[发明专利]基于C、Ni复合作用实现韧化的低温钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温钢及其制备方法，尤其是一种基于C、Ni复合作用实现韧化的低温钢及其制备方法。 

背景技术

天然气是一种高效的清洁能源，燃烧过程中产生的影响人类呼吸系统健康的物质极少，燃烧后无废渣、废水产生，二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的一半和五分之一左右，产生的二氧化硫的排放几乎为零。因此，随着环境保护意识的提高，天然气日益受到世界各国的关注。目前，我国的能源结构仍以煤炭为主，天然气将是今后几年在清洁能源发展中最具潜力的煤炭替代产品，利用好天然气是促进我国能源结构升级和应对环境挑战的一项战略性举措，因此近几年来我国天然气的消费量快速增加。国家发改委的数据显示，2012年全年国内天然气产量1077亿立方米，同比增长6.5%；天然气进口量425亿立方米，增长31.1%；表观消费量1471亿立方米，增长13.0%。我国已成为世界第六大产气国、第四大消费国。 

此前由于受技术水平的限制，天然气作为运输燃料始终难以与石油匹敌，而随着液化技术的进步，天然气的运输和储存已不再是瓶颈。近年来我国在沿海地区建设了大量的LNG码头和接收终端。 

目前，LNG储罐的制造用钢主要为9Ni钢（即：Ni含量达到9%），通过离线调质处理（淬火＋回火）、双正火处理（正火+正火+回火）或两相区处理（淬火+两相区淬火+回火）工艺生产，组织类型为板条贝氏体基体上分布少量的逆转变奥氏体，而逆转变奥氏体的含量和稳定性均对钢的低温韧性有着显著的影响，为得到高稳定性的逆转变奥氏体，需要添加奥氏体稳定化元素（9Ni钢中主要为Ni），而其他奥氏体稳定化元素，如C、N、Cu等则严格控制，含量较低或作为有害元素处理。高的Ni含量虽然能够保证钢具有优良的力学性能，但也给钢的制备及加工制造过程带来了困难，且Ni作为一种战略资源，储量相对较少，价格昂贵，因此Ni的大量使用导致9Ni钢的成本显著上升。 

另一方面，9Ni钢经上述热处理后虽然能够生成一定量的逆转变奥氏体，但完全奥氏体化后的淬火和正火处理使轧制过程中产生的大量形变位错消失，不利于获得更高的强度，而高温下长时回火同样也会导致钢的强度降低，使合金元素的强化作用无法充分发挥。同时，传统的热处理工艺流程较长，也使得生产成本上升。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在Ni含量较低的同时，仍具有高的强度及低温韧性的基于C、Ni复合作用实现韧化的低温钢；本发明还提供了上述基于C、Ni复合作用实现韧化的低温钢的制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其化学成分的质量百分含量为：C 0.04％～0.07％、Si 0.15％～0.25％、Mn 0.5％～0.8％、Ni 6.5～7.5%、P≤0.006%、S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。 

本发明力学性能指标为：屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥20%，-196℃横向冲击功180～250J。 

本发明力学性能指标为：屈服强度≥630MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率≥20%，-196℃横向冲击功≥100J。 

本发明中合金元素在钢中的主要作用在于： 

C：碳对钢的强度、韧性和焊接性能都有重要的影响，且碳具有强烈的稳定奥氏体的作用，因此通过适当提高C含量，并使其富集于逆转变奥氏体内来提高逆转变奥氏体的稳定性，进而获得高的低温韧性，同时C含量不超过0.1%，也保证了钢具有优良的焊接性能。

Mn：主要起固溶强化的作用，同时适当提高Mn/C和Mn/S有利于韧性的改善，因此本发明将Mn作为主要的合金元素之一。 

Si：硅溶于铁素体中能够产生一定的“排碳”作用，使C原子偏聚于奥氏体内，提高其稳定性。 

S、P：S和P是钢中的有害元素，故严格控制钢中P、S的含量，减少钢板产生裂纹的倾向。 

本发明制备方法包括冶炼、浇铸、轧制和热处理工序；所述钢种化学成分的质量百分含量为：C 0.04％～0.07％、Si 0.15％～0.25％、Mn 0.5％～0.8％、Ni 6.5～7.5%、P≤0.006%、S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。