一种无镍LPG船用钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种无镍LPG船用钢板及其制造方法，属于高强度结构钢技术领域。该钢板由如下质量百分比的化学成分组成C:0.18～0.24％、Si:0.10～0.19％、Mn:16.1～18.9％、P:≤0.012％、Mo:0.15～0.35％、RE:0.10～0.25％，余量的Fe和不可避免的杂质。其屈服强度≥410MPa，‑150℃冲击吸收功≥66J，具有较好的低温力学性能，能够替代5Ni、9Ni系钢，用于低成本的建造LPG储罐及相关结构件。

A nickel free LPG marine steel plate and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种无镍LPG船用钢板及其制造方法
本专利技术属于高强度结构钢
，具体涉及一种无镍LPG船用钢板及其制造方法。
技术介绍
随着海洋能源开采技术日渐成熟，液化石油气(LPG)的使用量越来越大，使用范围越来越广，储存、运输这些液态能源需要低温力学性能尤其是低温韧性优良的钢材建造储罐，保障储罐不会在低温使用环境下发生脆裂，安全运行。传统的低温能源用储罐钢通常采用9Ni系钢材建造，由于合金元素Ni属稀缺资源，因而生产成本高。而现有的不含Ni的低温钢也存在着不同的缺陷，例如：申请号为CN89104759.X的专利技术公开了一种“铁-锰-铝-碳奥氏体无磁钢与低温钢”，该技术所涉及钢种中Al含量高达2.3～3.2％，易氧化生成Al2O3钢水粘度大，流动性差，增加了生产难度，铸坯质量和钢板表面质量均难于保证，成材率低。申请号为201710865933.0的专利技术公开了“超低温环境用高锰钢板及其生产方法”，该技术的不足之处在于钢中添加了0.2～1.2％的Cu，而没有添加抑制Cu致热裂的合金元素Ni，因而在批量生产过程中形成Cu致热裂纹，降低了成材率，增加了生产成本。申请号为201710971086.6的专利技术公开了“一种低屈强比高韧性高锰钢板及其生产方法”，该技术所涉及的钢中添加了3.0～4.0％的Cr，而Cr属碳化物易形成元素，若加入量高则生产过程中易形成多类型碳化物，且处于晶界部位，恶化中间产品及成品性能，尤其急剧降低低温韧性。因此，专利技术一种低成本且低温力学性能尤其是低温韧性优良的LPG船用钢板，很有必要。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种无镍LPG船用钢板，该钢板具有较好的低温力学性能，能够替代5Ni、9Ni系钢用于低成本的建造LPG储罐及相关结构件。本专利技术的另一目的是提供一种上述无镍LPG船用钢板的制造方法，该方法适用于规模化工业生产。技术方案：本专利技术所述的一种无镍LPG船用钢板，由如下质量百分比的化学成分组成C:0.18～0.24％、Si:0.10～0.19％、Mn:16.1～18.9％、P:≤0.012％、Mo:0.15～0.35％、RE:0.10～0.25％，余量的Fe和不可避免的杂质。该钢板的金相组织为单相奥氏体组织。具体的，该钢板主要控制的合金元素原理说明如下：C(碳)：添加适量的合金元素C固溶于Fe中可提高钢的强度，使本专利技术的屈服强度≥410MPa，C含量低于0.18％，强化效果不足，屈服强度难于达到预期，C含量高于0.24％，则易在晶界上生成较多的碳化物，恶化钢的性能，尤其是低温韧性，导致脆性转变温度升高，发生脆裂，故将C的含量设定为0.18～0.24wt.％。Mn(锰)：钢中合金元素Mn扩大奥氏体区域，甚至可使奥氏体组织稳定到-150℃而不发生相变，因具有面心立方结构的奥氏体多于体心立方结构的铁素体而具有良好的断裂韧性，钢中添加Mn含量若低于16.1％，则不足于形成单相奥氏体组织，会发生相变，导致体积变化，不宜用于制造超低温钢结构件；若Mn含量高于18.9％，易在晶界生产较多碳化物(Fe、Mn)3C、氧化物MnO等，降低钢的低温韧性，故将Mn的含量设定为16.1～18.9wt.％，并在17.1～18.9wt.％进行优选。P(磷)：高强度结构钢中P属有害元素，易形成Fe+Fe3P、Fe+Fe3C+Fe3P共晶产物，急剧降低钢的韧性，将P限定在P≤0.012wt.％，P的有害效果会显著降低。Si(硅)：本申请中Si主要以脱氧的目的加入，含量不宜过高，高于0.19％则明显促使P、C偏析，晶界碳化物量增多，Fe+Fe3P、Fe+Fe3C+Fe3P共晶量增加，裂纹倾向增加。但一定含量的Si可提高钢的屈服强度，故将钢中的Si含量设定在0.10～0.19wt.％范围。Mo(钼)：添加适量的Mo可改善奥氏体树枝晶生长，抑制碳化物析出和珠光体的形成，减少网状碳化物，获得良好的力学性能。Mo含量若低于0.15％则抑制网状碳化物的效果不显著；Mo属昂贵合金元素，含量高于0.35％则增加了生产成本。故将本专利技术申请的合金元素Mo含量范围设定为0.15～0.35wt.％，并在0.25～0.35wt.％进行优选。稀土元素(RE)：本专利技术中添加适量的稀土元素RE，一方面可显著改善钢的流动性，细化铸态组织和晶粒，降低晶界碳化物数量，促使晶内碳化物的形成，改善生产工艺性能，但过多的添加RE导致低温韧性降低，故将RE设定在0.10～0.25wt.％范围。对应于上述无镍LPG船用钢板，本专利技术提供的制造方法所采用的技术方案，工序包括电炉冶炼、VD炉精炼、模铸、轧制、轧后冷却以及回火；其中，轧制工序是将160mm×1000mm×2200mm模铸板坯均热出炉后立即轧制，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥980℃；轧后冷却工序中，通过浇水将钢板迅速冷却至室温；回火工序中，将钢板在280-320℃回火，保温时间80-120min。具体的，在电炉冶炼工序中，装入包括CaO、废钢、MnFe、SiFe、MoFe合金通电熔化，加FeO脱P，并将合金元素含量调整至目标值。在VD炉精炼工序中，真空脱除包括O、N、H气体元素。在模铸工序中，浇筑时喂入稀土丝，并使稀土元素含量达到目标值。有益效果：与现有技术相比，该钢板的化学成分不含有Ni元素，且成分设计简单，生产成本显著降低。制造时，轧制温度确保能够在高温塑性良好温度范围完成成品轧制，并快冷至室温，获得单相奥氏体组织，然后采用280～320℃回火以消除残余应力。最终得到的钢板屈服强度≥410MPa、-150℃KV2≥66J，具有优异的综合力学性能，并且也兼具优良的加工性能和焊接性能，焊接接头的质量和综合力学性能都较好。能够有效保障建造的超低温环境钢结构件的使用安全性。此外，其制造方法在上电炉冶炼后直接模铸成定尺板坯，一次连续完成轧制，无需中间待温，生产效率高，成材率高，经济效益良好，适于规模的工业化生产。具体实施方式下面，结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。按照本专利技术化学元素成分、质量百分比及生产方法要求，设置了五个实施例，分别为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5。为验证各化学组分和质量百分比含量以及轧制过程中的铸坯加热温度、精轧终轧温度、精轧后的回火温度对性能参数的影响，制备了三个对比例，即对比例1、对比例2和对比例3，即冶炼并轧制了8批钢板。其中，对比例1的化学组分质量百分比含量不在本专利技术的范围内，而制备过程的工艺参数在本专利技术的范围内，对比例2的化学组分质量百分比含量在本专利技术的范围内，而制备过程的工艺参数不在本专利技术的范围内，对比例3的化学组分质量百分比含量及制备过程的工艺参数均不在本专利技术的范围内。五个实施例及三个对比例的化学元素成分重量百分比见表1，其中余量为Fe和不可避免的杂质。表1本专利技术实施例及对比例的化学成分对比(wt.％)生产过程控制参数与钢板质量情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无镍LPG船用钢板，其特征在于，由如下质量百分比的化学成分组成C:0.18～0.24％、Si:0.10～0.19％、Mn:16.1～18.9％、P:≤0.012％、Mo:0.15～0.35％、RE:0.10～0.25％，余量的Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种无镍LPG船用钢板，其特征在于，由如下质量百分比的化学成分组成C:0.18～0.24％、Si:0.10～0.19％、Mn:16.1～18.9％、P:≤0.012％、Mo:0.15～0.35％、RE:0.10～0.25％，余量的Fe和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的无镍LPG船用钢板，其特征在于，金相组织为单相奥氏体组织。


3.根据权利要求1所述的无镍LPG船用钢板，其特征在于，化学成分的质量百分比组成中Mn为17.1～18.9％。


4.根据权利要求1所述的无镍LPG船用钢板，其特征在于，化学成分的质量百分比组成中Mo为0.25～0.35％。


5.一种根据权利要求1-4任一项所述的无镍LPG船用钢板的制造方法，其特征在于，工序包括电炉冶炼、V...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颜堂，李东晖，段东明，尹雨群，
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