一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法，以Fe为基础元素，并包含以下重量百分比的元素：C：0.28～0.35％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.013％，S：≤0.003％，Cr：0.90～1.10％，Mo：0.2～0.3％，Ni：0.05～0.15％，Cu：0.02～0.10％，Ni/Cu≥1.0，Alt：0.02～0.05％，V：0.04～0.10％，N：0.005

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法


[0001]本申请属于特种钢冶炼
，涉及一种中碳CrMo钢，用于制作车载高压气瓶，并提高材料的力学性能、低温冲击性能、抗腐蚀(抗H2S和氢致开裂)性能及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车的推广，LNG汽车得到广泛应用，液化天然气(LNG)与气态天然气相比，具有储存压力低，安全可靠，体积小，杂质少，能量密度大等优点。因此可作为优质的车用燃料，在减少大气污染和促进可持续发展中发挥着重要作用，市场前景较好。但随着开采深度的增加，天然气中H2S含量不断增加，对车载气瓶材料要求越来越高，在满足力学性能、低温冲击性能要求的前提下，还要求材料要具有很好的抗腐蚀性能，由此一直以来，各种为满足高品质车载气瓶钢要求的材料被广泛地开发和利用。
[0003]申请号CN 102268600A公开了一种汽车CNG气瓶钢及其生产方法，通过简单的1次调质热处理后，获得很好的、稳定的综合机械性能，减少了多次热处理的工序，可用于生产汽车CNG气瓶，但工序是采用大方坯轧制成圆钢再进行轧管，钢管口径小，无法满足现有车载气瓶的要求，同时对材料抗H2S和氢致开裂问题没有涉及。
[0004]申请号CN1017101277A公开了转炉工艺冶炼气瓶圆钢圆坯的生产方法，本方法生产规格生产150
‑
200mm圆坯，由于受原材料规格的限制，所生产的气瓶规格也较小，无法满足车载大口径要求，只能制造普通小气瓶，若要满足要求，则需要多次扩管，生产成本高，且风险很大，同时该产品也未对屈强比、腐蚀问题涉及。
[0005]申请号CN101670389A公开了车用压缩天然气环向缠绕气瓶用冷拔无缝钢管制造工艺，该工艺步骤为：热扩：1.检验热轧原料钢管，2.内壁喷涂石墨，3.调整热扩机工艺参数，4.选定芯头尺寸，5.热扩，6.清理钢管内壁石墨，7.检验热扩管；冷拔：1.热扩原料钢管投料，2.酸洗，3.磷化，4.皂化，5.冷拔，6.检验成品管。该专利技术所生产的材料为小规格，钢管需多次扩管、冷拔等工序，成型复杂，且未涉及低温、耐腐蚀等问题。
[0006]申请号CN101818309A公开了一种气瓶钢及其制造方法，气瓶钢的成分为：C0.32
‑
0.36％、Si 0.20
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0.35％、Mn 0.70
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0.90％、Cr 0.90
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1.10％、Mo 0.40
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0.50％、Ti0.01
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0.03％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0020％，其余为Fe。制造方法包括下述步骤：(1)在EBT电炉中冶炼预处理铁水；(2)进LF炉前喂Al线，精炼时造弱电石渣进行还原，根据成份要求微调钢液成份；(3)VD真空脱气将钢包吊入真空罐进行真空脱气，并喂Al线、喂Si
‑
Ca线；(4)浇注成钢锭；(5)将钢锭加热到1200
±
20℃；(6)轧制成钢坯；(7)将钢坯堆冷到室温；(8)钢坯精整将钢坯修磨，确保钢坯表面无裂纹缺陷。用本专利技术制的气瓶钢，抗拉强度Rm达1120
‑
1250MPa，并且断后延伸率A达14～18％。该专利公布的钢的Mo含量很高，成本高，同时材料未涉及低温及耐腐蚀等问题。
[0007]综上，现有的气瓶管原材料均为小规格，生产普通或车载气瓶的工艺复杂，且成本较高，同时对气瓶管低温冲击性能、屈强比、耐腐蚀性能的问题均没有很好的解决。市场需要一种大口径的、新的成分体系及生产工艺，既能降低成本又可高效大批量生产，同时还可
满足车载气瓶各项性能指标。

技术实现思路

[0008]本专利技术呃目的在于提供一种采用连铸工艺生产的高强度、耐低温和耐腐蚀性能车载高压气瓶材料，坯料规格可达生产车载气瓶的口径最大可达到减少车载气瓶管的数量，增加了车载气体的容量。
[0009]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢，是以Fe为基础元素，并包含以下重量百分比的元素：C：0.28～0.35％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.013％，S：≤0.003％，Cr：0.90～1.10％，Mo：0.2～0.3％，Ni：0.05～0.15％，Cu：0.02～0.10％，Ni/Cu≥1.0，Alt：0.02～0.05％，V：0.04～0.10％，N：0.005
‑
0.015％，Nb：0.002～0.006％，Ca:0.001
‑
0.003％，Ca/S≥1.0。
[0010]本专利技术的连铸圆坯材料成分中增加V、Nb、N元素，形成弥散细小的V、Nb的氮化物和碳氮化物钉扎晶界，从而细化晶粒，同时降低P含量，提高材料的低温冲击性能。添加Cu元素可有效的提高材料的抗腐蚀性能，但为了减少Cu元素产生晶间裂纹的风险，添加一定的Ni元素，使之与Cu生产耐高温的镍铜合金，使之产生镍铜合金，避免低熔点铜元素加热过程中在晶界处熔化而产生表面裂纹，从而减少晶间裂纹的风险，Ni/Cu≥1.0，使得Cu元素全部变成高温镍铜合金，避免产生晶间裂纹，同时也提高材料的机械性能。为提高材料的抗拉、屈服性能适当提高材料中Mo含量。
[0011]以下对本专利技术中所含组分的作用及用量选择作具体说明：
[0012]C：是确保钢材强度所必须的元素，提高钢中的碳含量将会增加钢的马氏体转变能力，从而提高钢的强度。但过高的C含量对钢的延性、韧性不利。本专利技术控制碳含量为0.28～0.35％。
[0013]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是强化铁素体元素，含量较高时会造成韧性下降。本专利技术Si含量控制为0.15～0.35％。
[0014]Mn：是提高钢淬透性的元素，Mn易在圆坯中心产生偏析，降低材料的冲击韧性，同时含锰较高时，有较明显的回火脆性现象。因此，本专利技术Mn含量控制为0.70～0.90％。
[0015]Ni：是提高钢的淬透性并可以显著改善低温韧性的元素，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的作用。但由于Ni是贵重金属，含量过高会增加成本。因此在既能达到设计性能又能节约成本的前提下，本专利技术将其含量控制在0.05～0.15％，有利于达到最优的性价比。
[0016]Cr：是提高钢的淬透性而有助于强度提高的元素，使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。但铬也是能显著提高钢的脆性转变温度和促进钢的回火脆性元素，因此，本专利技术将其含量控制在0.90～1.10％。
[0017]Mo：可以显著提高钢的淬透性和强度，降低回火脆性，在某些还原性介质中易使耐酸不锈钢钝化，从而提高耐腐蚀能力。但假如过多Mo元素对屈强比也影响较大。另外，Mo也是贵重金属，含量过高会增加成本。本专利技术中Mo的含量控制在0.20～0.30％。
[0018]Cu：可提高钢材的淬透性和耐大气腐蚀、耐海水腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢，其特征在于：以Fe为基础元素，并包含以下重量百分比的元素：C：0.28～0.35％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.013％，S：≤0.003％，Cr：0.90～1.10％，Mo：0.2～0.3％，Ni：0.05～0.15％，Cu：0.02～0.10％，Ni/Cu≥1.0，Alt：0.02～0.05％，V：0.04～0.10％，N：0.005
‑
0.015％，Nb：0.002～0.006％，Ca:0.001
‑
0.003％，Ca/S≥1.0。2.根据权利要求1所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢，其特征在于：屈服强度≥850MPa，抗拉强度970
‑
1100MPa，延伸率≥14％，屈强比≤0.95，
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40℃夏比冲击功平均值＞47J，组织为均匀的回火索氏体组织，晶粒度达到6级以上，达到96h抗氢致开裂HIC和720h抗硫化氢腐蚀SSC性能要求。3.一种制造权利要求1所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的方法，其特征在于：包括，步骤一、钢水初炼：将冶炼原料依次经铁水预处理KR、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气得到化学成分符合规定的钢水；KR铁水预处理时深脱硫，将S含量控制在≤0.002％，转炉冶炼过程中通过吹氧并加入石灰、镁球的方式控制出钢终点C、终点P，终点C：0.10％～0.20％，终点P控制在≤0.010％，出钢温度1600℃～1700℃，并采用挡渣出钢防止下渣，出钢过程加Al脱氧预脱氧；LF精炼过程加强造渣及脱氧，全程吹氩气进行搅拌，渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧，保证过程的自由氧含量较低；真空脱气全过程采用氩气搅拌钢水，133Pa以下高真空条件下脱气20
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50min，真空脱气后经长时间的软吹氩处理，软吹时间大于25min，保证非金属夹杂物充分上浮；步骤二、连铸：全程采用防氧化保护浇注，连铸低过热度10℃
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35℃，将钢水浇铸成圆坯，圆坯入坑缓冷；步骤三、退火：分多个加热保温阶段将坯料加热至680
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700℃，保温后再分多个降温保温阶段冷却；步骤四、加热：圆坯入冷炉加热，按照35℃
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40℃/h加热到700℃
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720℃，保温1
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2小时，然后再按照50℃
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60℃/h加热到1200℃
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1230℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬冬，刘谦，顾铁，董娟，陈斌，蔡丰伟，李少云，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：