0.30%, Als:0.040-0.70%, Ti:0.007-0.014%, Nb:0.008-0.025%, N<0.0040%, Ca:0.0040%. 0.0010-0.0035%, the rest are Fe and unavoidable impurities. Under the condition of post-weld heat treatment, the steel plate has yield strength (>420 MPa), tensile strength (>530 MPa), low-temperature impact energy single value Akv (>47J) and Z-direction performance (>35%) and can be welded with relatively large heat input. It is especially suitable for manufacturing large LPG cryogenic storage tanks, marine LPG cryogenic storage tanks, ice sea and polar region large steel structures, and can realize ultra-low-cost and stable batch industry. Chemical production.

【技术实现步骤摘要】
超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板及其制造方法
本专利技术涉及高强度低碳低合金钢，特别涉及一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板及其制造方法，该钢板在焊后热处理条件下，其屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥530MPa、-110℃低温冲击功单值Akv≥47J、Z向性能≥35％，并可大热输入焊接；主要用于LPG低温储罐、船用低温储罐、极地区域钢结构的制造。
技术介绍
众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、船舶制造、桥梁结构、锅炉容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性和焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对钢的强韧性、焊接性及抗加工劣化性提出了更高的要求，即在维持较低制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量而节约成本，减轻钢构件自身重量、稳定性和安全性。目前世界范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，通过合金组合设计、革新控轧/TMCP技术及后续热处理工艺获得更好的显微组织匹配，从而使钢板得到更优良的低温韧性、强塑韧性匹配与焊接性，抗SR软化脆化特性。现有技术制造-101℃低温横向冲击韧性(单个值)≥47J的厚钢板时，一般要在钢中添加较多数量的贵重合金元素镍，镍含量一般控制在3.5％左右，以确保母材钢板具有优异的低温韧性；但是低合金钢板经过焊后热处理(即SR处理)，钢板超低温冲击韧性发生较为严重的劣化，表现为低温冲击功数值一般均低于50J(【ISI】，P101～P106，1971；ActaMeta.，Vol.13，P591，1965；J.I.S.I，Vol.207，P984，1969；ISI，P54～P59，1971)，严重危及低温LPG储罐、极地区域钢结构在服役过程中的安全可靠性，埋下重大事故的隐患。为此，日本各大钢厂(新日铁住金、JFE、神户制钢)，投入大量人力与物力，展开深入细致地研究，取得了突破性进展，获得了大量的研究成果，并成功应用于生产实践，即采用适当降低钢板的碳含量，优化轧制工艺，两次正火热处理，以降低珠光体含量、消除珠光体带状组织、控制珠光体晶团尺寸，大幅度地降低了高回火参数SR后钢板低温冲击韧性的劣化程度，基本解决了SR处理条件下，钢板-101℃低温冲击韧性严重劣化的问题；然而由于采用两次正火热处理，钢板的制造周期长、制造成本高，更重要的是当钢板厚度超过60mm以上时，SR后的钢板-101℃低温冲击韧性不稳定，波动大，且强度下降幅度大，钢板质量受控性较差(【钢の烧どし脆性に关する研究】，1976，P123～P144，日本铁钢协会；ibid，P95～P105，日本铁钢协会；【铁と钢】，S281，1977；【铁と钢】，S326，1978)。此外，采用大热输入焊接时，焊接热影响区(HAZ)低温韧性发生比较严重的劣化，热影响区(HAZ)的低温韧脆转变温度一般比较难以达到-80℃，更不用说达到超低温-101℃(欧洲专利EP0288054A2、USPatent4851052、EP0839921A1)。大量专利文献只是说明如何实现母材钢板的-40℃～-60℃低温韧性，没有涉及-60℃以下超低温韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区(HAZ)低温韧性说明得较少，尤其采用大热输入焊接时如何保证热影响区(HAZ)的低温韧性少之又少。(日本专利昭63－93845、昭63－79921、昭60－258410、特平开4－285119、特平开4－308035、平3－264614、平2－250917、平4－143246、美国专利USPatent4855106、USPatent5183198、USPatent4137104)。中国专利号ZL201110071407.X公开了“抗高回火参数SR脆化的低温镍钢及其制造方法”，其采用3.0％左右的Ni含量，通过正火+回火(N+T)工艺，成功开发出抗高回火参数SR脆化、具有优良焊接性的超低温镍钢，但钢板及焊接热影响区的冲击温度只能达到-101℃，对于更低的-110℃并未涉及；同时钢中Ni含量达到3.0％左右且通过正火+回火两道热处理工艺，制造成本较高、制造周期较长，钢板承受大热输入焊接的能力也较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板及其制造方法，该低温镍钢具有极高的超低温韧性(-110℃冲击韧性)、优良的焊接性(可承受大热输入焊接性能及较低制造成本)、强韧性(抗裂止裂特性)与强塑性(高冷/热机械加工变形特性)匹配及抗SR软化脆化特性；该钢板在焊后热处理条件下，钢板屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥530MPa、-110℃低温冲击功单值Akv≥47J、Z向性能≥35％，并可大热输入焊接；特别适宜于用做制造大型LPG低温储罐、船用LPG低温储罐、冰海及极地区域大型钢结构，并且能够实现超低成本稳定批量工业化生产。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板是厚板品种中难度制造最大的钢种之一，其原因是该类钢板不仅要求母材具有极高的超低温韧性(-110℃冲击韧性)、优良的焊接性(可承受大热输入焊接性能及较低的钢结构制造成本)、强韧性匹配(抗裂止裂特性)与强塑性(高冷/热机械加工变形特性)匹配及抗SR软化脆化特性；而且钢板还具有较低的全流程制造成本(较低Ni含量及超短制程制造周期)。因此，本专利技术在关键技术路线和成分工艺设计上，综合了影响低温镍钢的-110℃的超低温韧性、优良的焊接性(可承受大热输入焊接性能及较低的钢结构制造成本)、强韧性(抗裂止裂特性)匹配与强塑性(高冷/热机械加工变形特性)匹配及抗SR软化脆化特性等因素，创造性地采用了超低C-超低Si-中高Mn含量--高Ni-Mo合金化-低N-超微(Nb+Ti)处理低合金钢的成分体系作为基础，控制Ni当量≥1.05、(奥氏体稳定指数Au)×(总压缩比ζ)×(精轧累计压下率ξ)×(Ar3/T开轧)≥1045、(Ar3-30℃)×V冷速/[(Ar3-30℃+T停冷)]≥5.50、[(％Mo)+0.36(％Cr)+1.52(％Nb)]/(板厚t)≥0.0038、Als≥(Ti/N)×[(％Nt)－0.292(％Ti)]，优化DL(控轧+铁素体/奥氏体两相区延迟直接淬火)及后续回火工艺，钢板的显微组织为均匀细小的铁素体+弥散分布的下贝氏体，晶粒的平均尺寸≤10μm，使低温镍钢获得极高的超低温韧性(-110℃冲击韧性)、优良的焊接性(可承受大热输入焊接性能及较低制造成本)、强韧性(抗裂止裂特性)与强塑性(高冷/热机械加工变形特性)匹配及抗SR软化脆化特性。具体的，本专利技术的一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板，其成分重量百分比为：C：0.040％～0.070％Si：≤0.15％Mn：0.90％～1.20％P：≤0.012％S：≤0.0020％Cu：0.10％～0.35％Ni：1.00％～1.50％Mo：0.05％～0.30％Als：0.040％～0.070％Ti：0.007％～0.014％Nb：0.008％～0.025％N：≤0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板，其成分重量百分比为：C：0.040％～0.070％Si：≤0.15％Mn：0.90％～1.20％P：≤0.012％S：≤0.0020％Cu：0.10％～0.35％Ni：1.00％～1.50％Mo：0.05％～0.30％Als：0.040％～0.070％Ti：0.007％～0.014％Nb：0.008％～0.025％N：≤0.0040％Ca：0.0010％～0.0035％其余为Fe和不可避免的杂质；且同时满足如下关系：控制Ni当量≥1.05，其中，Ni当量＝(％Ni)+0.37(％Mn)+0.18(％Cu)‑1.33[(％Si)+(％Mo)+(％Nb)]‑0.89(％Al)；(奥氏体稳定指数Au)×(总压缩比ζ)×(精轧累计压下率ξ)×(Ar3/T开轧)≥1045；其中，奥氏体稳定指数Au＝2.54+40.53[(％C)+(％N)]+0.43[(％Cu)+(％Ni)+(％Mn)]‑0.22(％Al)‑2.64[(％P)+(％S)]‑1.26[(％Cr)+(％Mo)]‑(％Si)，Ar3(℃)＝910‑273(％C)‑74(％Mn)‑57(％Ni)‑16(％Cr)‑9(％Mo)‑5(％Cu)；(Ar3‑30℃)×V冷速/[(Ar3‑30℃+T停冷)]≥5.5，其中，Ar3＝910‑273(％C)‑74(％Mn)‑57(％Ni)‑16(％Cr)‑9(％Mo)‑5(％Cu)；[(％Mo)+0.36(％Cr)+1.52(％Nb)]/(板厚t)≥0.0038，其中，t是成品钢板板厚，单位mm；Als≥(Ti/N)×[(％Ntotal)－0.292(％Ti)]。...

【技术特征摘要】
1.一种超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板，其成分重量百分比为：C：0.040％～0.070％Si：≤0.15％Mn：0.90％～1.20％P：≤0.012％S：≤0.0020％Cu：0.10％～0.35％Ni：1.00％～1.50％Mo：0.05％～0.30％Als：0.040％～0.070％Ti：0.007％～0.014％Nb：0.008％～0.025％N：≤0.0040％Ca：0.0010％～0.0035％其余为Fe和不可避免的杂质；且同时满足如下关系：控制Ni当量≥1.05，其中，Ni当量＝(％Ni)+0.37(％Mn)+0.18(％Cu)-1.33[(％Si)+(％Mo)+(％Nb)]-0.89(％Al)；(奥氏体稳定指数Au)×(总压缩比ζ)×(精轧累计压下率ξ)×(Ar3/T开轧)≥1045；其中，奥氏体稳定指数Au＝2.54+40.53[(％C)+(％N)]+0.43[(％Cu)+(％Ni)+(％Mn)]-0.22(％Al)-2.64[(％P)+(％S)]-1.26[(％Cr)+(％Mo)]-(％Si)，Ar3(℃)＝910-273(％C)-74(％Mn)-57(％Ni)-16(％Cr)-9(％Mo)-5(％Cu)；(Ar3-30℃)×V冷速/[(Ar3-30℃+T停冷)]≥5.5，其中，Ar3＝910-273(％C)-74(％Mn)-57(％Ni)-16(％Cr)-9(％Mo)-5(％Cu)；[(％Mo)+0.36(％Cr)+1.52(％Nb)]/(板厚t)≥0.0038，其中，t是成品钢板板厚，单位mm；Als≥(Ti/N)×[(％Ntotal)－0.292(％Ti)]。2.如权利要求1所述的超低成本、抗SR脆化的低温镍钢板，其特征是，所述低温镍钢板的显微组织为均匀细小的铁素体+弥散分布的下贝氏体，晶粒的平均尺寸≤10μm。3.如权利要求1或2所述的超低成本、抗SR脆化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自成，吴勇，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31