[發明專利]一種耐低溫沖擊的合金結構鋼及其制造方法

無效

• 申請號: 201110385542.1
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102424936A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 劉湘江;惠衛軍;李錚;裘旭迪
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司;鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C21C5/52;C21C7/10;C21C7/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳長會;金惠淑

技術領域

本發明涉及一種合金鋼，特別是耐低溫沖擊的合金結構鋼及其制造方法。

背景技術

20世紀30年代以來，國外發生過多次橋梁構件脆斷的事故。分析表明，金屬或合金在低于某個臨界溫度的條件下，韌性急劇降低，性質變脆。這個溫度(一般是一個溫度范圍)叫做脆性臨界轉變溫度。

對于低溫鋼的技術要求一般是在低溫下具有足夠的強度和充分的韌性，具有良好的工藝性能、加工性能等。其中低溫韌性，即低溫下防止脆性破壞發生和擴展的能力是最重要的因素。各國通常都規定出最低溫度下的一定的沖擊韌性值。低溫鋼一般分4個溫度級別：-20～-40℃、-50～-80℃、-100～-110℃、-196～-269℃。

常見的低溫鋼類型有：

1)中合金低碳馬氏體型低溫鋼

合金元素總含量為5-10％，其組織為馬氏體組織。典型鋼種9Ni鋼有兩種常用熱處理制度，一種是900℃正火加790℃正火加570℃回火；另一種是800℃水淬加570℃回火。淬火后組織為低碳馬氏體，正火后組織為低碳馬氏體加鐵素體加少量高碳奧氏體。9Ni鋼在-196℃低溫下具有優良的韌性。由于磷元素會增加9Ni鋼回火脆性的敏感性，冶煉時應嚴格控制。5Ni鋼主要通過化學成分的最佳化以及三級熱處理方法來控制組織，使之在-162℃乃至-196℃低溫下具有與9Ni鋼相近的強度和韌性。

2)高合金奧氏體型低溫鋼

合金元素總含量＞10％，為奧氏體不銹鋼，具有極為優良的低溫韌性，在-196～-296℃低溫下仍保持相當高的韌性。含鉻鎳奧氏體型低溫鋼含Cr18％和Ni9％，無鉻鎳奧氏體型低溫鋼含M(馬氏體)23-26％，A(奧氏體)1-4％，兩者的低溫鋼韌性相近。一般均在固溶處理后使用。

3)低合金鋼

合金元素含量一般≤5％，一般在-100℃以內的溫區內使用，用于制造冷凍設備、運輸設備、乙烯地上貯藏室和石油化工設備等。根據不同的強度級別和使用環境不同，成分有較大差異。

CN1718832A涉及一種600MPa級的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其含碳量0.05-0.09％、添加Ti、Nb、Ni、Cu、Cr來達到耐低溫、耐腐蝕、易焊接的技術目的，但是該專利未指明所適用的溫度范圍、強度級別偏低。CN101024870A涉及一種低溫高強度、高韌性鋼及其制造方法，其成分是低碳Cr-Ni-Si-Mn-Mo-V合金鋼，可用于低至-60℃的環境。CN1351189A涉及一種超低碳高韌性抗硫化氫用X65級輸氣管線鋼，。

現有低溫合金結構鋼難以滿足強度級別要求較高的使用條件；現有低溫合金結構鋼大多應用于板材，而這些鋼種的成分設計應用棒材上則不能滿足于強韌性的需求；現有低溫合金結構鋼的使用溫區一般在-60℃左右，難以滿足-101℃的工況環境。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐低溫沖擊的合金結構鋼。

為實現上述目的，本發明的耐低溫沖擊的合金結構鋼，其按重量計的化學元素成份是：碳：0.30-0.42％，硅：0.10-0.35％，錳：0.60-1.10％，鉻：0.70-1.20％，鎳：0.20-0.50％，鉬：0.15-0.25％，銅≤0.25％，硫≤0.015％，磷≤0.010％，鈮：0.02-0.05％，鈦：0.01-0.05％，鋁：0.030-0.060％，氮：60-180ppm，錳/碳：1.8-3.6，余為Fe及不可避免的雜質元素。

本發明的耐低溫沖擊的合金結構鋼為珠光體+鐵素體組織的900Mpa級別。

本發明的另一個目的在于提供上述耐低溫沖擊的合金結構鋼的制造方法。該方法包括：

在電弧爐中進行鋼液初煉；鋼包精煉；模鑄澆注；生產出化學成分符合規定的一定尺寸的鋼錠。

初煉爐(電弧爐)熔化廢鋼，鋼水達到：[P]≤0.035％，[C]≥0.05％，T≥1620℃；

出鋼后期加入適量的石灰或合成渣；鋼包精煉爐調整化學成分，鋼包精煉爐初脫氧加Al到0.05-0.10％，攪拌≥5分鐘；

真空爐處理在≤66.7Pa壓力下保持≥15分鐘；

澆注鋼錠，模冷16-24小時后脫模進入下道工序。

本發明的耐低溫沖擊鋼在-101℃低溫工作環境下具有良好的耐沖擊性能(沖擊功≥27J)，以滿足高寒地區或石化行業的低溫鋼的技術要求。

附圖說明

圖1是鋼棒試樣(5#實施例)在860℃保溫30分鐘后水冷，經腐蝕后的晶粒度圖片，級別為10級左右。