專利名稱：應用于深冷環境的7Ni鋼及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明具體涉及一種在深冷環境下具有優異強韌性的7Ni鋼及其制備工藝，可用于液化天然氣存儲罐的制備。
背景技術：
隨著世界經濟的發展，石油危機的沖擊和煤炭、石油所帶來的環境污染問題日益嚴重。LNG具有燃燒值高，對大氣無污染等特點，被譽為潔凈的綠色新能源。同時，天然氣探明儲量較高，促使其在世界能源消費結構中的比重越來越大。開發、利用天然氣已成為許多國家實施能源結構調整和可持續發展的重點戰略。在全球許多國家今后幾十年的能源發展中，天然氣作為新型潔凈的能源在國家環保安全和能源保障方面具有重要意義。在我國， 面對居高不下的國際油價以及“缺煤少油”的能源格局，為有效緩解能源供應緊張的局面， 2004年，發改委在《我國能源中長期發展規劃》中提出在沿海地區建設LNG接收站。當前， 中石油、中石化和中海油等的多個LNG項目正在建設和籌備建設之中，首批LNG項目有10 余個容量為160，OOOm3罐的超大型接收站，9Ni鋼(C_Mn_Ni，9% Ni)在制造LNG儲存和運輸用大型容器方面獲得廣泛應用。國內外諸多鋼鐵廠均發展出具有優良性能的深冷環境用9M鋼，如公開號為 JP2002012951的發明專利提出一種具有優良性能的9Ni鋼，該鋼種包含的化學成分及其質量百分比分為C O. 02 O. 10%,Si ( O. 10%,Mn O. 2 I. 0%,P ( O. 01%,S O. 0005 O. 003%,Ni 7·5 10·0%、Α1 O. 01 O. 08%，以及 Mo O. 05 O. 5%和 CrO. 05 O. 5%。
可見，與本發明比較，其合金中添加了較多量的Mo。公開號CN101215668A的發明專利提出一種低碳9Ni鋼厚板的制造方法，該案所涉 9Ni鋼包含的化學成分及其質量百分比分為C O. 02-0. 04%,Si O. 15 O. 30%、Mn O. 5 O. 9%,Ni 8. 9 9. 5%,P ( O. 01 %和S彡O. 005%，其制備工藝為熱軋淬火后直接580°C 回火I小時，回火后采用水冷(DQ+T);或者熱軋淬火后800°C保溫I小時淬火，580°C保溫回火I小時水淬(DQ+QT);或者熱軋淬火后800°C保溫I小時淬火，670°C保溫I小時淬火， 580°C保溫回火I小時水冷(DQ+QLT)。該案中低碳9Ni鋼厚板的屈服強度小于710MPa，抗拉強度小于720MPa，_196°C沖擊功在150-250J之間。又如公開號CN101058842A的發明專利提出一種提高低溫鋼板韌性的方法，其涉及的低溫鋼板包含的化學組分及其質量百分比分別為c ( O. 07%,Si O. 01 O. 40%,Mn O. 20 O. 90%,Ni 8. 50 10. 00%、Mo 彡 O. 50%,P^O. 004% 以及 SS O. 002%，其制備工藝為熱處理880°C保溫15分鐘以上水淬，650 700°C保溫15分鐘以上水淬，620 570°C 保溫30分鐘以上空冷或大于空冷速度冷卻。該案制成的低溫鋼板屈服強度小于630MPa，抗拉強度小于720MPa，_196°C沖擊功在230 270J之間。與上述2個發明案比較，本發明使用了 Ni合金減量化設計，使儲存LNG用鋼的生產成本大大降低。

發明內容
本發明的目的在于提出一種應用于深冷環境的7Ni鋼，其在-196°C以下的深冷環境中具有優良韌性及高屈服強度，且成本低，制備工藝簡單，從而克服了現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案一種應用于深冷環境的7Ni鋼，其特征在于該7Ni鋼包括的化學成分及其質量百分數分別為c O. 04 O. 12%, Si O. 03 O. 35%, Mn O. 3 I. 2%、P 彡 O. 007%, S 彡 O. 004%,Ni 7. O 7. 8%,Al O. 02 O. 05%,Cr O. 2 O. 6%,MoO. 02 O. 04%,Cu
O. 01 I. 2%,以及余量Fe和雜質元素。進一步地講在由所述7Ni鋼制成的板材中，沿橫斷面的金相組織為回火馬氏體+ 回轉奧氏體。所述板材的厚度為15± 10mm，屈服強度在530_710MPa之間、抗拉強度在 670-780MPa之間、在_196°C下的Charpy沖擊吸收能量大于100J。本發明的另一目的在于提出一種制備如上所述應用于深冷環境的7Ni鋼的工藝， 其技術方案如下應用于深冷環境的7Ni鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝包括的步驟為取具有與上述應用于深冷環境的7Ni鋼相同組分的鑄坯加熱至1180 1250°C，保溫I 3h ;將鑄坯進行兩階段軋制，其中粗軋的開軋溫度為1000 1100°C，總壓縮比為40 60%，精軋的開軋溫度為850 900°C，總壓縮比為50 75% ;將軋制完成后形成的板材以10 30°C /s冷卻速度控冷至300°C以下；對冷卻后的板材進行熱處理；進一步的講，該工藝中，軋制完成后形成的板材是進入層流冷卻進行水冷。更進一步的講，該工藝中，在對軋制完成后形成的板材進行水冷時，開冷溫度在 800 900°C，終冷溫度在300°C以下。熱處理工藝I為將熱軋板材加熱至650 700°C保溫O. 5 3h，隨后在520 600°C保溫O. 5 3小時回火(DQ+LT)。熱處理工藝2為將熱軋板材在770 830°C保溫O. 5 3h后淬火；隨后，將板材在630 70(TC保溫O. 5 3h后再淬火；最后，將板材在480 60(TC回火保溫O. 5 3h 后淬火(QLT)。所述具有與上述應用于深冷環境的7Ni鋼相同組分的鑄坯的制備過程為按所述應用于深冷環境的7Ni鋼的化學組成配比冶煉原料，并將冶煉原料進行冶煉、澆鑄，直至形成鑄坯。如下結合該應用于深冷環境的7Ni鋼的化學組成以及制備工藝流程對本發明的原理進行說明。首先，該應用于深冷環境的7Ni鋼包含的組分及其作用分別為C :碳是較強的固溶強化元素，能顯著提高鋼板強度，同時碳可以提高奧氏體的穩定性，但是降低韌性和塑性，明顯惡化鋼板焊接性能，在船板鋼的化學成分設計中，為了使鋼板具有良好的焊接性能、較好的低溫沖擊韌性，必須降低鋼中的含碳量，使其控制在中下限，因此C優選控制在O. 12%以下。Si :硅在鋼中起固溶強化作用，提高鋼板的強度，可以提高碳的活度，促進鐵素體形成，從而使碳擴散到殘余奧氏體中，因此硅在9Ni鋼中有助于殘余奧氏體的形成和穩定性，同時抑制滲碳體形成。但是硅元素過高會嚴重損害鋼板的低溫韌性和焊接性能。Mn :錳是置換型合金元素，通過固溶強化細化晶粒提高鋼的強度，同時錳可以擴大 Fe-C相圖中Y相區域，起到穩定奧氏體作用。但是錳含量過高時，易于形成偏析組織，對鋼的性能有害，另外錳降低奧氏體中碳的活度，促進碳化物的形成。S :硫是鋼中有害的夾雜物形成元素，常以MnS等夾雜物的形成沿軋制方向分布， 由于它破壞了鋼的連續性，顯著降低延展性和韌性，加劇各向異性，損害焊接性，其影響程度隨硫含量的提高而加劇，因此要采取措施降低硫含量，日本9Ni鋼種的硫含量一般控制在O. 002%以下。P:磷是鋼中重要的晶界偏析元素，對于低溫沖擊韌性和焊接性能具有極大的損害作用。日本9Ni鋼種的磷含量一般控制在O. 005%以下，新日鐵和JFE生產的9Ni鋼磷含量一般控制在O. 002%以下。Al :鋁含量是9Ni鋼明確要求的元素，一般要求Alt彡O. 018%。Al在煉鋼過程中是脫氧劑，也可以形成AlN顆粒起到細化晶粒的作用。Ni :鎳是7Ni鋼中最主要的合金元素，也是奧氏體形成元素，可以擴大奧氏體區， 降低Ar3溫度，在回火時鎳元素擴散并且富集在奧氏體內部，冷卻之后可以穩定殘余奧氏體，從而大大提高深冷環境下的沖擊韌性。Cr :鉻元素能夠顯著提高鋼的強度，在Ni元素減少的情況下，添加Cr有利于保持其強度，但是必須控制在較小的范圍內，以免影響合金的低溫韌性。Mo:增加強度且抑制回火脆化的作用，但太過量的話強度過高影響焊接區的韌性。Cu :銅元素能夠增加鋼板的強度，同時可以提高鋼板的耐蝕性。適當的回火處理時，能夠得到細小彌散的Cu析出，起到析出強化的作用。同時Cu也可以提高殘余奧氏體的穩定性。本發明考慮到對LNG船體或者LNG管道的安全性的日益提高，要求增強LNG用鋼的強度，因此引入Cu元素，用于提高7Ni鋼的強度。然而，過量的Cu析出會引起韌性的下降，因此，Cu的優選范圍為O. 5 I. 0%。與現有技術相比，本發明的特點及積極效果在于以下三個方面I)本發明提出的產品在室溫下的屈服強度為530 710MPa、抗拉強度在670 780MPa，在-196°C深冷環境下沖擊功大于100J。2)本發明對于考慮了工業生產的實際條件，開發了適合7Ni鋼的QLT和DQ-LT等熱處理工藝，分別適合不同的軋鋼和熱處理生產線，DQ-LT處理可以有效節約能耗。3)本發明在特定條件下，可替代傳統9Ni鋼，由于使用Cu，Cr等元素代替Ni元素， 節約我國稀缺的Ni元素，這對我國鋼鐵產業發展有積極意義。


圖I是Cu含量與鋼板力學性能測試關系圖；圖2A是實施例⑷的金相組織圖；圖2B是實施例(4)的TEM掃描圖3A是實施例(6)的金相組織圖；圖3B是實施例(6)的TEM掃描圖；圖4A是實施例(11)的金相組織圖；圖4B是實施例(11)的TEM掃描圖。
具體實施例方式以下結合附圖及具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步說明，共六個實施部分，共13個實施例。實施部分(一)該應用于深冷環境的7Ni鋼包含的成分為(wt % ) :C O. 05 %, Si 0.05%、 MnO. 47 %、P O. 006 %, S O. 004 %, Ni 7. 59 %、Cu I. 03 %, Al O. 049 %, Cr 0.47%、 MoO. 025%,余量為Fe及不可避免的雜質元素。該應用于深冷環境的7Ni鋼的制備工藝為按上述應用于深冷環境的7Ni鋼的化學組成配制冶煉原料，并將冶煉原料經冶煉、燒鑄后，形成厚度IOOmm的板還；將板坯放入加熱爐內加熱，加熱溫度為1200°C，保溫3h ；板坯出爐后進行兩階段軋制，其中，粗軋開軋溫度1100°C，待溫厚度為50mm，精軋開軋溫度860°C，軋后鋼板厚度為15mm ；熱軋后形成的板材進入層流冷卻進行水冷，并以15°C /s的冷卻速度迅速冷卻至 50 0C ；冷卻后的熱軋板材經過800°C保溫Ih后淬火，再分別經665°C和700°C保溫Ih后淬火，再分別在600°C回火Ih,最終形成15mm厚的成品板材。鋼板的力學性能列于表I。表I經QLT處理試制7Ni鋼的性能
編7QLT 工藝(。。)屈服強度 (MPa)抗拉強度 (MPa)屈強比延伸率 (%)斷面收縮 (%)橫向沖擊功 (-196。。) (J)TqTlTt(I)8006656006007480.8025.072· I127(117)(2)8007006006377540.8424.371.9119(111)括號外的沖擊功值為3個試樣的平均值，括號內的數值為最小值，以下同。實施部分(二)本實施例使用實施例I所用的化學成分，鋼板的熱軋冷卻工藝同實施例1，而熱處理工藝不同與實施例I的熱處理工藝。具體工藝參數如下冷卻后的熱軋板材經665°C和 700°C保溫Ih后淬火，然后分別在600°C回火lh，最終形成15mm厚的成品板材。鋼板的力學性能列于表2。表2經DQ-LT處理試制7Ni鋼的性能
權利要求
1. 一種應用于深冷環境的7Ni鋼，其特征在于該7Ni鋼包括的化學成分及其質量百分數分別為C O. 04 O. 12%、Si O. 03 O. 35%、Mn O. 3 I. 2 %、P ≤O. 007 %、 S^O. 004%,Ni 7·0 7·8%、Α1 O. 02 O. 05%、Cr O. 2 O. 6%、Μο0· 02 O. 04%、CuO.01 I. 2%,以及余量Fe和雜質元素；本發明提出的7Ni鋼，其特征在于所述板材的厚度為15±10mm，屈服強度在530 710MPa之間、抗拉強度在670 780MPa之間、在-196°C下的沖擊功大于100J ；7Ν 鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝包括的步驟為取具有與上述應用于深冷環境的7Ni鋼相同組分的鑄坯加熱至1180 1250°C，保溫 I 3h ;將鑄坯進行兩階段軋制，其中粗軋的開軋溫度為1000 1100°C，總壓縮比為40 60%，精軋的開軋溫度為850 900°C，總壓縮比為50 75% ;將軋制完成后形成的板材以10 30°C /s冷卻速度控冷至300°C以下；對冷卻后的板材進行熱處理；7Ni鋼的熱處理工藝，其特征在于，該工藝中，對冷卻后的板材進行熱處理的過程具體為將板材在650 700°C保溫O. 5 3h，其后在520 600°C保溫O. 5 3h回火；或將板材在770 830°C保溫O. 5 3h后淬火；其后，將板材在630 700°C保溫O. 5 3h后淬火；最后，將板材在480 600°C回火保溫O. 5 3h后淬火。
全文摘要
本發明提出一種應用于深冷環境的7Ni鋼及其制備工藝。該7Ni鋼包括如下化學成分(wt％)C 0.04～0.12％、Si 0.03～0.35％、Mn 0.3～1.2％、P≤0.007％、S≤0.004％、Ni 7.0～7.8％、Al 0.02～0.05％、Cr 0.2～0.6％、Mo 0.02～0.04％、Cu0.01～1.2％，以及余量Fe和雜質元素。該制備工藝為取具有與上述7Ni鋼相同組分的鑄坯經加熱、保溫、控軋、控冷和熱處理，制成成品板材。本發明的7Ni鋼屈服強度在530～710MPa之間、抗拉強度在670～780MPa之間、在-196℃下的沖擊功大于100J，可用于制造儲存液化天然氣(LNG)的壓力容器等。
文檔編號C21D8/02GK102586696SQ201210066040
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者劉東升, 朱緒祥, 程丙貴, 鄒志文 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司