[發(fā)明專利]一種具有高沖擊韌性的高錳TWIP耐低溫鋼及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810013760.4
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108118255A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昕;夏昊;馮建航;殷福星
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/06;C22C33/06;C21D8/02
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種具有高沖擊韌性的高錳TWIP耐低溫鋼，該耐低溫鋼的化學(xué)成分組成質(zhì)量百分含量為：C：0.050～0.30％，Mn：25～35％，Si：0.30～1.5％，Al：2.0～4.0％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述的耐低溫鋼在?196℃下的層錯能為25～40mJ/m²。本發(fā)明得到的耐低溫鋼在液氮溫度(?196℃)的沖擊功在200J～250J之間；室溫下沖擊功在300J～350J之間，屈服強(qiáng)度在200MPa～300MPa之間，抗拉強(qiáng)度在600MPa～700MPa之間，斷后伸長率在45％～65％之間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫用鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具低溫鋼及其制造方法，具體的說是一種具有高沖擊韌性的高錳TWIP耐低溫鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

為了控制全球氣候變暖，減少溫室氣體的排放已經(jīng)成為世界能源發(fā)展的主要的目標(biāo)。液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)是一種新型的清潔能源，主要成分是甲烷(CH₄)，被公認(rèn)是地球上最干凈的化石能源。無毒、無色、無味且無腐蝕性，其體積約為同質(zhì)量氣態(tài)天然氣體積的1/625，液化天然氣的質(zhì)量僅為同體積水的45％左右。液化天然氣的制造過程是先對氣田生產(chǎn)的天然氣進(jìn)行凈化處理，再經(jīng)一連串超低溫液化后(利用液氮液化)，最后再利用液化天然氣船運(yùn)送。液化天然氣燃燒后生成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)，因此它對空氣的污染非常小，而且它的熱值非常大，所以液化天然氣是一種比較先進(jìn)的清潔能源。LNG是天然氣經(jīng)壓縮、冷卻至其沸點(-161.5℃)以下變成的液體。通常液化天然氣儲存在-161.5℃、0.1MPa左右的低溫儲存罐內(nèi)，用專用船或油罐車運(yùn)輸，使用時重新汽化。

在存儲和運(yùn)輸液化天然氣時，對材料的使用尤為重要。由于LNG的沸點是-161.5℃，為了使天然氣液化，一般用液氮(-196℃)冷卻，因此對LNG的存儲與運(yùn)輸必須應(yīng)用與其實際溫度相對的低溫材料(-161.5℃至-196℃之間)。面心立方(FCC)晶體結(jié)構(gòu)金屬具有良好的低溫韌性，隨溫度降低基本不發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變，因此經(jīng)常被廣泛用在低溫環(huán)境下。超低溫用材主要有鎳基合金、奧氏體不銹鋼、鋁合金。而大型的LNG罐主要的應(yīng)用材料是06Ni9，美國稱9Ni，主要合金成分是價格昂貴的鎳元素，其冶煉工藝及其復(fù)雜，目前我國尚無自主生產(chǎn)能力，主要依靠進(jìn)口。06Ni9由于含有大量的鎳元素而價格昂貴，因此用價格便宜的高錳奧氏鋼來替代06Ni9成為今后的主要研究趨勢。

高錳奧氏體鋼具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在保持一定強(qiáng)度的同時，具有良好的塑形。鐵、錳、鋁、碳、硅是其主要的組成元素。高錳奧氏體鋼良好的綜合力學(xué)性能源于它獨(dú)特的塑性變形機(jī)理，在進(jìn)行塑性變形時，會發(fā)生孿晶誘發(fā)塑性(Twinning InducedPlasticity，簡稱TWIP)效應(yīng)。決定TWIP效應(yīng)的發(fā)生的條件主要由層錯能、成分、溫度、奧氏體晶粒尺寸等決定。錳元素與γ-Fe無限互溶，所以錳元素是開啟奧氏體相區(qū)的金屬元素之一，因此高錳鋼的室溫組織是奧氏體，而奧氏體屬于面心立方晶體結(jié)構(gòu)，且在低溫下基本不發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。此外，高錳TWIP鋼在低溫沖擊塑性變形過程中產(chǎn)生大量的孿晶組織切割基體細(xì)化晶粒，沖擊韌性得以提高。因此高錳TWIP鋼具有非常優(yōu)異的低溫性能。

發(fā)明內(nèi)容

本專利的目的為針對當(dāng)前技術(shù)中存在的不足，提供一種具有高沖擊韌性的高錳TWIP耐低溫鋼及其制造方法。該耐低溫鋼的成分中，以錳、鋁替代當(dāng)前材料中的鎳，并在制備過程中，通過冶煉、連鑄、加熱、軋制、熱處理等步驟，得到了具有TWIP效應(yīng)的奧氏體耐低溫鋼。本發(fā)明得到的耐低溫鋼在液氮溫度(-196℃)中展現(xiàn)出良好的超高的沖擊韌性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種具有高沖擊韌性的高錳TWIP耐低溫鋼，該耐低溫鋼的化學(xué)成分組成質(zhì)量百分含量為：C：0.050～0.30％，Mn：25～35％，Si：0.30～1.5％，Al：2.0～4.0％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；