專利名稱：：一種低溫韌性1.5Ni鋼及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種Ni鋼，特別屬于低溫韌性1.5Ni鋼及其制造方法。
背景技術：
：低溫鋼主要用于制造儲存和運輸各類液化氣體的壓力容器和儲罐。Ni是發(fā)展低溫鋼中的一個重要元素，根據Ni含量的不同發(fā)展了l.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni等不同級別的低溫鋼，以適用于不同的低溫環(huán)境和介質，其中1.5Ni鋼被廣泛應用于化工和石油化工等領域一45r一8(TC低溫壓力容器用鋼，如化工企業(yè)的乙烯裝置，城市煤加壓氣化中的低溫甲醇洗裝置等，還可滿足LPG(液化石油氣)貯藏和輸送的需要。作為低溫鋼，很重要的一個技術指標就是低溫沖擊韌性，合金元素Ni加入鋼中，固溶于鐵素體，使基體的低溫韌性得到顯著的改善，但Ni是一種較貴重元素，約280000元/噸，增加成本的同時，含Ni鋼的鑄坯在加熱時容易形成難以去除的致密氧化鐵皮，給加熱軋制工序帶來困難。因此探索降低低溫鋼生產成本而又保證良好的低溫韌性的生產工藝將為低溫容器用l.5Ni鋼的發(fā)展起重要作用。經國內、國際聯(lián)機檢索，專利號JP2000001735該專利闡述了一種具有滲氮能力且高溫強度和低溫韌性良好的低合金鋼，通過增加Ni含量和控制再結晶晶粒的大小提高高溫下的強度和低溫沖擊韌性，并且淬透性得到增強，適宜制造大尺寸工件。專利號JP2002129280JP09302445A該專利闡述了一種壓力容器用含Ni鋼板的生產方法，可實現(xiàn)低溫焊接，滿足各種低溫壓力容器用鋼標準中的關于強度的要求。它采用低碳成分設計，Ni含量涵蓋1.5Q/^至9.5%，并含有0.020.08%Mo，鋼板經過淬回火處理。為了得到晶粒細化的組織，在75085(TC進行累計變形率大于50%的軋制，軋后以大于2'C/s的冷速冷卻至40(TC以上，或者冷卻至40(TC以下，再在Ad溫度或以下進行回火。專利號US4137104A闡述了一種用于制造北極地區(qū)管道用高強度、良好低溫韌性鋼板的制造方法，其中Ni含量為0.82.0%Ni，并通過添加0.00050.0040%Ca對夾雜物進行改性處理，其發(fā)明目的在于提供一種廉價3的低溫鋼，用于制造大尺寸口徑的管線鋼，以替代3.5Ni鋼。專利號JP54071714A闡述了一種高強度、高止裂韌性鋼的生產方法。其中包括0.030.18%C，0.050.60%Si和0,62.0%Mn基本元素，可加元素包括一種或一種以上的Nb《0.15%，V《0.15%,Cu《0,7%，Cr《0.7%，Mo《0,3°/。，Ni《2.0%和A1《0.1%。專利號JP60103118A專利闡述了一種價廉但低溫韌性優(yōu)良的條鋼制造方法。其添加了Mo這種較貴重合金元素，成分體系與本專利有所區(qū)別，具體成分對比如表l所示。它的軋制工藝為在85(TC以下進行軋制量大于60%的變形，88(TC以下完成終軋，軋后空冷至室溫或者進一步在500'C70(TC之間進行回火。專利號CN99109124.8闡述了一種超細組織微合金鋼控制軋制方法，主要工藝流程如下首先，鋼坯加熱至1150°C1220'C使微合金元素充分溶解，鋼坯出爐后在90(TC115(TC溫度范圍內，實施兩道次控軋，每一道次的變形量在2040%之問，然后在800。C84(TC溫度范圍內對鋼坯實施連續(xù)三道次應變誘導軋制，每道次的變形量為3050%，各道次的間隔時間小于10秒，在完成上述應變誘導軋制以后，以》l(TC/s的冷卻速度對鋼板實施加速冷卻。專利號CN98812439.闡述了一種含有少于9XNi含量具有優(yōu)異低溫韌性的高強度鋼的生產工藝。軋制工藝是在奧氏體可發(fā)生再結晶的溫度范圍，采用一個或多個道次；在低于奧氏體再結晶溫度但高于Ai"3轉變點的溫度范圍，采用一個或多個道次。
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種低溫韌性1.5Ni鋼及其制造方法，以彌補現(xiàn)有技術的不足，提高高低溫韌性的優(yōu)異性能。本發(fā)明采用奧氏體再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)軋制，并在兩相區(qū)進行了變形量小的軋制，得到一種貝氏體型針狀鐵素體組織。與以往上述已經申請的專利相比，本專利的合金配方相對簡單，只添加含量不超過O.10%的合金元素，降低了生產制造成本且增加了生產的可制造性；采用低碳成分設計，可保證良好的焊接性能；利用了Nb在控軋中的作用，有效的細化晶粒，提高了產品的綜合性能，而且可采取靈活多變的軋制工藝，提高生產效率、減小軋機負荷。本發(fā)明解決上述問題的技術方案為一種低溫韌性1.5Ni鋼，其化學成分的重量百分配比為C0.020.10wt%、Si0.220.30wt%、Mn1.001.504wt%、V《0.08wt%、Ni1.201.60wt%、S《0.005wt%、P《0.010wt%、Nb《0.03wt%、Ti《0.04wt%、AKO.04wt%、N0.0020.005wt%，其余為Fe和不可避免的雜質，所述的成分中Ni+M『2.403.00wt%?？蛇x擇地，所述的成分中Nb、V、Ti中至少有一種不為零。優(yōu)選地，所述的成分中Nb+V+Ti《0.10wt%。碳C:是鋼中最經濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化對提高鋼的強度有明顯作用，但是提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負面影響。低溫鋼在制造壓力容器時對焊接性能要求嚴格，所以C含量不能過高，本發(fā)明鋼中設計碳的控制范圍為0.02%至0.10%，主要是基于鋼的強韌性匹配和焊接性能，碳含量太低則鋼中沒有足夠的碳化物和固溶碳，在奧氏體轉變過程中不利于形成足夠的強化相從而獲得所需的強度；反之，碳含量過高則鋼的塑性和韌性降低，焊接性也變差。硅Si:硅在鋼中起固溶強化作用，同時也是鋼中的脫氧元素，但含量過高會惡化鋼材的焊接性能。錳Mn:和Ni、N—樣，錳能阻止回火處理過程中奧氏體晶粒的長大，提高鐵素體基體的韌性和強度，另外錳能提高奧氏體穩(wěn)定性并降低奧氏體相變溫度，錳是弱碳化物形成元素，在鋼中主要起固溶強化作用，有利于提高奧氏體轉變組織強度。此外，Mn是替代Ni的有用元素，因此錳含量的添加取決于鎳含量，本發(fā)明鋼中設計錳的控制范圍為1.00%至1.50。％，且Ni+Mn=2。403.00%，含量過高，將增加碳化物形成的幾率，對韌性不利。硫S和磷P:是鋼中不可避免的有害元素，對鋼的塑性和韌性不利。冶煉時盡量降低硫、磷含量，提高鋼材純凈度。鈮Nb:鈮是強碳和氮的化合物形成元素，對晶粒細化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、再結晶，經控制軋制和控制冷卻使精軋階段非再結晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時轉變?yōu)榧毿〉南嘧儺a物，以使鋼具有高強度和高韌性，適當的含量充分發(fā)揮控制軋制的作用。而含高過高沒有進一步的效果，所以本發(fā)明鋼種Nb含量控制在0.030%以內。鈦Ti:是一種強烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時可以阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時析出的TiN和TiC可有效抑制奧氏體晶粒長大，同時提高Nb在奧氏體中的固溶度。另外在焊接過程中，鋼中的TiN和TiC粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長大，從而改善鋼板的焊接性能同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。但鈦含量過高，形成的氮化鈦粗大，且鋼中固溶的碳量減少，不利于獲得良好的強韌性匹配。釩V:V通過與C和N形成VN或V(CN)微細析出粒子，對鋼的強化做出貢獻。同時，V有利于提高調質后硬度的穩(wěn)定性。但如含量太高，則成本增加顯著。鋁A1:鋁是鋼中的主要脫氧元素，有利于細化晶粒，一般的鋼中均加入一定量的鋁。氮N:在加鈦的鋼中，適量的氮與鈦形成氮化鈦，這種第二相粒子易在高溫析出有利于強化基體，并且氮化鈦非常穩(wěn)定，在均熱時可穩(wěn)定存在，有效阻止奧氏體晶粒長大。所述的一種低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其包含以下步驟-(1)按照如下配比冶煉并澆鑄成鑄坯C0.020.10wt%、SiO.220.30wt%、Mn1.001.50wt。/。、V《0.08wt%、Ni1.201.60wt%、S《0.005wt%、P《0,010wt%、Nb《0.03wt%、Ti《0.04wt%、AKO.04wt9LNO.0020.005wt%，且Ni+Mn=2.403.00wt%，其余為Fe和不可避免的雜質；(2)鑄坯加熱，加熱溫度11501250°C;(3)控制軋制，再結晶區(qū)控軋軋制的終止溫度90(TC110(rC;非再結晶區(qū)控軋軋制的開始溫度850°C950°C;兩相區(qū)軋制溫度800850°C;(4)冷卻，終止冷卻溫度《300"C;(5)熱處理，淬火溫度85(TC950。C，回火溫度550°C660°C?？蛇x擇地，步驟(1)中，加入的Nb、V、Ti中至少有一種重量百分比不為零。優(yōu)選地，步驟(1)中，加入的Nb+V+Ti《0.10wt%。優(yōu)選地，步驟(3)中，再結晶控制軋制的累計壓下率》50%;未再結晶控制軋制的累計壓下率>20%;兩相區(qū)控制軋制的累計壓下率《10Q^。優(yōu)選地，各階段保溫時間根據板厚按照13.5min/mm計算得出。本發(fā)明的優(yōu)點和效果是高低溫韌性1.5Ni鋼的成分設計是以低碳、微合金化，通過增加Mn降低Ni含量和添加微量晶粒細化元素Nb、Ti、V;結合熱軋控軋控冷工藝，獲得了一種貝氏體型針狀鐵素體組織，有效的保證了1.5Ni鋼的低溫韌性。適宜制作低溫壓力容器。與現(xiàn)有Ni系低溫鋼鋼種3.5Ni鋼相比，本發(fā)明生產出的1.5Ni鋼的性能達到以下要求拉伸性能(橫向):目標Rm=490640MPa;Rp。.2》355MPa;A》22%。V型缺口沖擊性能目標試驗溫度一8(TC，10X10X55mm試樣的沖擊功平均值^200J;—100。C，10X10X55mm試樣的沖擊功平均值^150J。金相組織目標貝氏體型針狀鐵素體組織。圖1是本發(fā)明實施例的金相組織示意圖。具體實施例方式一種低溫韌性1.5Ni鋼及其制造方法，其化學成分的重量百分配比為C0.02-0.10wt%，Si0.22-0.30wt%、Mn1.00-1.50wt%、《V0.08wt%、Ni1.20-1.60wt%、S《0.005wt%、P《0.010wt%、Nb《0.03wt%、Ti《0.04wt%、AKO.04wt%，N0.002-0.005wt%，其余為Fe。表l是1.5Ni鋼的國內外專利與本發(fā)明對比化學成分(wt%)以上是較接近的國內外專利對比，詳細化學成分見表1。通過對比上述專利可以發(fā)現(xiàn):很少有專利設計到1.5Ni鋼的生產，研究較多的兩種情況是-化含量大于1.5%直至12.0%;小于1.2%，只作為輔助添加元素來使用，對含1.20%1.60%Ni含量的低溫鋼涉及較少。大部分專利都添加了Cr、Mo等合金元素，提高性能的同時也提高了制造成本，對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明只添加微量Nb、Ti、V中的一種或一種以上，且總重量不超過O.1%，大大降低了制造成本。專利JP54071714A、JP60103118A、CN99109124.8、CN200510024776.8、CN98812439.4中都涉及到了控制軋制的工藝，與本發(fā)明相比，所采用的控軋的工藝有所區(qū)別，以上專利都要求在奧氏體區(qū)進行不同變形量的軋制，本發(fā)明采用奧氏體再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)軋制，并在兩相區(qū)進行了變形量小的軋制，得到一種貝氏體型針狀鐵素體組織。一種低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其包含以下步驟冶煉和澆鑄成鑄坯；鑄坯加熱，控制軋制，熱處理。7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由于合金配方相對簡單，只添加Nb、Ti、V中的一種或一種以上，總含量不超過0.10%，降低了生產制造成本且增加了生產的可制造性；以低碳為特點，加入1.5X左右的Ni，增加了低溫沖擊韌性和良好的悍接性能，使1.5Ni低溫鋼具有良好的止裂性能，適合制造低溫壓力容器。利用Nb在控軋中的作用，通過和C生成NbC起到細化晶粒作用，Nb可以抑制奧氏體形變再結晶，提高了奧氏體再結晶溫度，有利于在奧氏體未再結晶區(qū)域軋制，有效的細化晶粒，提高了產品的綜合性能，而且可采取靈活多變的軋制工藝，提高生產效率、減小軋機負荷。經過適當熱處理后，得到了較高的低溫沖擊韌性(_80。C下夏比沖擊功達到200J以上，IO(TC下夏比沖擊功達到150J以上)，大大超過EN10028—1標準中關于3.5Ni鋼低溫韌性的要求(一10(TC下的夏比沖擊功大于40J)，可替代3.5Ni鋼使用。實施例1-5表2是實施例1-5的化學成份表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據熱軋和熱處理工藝，實施例1-5軋制(成品鋼厚20mm)和熱處理工藝參數范圍如下板坯加熱溫度11501250。C;再結晶控制軋制溫度950畫。C，累計壓下率》50%;未再結晶控制軋制溫度870920°C，累計壓下率》2()Q^;兩相區(qū)控制軋制溫度800850°C，累計壓下率《10%;終止冷卻溫度《300°C;淬火溫度850950°C;回火溫度600660°C。各階段保溫時間根據板厚按照13.5min/mm計算得出。表3實施例1-5具體工藝參數表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如圖1所示，實施例通過上述工藝后的金相組織。對實施例l-5進行力學性能試驗，試樣尺寸為10X10X55mm，拉伸、沖擊為橫向。表4是實施例1-5的力學性能表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本發(fā)明鋼以微合金鋼經控制軋制后，調質處理的方法生產一種屈服強度達400MPa以上、抗拉強度500MPa以上、低溫沖擊韌性滿足—100。C要求的高強度低溫壓力容器鋼板的方法。權利要求1.一種低溫韌性1.5Ni鋼，其特征在于化學成分百分配比為C0.02～0.10wt％、Si0.22～0.30wt％、Mn1.00～1.50wt％、V≤0.08wt％、Ni1.20～1.60wt％、S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Nb≤0.03wt％、Ti≤0.04wt％、Al≤0.04wt％、N0.002～0.005wt％，且Ni+Mn＝2.40～3.00wt％，其余為Fe和不可避免的雜質。2.如權利要求l所述的低溫韌性1.5Ni鋼，其特征在于所述成分中Nb、V、Ti中至少有一種不為零。3.如權利要求1或2所述的低溫韌性1.5Ni鋼，其特征在于所述的成分中Nb+V+Ti《0.10wt%。4.一種低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其特征在于包含以下步驟-(1)按照如下配比冶煉并澆鑄成鑄坯C0.020.10wt%、Si0.220.30wt%、Mn1.001.50wt%、V《0.08wt%、Ni1.201.60wt%、S《0.005wt%、P《0.010wt%、Nb《0.03wt%、Ti《0.04wt%、A1《0.04wt%、N0.0020.005wt%，且Ni+Mn=2.403.00wt%，其余為Fe和不可避免的雜質；(2)鑄坯加熱，加熱溫度11501250°C;(3)控制軋制，再結晶區(qū)控軋軋制的終止溫度900°C1100°C;非再結晶區(qū)控軋軋制的開始溫度850°C950°C;兩相區(qū)軋制溫度800850°C;(4)冷卻，終止冷卻溫度《300'C;(5)熱處理，淬火溫度850。C95(TC，回火溫度550°C660°C。5.如權利要求4所述的低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中，加入的Nb、V、Ti中至少有一種重量百分比不為零。6.如權利要求4所述的低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中，加入的Nb+V+Ti《0.10wt%。7.如權利要求4所述的低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中，再結晶控制軋制的累計壓下率>50%;未再結晶控制軋制的累計壓下率》20%;兩相區(qū)控制軋制的累計壓下率《10%。8.如權利要求4所述的低溫韌性1.5Ni鋼的制造方法，其特征在于所述步驟中，各階段保溫時間根據板厚按照13.5min/mra計算得出。全文摘要本發(fā)明公開了一種低溫韌性1.5Ni鋼及其制造方法，其化學成分的重量百分配比為C0.02～0.10wt％，Si0.22～0.30wt％、Mn1.00～1.50wt％、V≤0.08wt％、Ni1.20～1.60wt％、S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Nb≤0.03wt％、Ti≤0.04wt％、Al≤0.04wt％，N0.002～0.005wt％，其余為Fe和不可避免的雜質。其制造方法包含如下步驟冶煉和澆鑄成鑄坯；鑄坯加熱，控制軋制，熱處理。本發(fā)明鋼以微合金鋼經控制軋制后，調質處理的方法生產一種屈服強度達400MPa以上、抗拉強度500MPa以上、低溫沖擊韌性滿足-100℃要求的高強度低溫壓力容器鋼板的方法。適用于制作低溫壓力容器，液化天然氣和液化石油氣儲罐、石油化工儲罐等容器。文檔編號B21B37/74GK101497961SQ200810033529公開日2009年8月5日申請日期2008年2月3日優(yōu)先權日2008年2月3日發(fā)明者唐文軍,張漢謙,楊才定申請人:寶山鋼鐵股份有限公司