－１９６℃超低温抗震结构钢制造技术

本发明专利技术公开了一种－１９６℃超低温抗震结构钢。钢的化学成分为（ｗｔ％）：Ｃ：０．０２～０．１０、Ｓｉ：０．１０～０．２５、Ｍｎ：０．３～０．８、Ｎｉ：６．５～１２．５、Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｃｕ：≤０．５、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ：≤０．０５、Ａｌｓ：０．０２～０．０４、Ｓ：≤０．００５、Ｐ：≤０．０１５、Ｏ和Ｎ的总量≤０．００８，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。对具有上述化学成分的钢板采用高温淬火＋低温淬火＋回火的调质热处理以后，在钢中形成由块状铁素体、回火马氏体和奥氏体等组元构成的多相组织，且各组元的百分含量（％）分别为６～１４、６５～８０、１５～２０，同时Ｎｉ在各组元中的含量（ｗｔ％）依次为２～７、４～１２、１５～２０，使钢在－１９６℃具有低屈强比（０．６７～０．８０）、高均匀延伸率（１７～２４％）、高强度（屈服强度８３０～９２５ＭＰａ）和高韧性（冲击功１６０～１９８Ｊ）等优异的抗震综合力学性能。本发明专利技术工艺简单，易实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于抗震结构钢领域，特别涉及一种在-l96t:超低温服役环境下具有低屈 强比、高均匀延伸率、高强度和高韧性等抗震综合力学性能优异的结构钢。
技术介绍
我国地震带分布广泛，许多在建和规划的液化天然气(LNG)储罐、LNG输送网管等 低温钢结构和液化、气化等低温装备不可避免地建造和运行在地震带上。地震对钢结构带 来的主要危害是当地震水平力超过钢的屈服强度时，在构件中产生较大塑性变形，引起结 构失稳甚至失效，从而造成灾难性的破坏。因此，有关低温结构的抗震设计和选材是必须加 以高度关注的安全问题。 为了提高结构的抗震性能，一方面，从设计的角度，要求采用抗震耗能设计或塑性 设计，如采用强柱弱梁或塑性铰等；另一方面，从选材的角度，相关结构钢标准、设计和建造 规范在对钢的强度级别提高不断加以修订的同时，对屈强比、塑性和韧性等延性指标的要 求也相应加以严格的限制，原因如下 大量试验研究与工程实践表明，韧性是表征裂纹或类似缺陷附近发生局部塑性变 形、使集中应力得以重新分配或松弛的材料力学特性。屈强比则是表征材料因过载而发生 整体均匀塑性变形能力的力学参量，且屈强比还与材料的加工硬化能力密切相关，即较低 的屈强比，意味着材料在塑性变形阶段具有较高的加工硬化指数和抗过载能力。因此，钢的 屈强比是关系到结构安全性的一个至关重要的力学性能指标。例如，在下述结构设计中，对 低屈强比高强度钢的运用具有特殊的考虑。 1)抗震结构安全性。屈强比影响构件的变形能力和极限承载能力。据理论分析，在 地震水平力的作用下，构件承受的弯矩沿水平构件长度(L)方向线性变化。当屈强比(YR) 降低时，塑性区域的长度(Ly= (l-YR)L)将会增大，构件的耗能能力随之增强。 2)焊接结构安全性。屈强比影响焊接结构的抗脆断性能。在焊接构件板厚(w)方 向可能难于避免地存在一定长度的裂纹或类似焊接缺陷。当采用全截面屈服安全设计时， 从断裂力学的角度，裂纹不发生失稳扩展的临界长度(2a)与屈强比(YR)的关系可表示为 YR= (l-2a/w)。当屈强比降低时，构件容许裂纹长度增加，脆断倾向降低，构件的安全性随 之增强。 由此可见，低屈强比是从选材角度确保结构具有良好抗震性能和抗脆断性能的关 键力性指标。相关结构钢标准或设计建造规范对钢的屈强比有特别规定。如在欧洲，对于 420MPa级高强度结构钢，基于多数情况下塑性设计理论仍适用的考虑，欧3标准适当放宽 了对屈强比的要求(《0. 91)。美国2008版ASTM A992/992M标准为通用工程结构规定了 8个强度级别(260 700MPa) 、7种不同用途的结构钢，对于其中强柱弱梁型塑性设计构件 的选材，特别规定屈服强度《480MPa、且屈强比《0.85。在地震多发且烈度较高的日本， 抗震设计是需要特别关注的问题，从抗震耗能设计出发，对结构钢的屈强比限定极为严格， JIS G3106标准要求不同强度级别的SN系列抗震专用钢屈强比均必须《0.8。在我国，建筑钢标准(GB/T19879-2005)规定的系列强度级别钢(Q235 Q500)，等同于日本SN系列 钢，均要求屈强比《0.80;钢结构设计规范(GB50017-2003)的塑性设计部分，明确规定选 材屈强比《0.83 ;钢结构抗震设计规范(GB50011-2001)的选材规定，等同于美国钢结构学 会(AISC)对抗震结构钢的要求，规定各强度级别钢的屈强比《0. 85。 要使一般抗震结构钢获得低屈强比性能，通常采用双相组织设计思路，使软、硬相 在微观硬度和微观形态上适当配合，既充分发挥软相的形变强化潜力，又利用硬相的塑性 变形能力，推迟颈縮形成，降低屈强比、提高均匀延伸率。如新日铁采用直接淬火-临界淬 火-回火工艺，开发了屈强比《0.8的HT590和HT780级块状铁素体/回火马氏体双相抗 震结构钢。JFE采用TMCP技术，开发了准多边形铁素体/贝氏体和回火贝氏体/M-A岛双相 X65、 X80和X100系列抗应变管线钢，屈强比均《0. 8。国内东北大学采用TMCP技术，研制 了低屈强比X80级针状铁素体/马氏体双相钢厚板，屈强比达到0. 66 0. 80。 但是，现有双相抗震结构钢还不能满足_1961:超低温结构对抗震性能的要求。据 分析，主要原因有二 一是钢中镍含量偏低( 一般均低于2wt% )。众所周知，Ni减小低温 变形时位错运动的摩擦阻力，增加层错能，有利于低温塑性和韧性。但当钢中镍含量偏低 时，软、硬相中的镍含量也均相应偏低，低温变形时软相的形变强化和硬相的塑性变形能力 均有限，使屈强比偏高、均匀延伸率偏低；二是钢中缺少热稳定性足以维持到超深冷状态的 奥氏体。试验研究和理论分析均表明，稳定奥氏体是钢中重要的塑性相，当它与马氏体和 /或贝氏体基体组成多相组织时，可以通过形变诱导奥氏体/马氏体相变而诱发塑性(即 TRIP)、释放局部集中应力、净化基体等多种作用机制，提高宏观均匀延伸率和低温韧性、降 低屈强比。 因此，为满足-196°〇超低温抗震结构对选材的要求，亟待开发超低温抗震结构钢。 目前，已检索到国内外_1961:超低温结构钢材料专利技术15篇，它们主要涉及到钢的成分 设计、组织结构、TMCP工艺及热处理工艺，其目的是如何提高钢的低温韧性、或降低生产成 本、或生产低温钢厚板。而能够满足_1961:超低温服役环境下具有低屈强比、高均匀延伸 率、高强度和高韧性等优异抗震综合力学性能要求的结构钢方面的文献及专利技术，几乎 没有报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种-i96t:超低温抗震结 构钢，该专利技术在-i96t:超低温服役环境下具有低屈强比、高均匀延伸率、高强度和高韧性等优异的抗震综合力学性能。 为实现上述目的，本专利技术涉及的一种-196t:超低温抗震结构钢，其特征是所述 钢的化学成分(wt%)为:C :0. 02 0. 10、Si :0. 10 0. 25、Mn :0. 3 0. 8、Ni :6. 5 12. 5、 Cr+Mo+Cu :《0. 5、Nb+V+Ti :《0. 05、Als :0. 02 0. 04、S :《0. 005、P :《0. 015、0和N的 总量《0. 008，余量为Fe和不可避免的杂质。所述钢对镍含量(wt% )和碳含量(wt% )的 限定符合9. 25《Ni+25C《11. 25，且所述钢对镍含量(wt% )和锰含量(wt% )的限定还 符合11《Ni+5Mn《13。所述钢的微观组织形态是由块状铁素体、回火马氏体和奥氏体构 成的多相组织，且各组元的百分含量(％ )分别为6 14、65 80、 15 20，同时Ni在各 组元中的含量(wt% )相应地依次为2 7、4 12、15 20。 所述钢的优选化学成分为(wt% ) : :C :0. 03 0. 07、Si :0. 10 0. 25、Mn :0. 5 0. 7、 Ni :8. 5 9. 5、 Cr+Mo+Cu :《0. 5、 Nb+V+Ti :《0. 05、 Als :0. 02 0. 04、 S :《0. 005、 P :《0. 010、 0和N的总量《0. 007，余量为Fe和不可避免的杂质，从而使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种－１９６℃超低温抗震结构钢，其特征是：所述钢的化学成分为（ｗｔ％）：Ｃ：０．０２～０．１０、Ｓｉ：０．１０～０．２５、Ｍｎ：０．３～０．８、Ｎｉ：６．５～１２．５、Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｃｕ：≤０．５、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ：≤０．０５、Ａｌｓ：０．０２～０．０４、Ｓ：≤０．００５、Ｐ：≤０．０１５、Ｏ和Ｎ的总量≤０．００８，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，赵希庆，潘涛，苏航，杨才福，
申请(专利权)人：燕山大学，钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]