一种超细针状组织结构钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种超细针状组织结构钢，其化学元素成分按重量百分比包括：C:0.081～0.11%、Si:0.10～0.14%、Mn:1.0～1.29%、P≤0.008%、S≤0.002%、Alt:0.041～0.055%、Ti:0.041～0.15%、B：0.0015～0.0030%，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明专利技术生产成本较低，生产过程易控制，成材率高。

A Superfine Needle-like Structure Steel and Its Production Method

【技术实现步骤摘要】
一种超细针状组织结构钢及其生产方法
本专利技术属于低合金结构钢制造领域，具体涉及一种超细针状组织结构钢及其生产方法。
技术介绍
现有液化石油气（LPG）储罐多用07MnNiMoVDR、09MnNiDR、16MnDR等低温钢建造，正火或正火+回火态交货，虽然该类钢材具有良好的低温冲击韧性，但其低温断裂韧性—裂纹尖端张开位移(CTOD)偏低，另一方面，07MnNiMoVDR、09MnNiDR、16MnDR等低温钢中添加了资源短缺的合金元素Ni或价格昂贵合金元素V、Mo等，生产成本较高。本专利技术申请的目的在于提供一种廉价的低温断裂韧性优良的超细针状组织结构钢，用于建造液化石油气储罐、极地极寒地区船舶及海洋工程用钢结构，屈服强度≥420MPa，̶40℃CTOD≥3.5mm，保障低温钢结构件安全运行，经济效益良好。中国专利技术专利申请（申请号CN200410061112,申请日2004.11.16）公开了一种“针状组织高强度耐候钢及其生产方法”，涉及钢种成分设计上采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-Al-Zr-RE或Ca中的两种或两种以上复合添加，将碳含量控制在接近或小于常温下碳在α-Fe中的最大溶解度0.0218%，以减少或抑制渗碳体的析出，保证主控组织为均匀的针状组织，以得到优良的耐候性能；具体成分为：C：0.01-0.04%、Si：0.15-0.30%、Mn：1.3-1.6%、P≤0.03%、S≤0.01%、Cu：0.15-0.5%、Cr：0.2-0.4%、Ni：0.1-0.24%、Mo：0.1-0.3%、Nb：0.03-0.06%以及Ti≤0.03%、ALs≤0.035%、Zr≤0.01%和外加RE≤0.4kg/t钢或Ca≤0.005%中的两种或两种以上，余量为Fe和不可表面的夹杂。本专利技术钢采用热机械控制轧制技术+驰豫-析出控制技术生产，具有优良的耐候性，优异的低温韧性和焊接性，焊前不需预热，焊后不需热处理，提高了焊接效率，可广泛用于桥梁、建筑、交通、海洋平台等工程结构。该专利技术不足之处在于所涉及钢种需控制的合金元素较多，达12种以上，且含昂贵合金元素Ni、Mo、Zr等，原料成本昂贵，含Cu：0.15-0.5%，生产过程中热裂倾向增加，成材率降低，轧制过程需要采用热机械控制轧制技术+驰豫-析出控制技术，工序过程复杂，难于控制。中国专利技术专利（申请号CN200910180490,申请日2009.10.16）公开了“非调质针状组织高强度低屈强比耐候钢及其生产方法”，该钢种包含的成分及其重量百分比为：基本成分：C0.03～0.08％、Si0.30～0.60％、Mn1.30～1.80％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cu0.30～0.60％、Ni0.20～0.50％、Cr0.40～0.80％、Mo0.10～0.40％、Nb0.030～0.080％及Ti≤0.04％；可选成分：AlS≤0.04％及RE≤0.40kg/t钢或Ca≤0.005％中的两种或两种以上；以及余量的Fe和杂质，其焊接冷裂纹敏感性指数低，耐腐蚀指数高，具有优异的成型性、耐候性、焊接性和低温韧性，同时其制备工艺简单，无需热处理，生产周期短，生产成本低。该专利技术不足之处在于钢中添加了0.3～0.6%的Cu，在批量生产过程中形成Cu致热裂纹，降低了成材率，另外还添加了昂贵合金元素Ni、Mo，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提供一种超细针状组织结构钢及其生产方法，生产成本较低，生产过程易控制，成材率高。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是：一种超细针状组织结构钢，其化学元素成分按重量百分比包括：C:0.081～0.11%、Si:0.10～0.14%、Mn:1.0～1.29%、P≤0.008%、S≤0.002%、Alt:0.041～0.055%、Ti:0.041～0.15%、B：0.0015～0.0030%，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术中控制的合金元素原理说明如下：C（碳）：结构钢中添加一定含量的合金元素C，一部分固溶于Fe基体中形成间隙固溶强化，提高钢的强度，使本专利技术申请结构钢的屈服强度≥420MPa,若添加的C含量低于0.081%,过饱和固溶于基体的C含量不足，强化效果不够，屈服强度难于达到预期；若C含量高于0.11%，则易在生产过程中形成Fe3C等，降低钢的低温断裂韧性，建造的低温钢结构易在使用过程中发生脆性断裂，故将C的含量设定为0.081~0.11%；Mn（锰）：钢中添加适量合金元素Mn可稳定高温奥氏体组织，降低奥氏体转变温度，采用本专利申请的制造方法，可抑制奥氏体转变为多边形铁素体，获得针状组织。钢中添加的Mn含量若低于1.0%，生产过程中奥氏体相变临界温度降低量不足于抑制块状铁素体的形成，易产生块状铁素体+珠光体组织，难于获得超细针状组织，一方面因软相组织铁素体含量较多导致屈服强度低于420MPa，另一方面，恶化钢的低温断裂韧性；若Mn含量高于1.29%，生产过程中易生成板条状马氏体组织，强度过高，韧性尤其是低温断裂急剧降低，故将Mn含量范围设定在1.0~1.29%；P（磷）：钢中P属有害元素，易在晶界处形成偏聚，导致晶界脆性断裂，将P限定在P≤0.008%，若将P含量控制得过低，则大幅增加冶炼成本；S（硫）：结构钢中残余元素S是有害元素，与钢中Mn反应形成片状夹杂物MnS，割裂基体，产生微裂纹，急剧降低钢的低温断裂韧性，对于要求低温韧性的结构钢，S含量越低越好，但若将S控制得过低，则在冶炼过程中需多次脱硫处理，造成生产成本大幅增加，故将S含量控制在S≤0.002%为宜；Si(硅)：结构钢中添加一定量的合金元素Si可形成置换固溶强化，提高钢的屈服强度，但Si属铁素体形成元素，提高钢的相变临界温度，加入过高的Si易促使块状铁素体的形成，难于形成超细针状组织，故将钢中的Si含量设定在0.10~0.14%范围；Alt（铝）：钢中添加铝Alt(全铝)的作用一方面可以祛除钢中氧元素，提高钢的纯净度，另一方面，Al与钢中残余元素N反应生产AlN，可有效细化组织，但若Al含量过高，则易形成菱角状夹杂物Al2O3，降低钢的断裂韧性，故将钢中的全Alt含量设定在0.041~0.055%范围；Ti（钛）:钢中加入Ti可与钢中C、N反应生成的Ti(CN)细小颗粒，有效阻止晶界移动，抑制晶粒长大，促使超细针状组织的形成，另一方面，固溶于基体的Ti可抑制原子扩散，稳定奥氏体，抑制奥氏体向块状铁素体的转变,促使针状组织转变，但若Ti含量高于0.15%，则形成的Ti(CN)析出相容易长大、粗化，降低钢的低温断裂韧性，故将钢中的Ti含量设定在0.041~0.15%范围；B(硼)：钢中加入少量的合金元素B，可显著降低相变临界温度，抑制高温转变产物—多边形铁素体的形成，促使针状组织的形成。部分B偏聚于晶界部位，净化晶界，阻止有害元素As、P等在晶界偏聚，降低晶界脆性，提高钢的低温断裂韧性，但若钢中B含量超过0.0030%，则易形成脆性相BN，恶化钢的低温断裂韧性，故将钢中B含量控制在0.0015~0.0030%范围。本专利技术进一步限定方案：前述的Ti的重量百分比为0.061～0.1%。前述的B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超细针状组织结构钢，其特征在于：其化学元素成分按重量百分比包括：C:0.081～0.11%、Si:0.10～0.14%、Mn:1.0～1.29%、P≤0.008%、S≤0.002%、Alt:0.041～0.055%、Ti:0.041～0.15%、B：0.0015～0.0030%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种超细针状组织结构钢，其特征在于：其化学元素成分按重量百分比包括：C:0.081～0.11%、Si:0.10～0.14%、Mn:1.0～1.29%、P≤0.008%、S≤0.002%、Alt:0.041～0.055%、Ti:0.041～0.15%、B：0.0015～0.0030%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的超细针状组织结构钢，其特征在于：所述Ti的重量百分比为0.061～0.1%。3.根据权利要求1所述的超细针状组织结构钢，其特征在于：所述B的重量百分比为0.0018～0.0028%。4.根据权利要求1-3任意一项所述的超细针状组织结构钢的生产方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1）转炉冶炼a.顶底复吹转炉装入深脱硫高炉铁水、废钢、MnFe、SiFe这些合金料熔炼，在转炉上部炉口插入氧枪吹入氧气将炉温提升至1630～1720℃，进行脱碳作业，转炉底部吹入氩气并搅拌均匀化钢水，加CaO、FeO脱P，取样检测钢水C含量，当C含量在0.03-0.06%时出钢，如果C含量不在该范围，继续吹氧脱碳至该成分范围后进行出钢，出钢时间控制在4-9分钟；(2）RH精炼，钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中，启动真空系统和冷却水系统，真空槽内压强低于0.7mbar时，保持时间≥12分钟，整体钢水循环次数≥5次，依次加入Al锭、TiFe、BF...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颜堂，李东晖，党军，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32