[發明專利]一種超低溫壓力容器用高鎳鋼及其制造方法

無效

• 申請號: 201310285597.4
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104278210A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 朱瑩光;敖列哥;侯家平;葉其斌
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C22C33/04;C21D8/02
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技術領域

本發明屬于高合金鋼制造領域，尤其涉及一種適合于液化天然氣（LNG）儲罐的超低溫壓力容器用高鎳鋼及其制造方法。

背景技術

隨著全世界范圍內對天然氣使用量的日益擴大，對建造液化天然氣（LNG）儲罐用9%Ni鋼的需求量也在迅速增加。9%Ni鋼由于其Ni含量達到9%而使其成本居高不下，其產品很難推入市場，關于7%Ni鋼的報道目前僅見日本2010年出版的《焊接學會論文集》第28卷第1號中“Development?of?7%Ni-TMCP?Steel?Plate?for?LNG?Storage?tanks”。其化學成分按重量百分比計為：C：0.05%，Si：0.05%，Mn：0.80%，Ni：7.10%，Cr：0.41%，Mo：0.04%。文中，作者并未給出7%Ni鋼的成分范圍，而只是就其冶煉的一爐7%Ni試驗鋼說明了其制造工藝及其與9%Ni鋼的性能對比情況。作者提出，7%Ni鋼控制軋制的終軋溫度需要嚴格控制在Ar3附近，即650℃左右，而這增加了軋機的負荷，提高了軋制的難度，并且，作者未給出具體的控軋工藝，且從改善鋼的強度和韌性方面考慮，其Mn、Mo含量偏低。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于替代9%Ni鋼的超低溫壓力容器用高鎳鋼及其制造方法。采用7%Ni鋼的成分范圍，適當提高了Mn和Mo的含量，并加入少量的Ti，結合具體的控軋工藝，生產出滿足液化天然氣（LNG）儲罐用鋼。

本發明所涉及的超低溫壓力容器用高鎳鋼，其化學成分按重量百分比計為：C：0.01~0.08%，Si：≤0.05%，Mn：0.90~1.20%，Ni：7.00~7.50%，Mo：0.05~0.10%，Cr：0.30~0.60%，Ti：0.01~0.03%，S：≤0.005%，P：≤0.008%，余量為Fe和雜質；

這種超低溫壓力容器用高鎳鋼的成分設計方案為：

（1）碳：碳是提高鋼強度最有效的化學元素，但同時，碳會大幅降低鋼的韌性，破壞鋼的焊接性能，綜合考察，碳含量控制在0.08%以內對于超低溫壓力容器用高鎳鋼是合適的；

（2）硅：硅對鋼的韌性和焊接性能不利，其含量對于超低溫壓力容器用高鎳鋼來說應盡量降低并保證其在0.05%以下；

（3）錳：錳能提高鋼的強度和韌性，但是錳含量過高時，會促進晶粒長大，產生回火脆性，錳含量應控制在0.90~1.20%；

（4）鎳：鎳能提高鋼的強度，又能使鋼獲得優異的低溫韌性，鎳屬于無限擴大奧氏體區的元素之一，因此，高鎳鋼經過調質處理后，可以獲得完全細化的回火索氏體組織，鋼的強韌性匹配良好，但是，鎳屬于稀缺資源，價格昂貴，實驗證實，鎳含量控制在7.00~7.50%，再輔以適量的鉬、鉻、鈦，鋼的綜合性能可以實現等同于9%Ni鋼；

（5）鉬：鉬能使鋼的晶粒細化，顯著提高鋼的淬透性，抑制鋼的回火脆性，從而提高鋼的強度，改善鋼的韌性，因此，其含量應控制在0.05~0.10%以內；

（6）鉻：鉻能提高鋼的淬透性，從而提高鋼的強度，但是，鉻屬于縮小奧氏體區的元素之一，且鉻顯著提高鋼的脆性轉變溫度，因此，鉻含量應控制在0.30~0.60%；

（7）鈦：鈦是鋼中的強脫氧劑，能有效降低鋼中的氧含量，從而改善鋼的韌性，并使鋼的內部組織致密，細化晶粒，少量的鈦含量可降低鋼的時效敏感性和冷脆性，改善焊接性能；

（8）硫：硫在鋼中易形成FeS和MnS夾雜，產生熱脆現象，顯著降低鋼的韌性，因此，應盡量降低鋼中的硫含量；

（9）磷：磷在鋼中常偏聚于晶界，破壞基體的連續性，顯著降低鋼的韌性，使焊接性能變壞，易產生冷脆，因此，應盡量降低鋼中的磷含量。

本發明超低溫壓力容器用高鎳鋼的制造方法為：

（1）轉爐+精煉（LF+VD）：轉爐冶煉過程做到碳溫協調，LF精煉過程精確控制成分，VD精煉過程保證鋼中氣體含量，保壓時間不大于30分鐘，要求[H]≤2ppm；

（2）鑄坯加熱：總加熱時間不得超過4小時，加熱速度按加熱時間計算；

（3）軋制：采用兩階段控制軋制，一階段開軋溫度≥1050℃，二階段開軋溫度≥850℃，終軋溫度750±20℃軋后空冷。

對于第一階段高于1050℃的再結晶區軋制，是為了確保奧氏體有足夠的延伸，充分發揮控制軋制的強化作用；對于高于850℃的未再結晶區軋制，是為了增大鐵素體的有效形核面積，細化鐵素體晶粒；終軋溫度控制在750℃左右既可以避免軋后空冷過程中的晶粒長大，又可以減輕軋機的負荷；