[发明专利]一种超低碳低温用钢及其热处理工艺

说明书

本发明提供一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，由以下质量百分比的元素组成C：0.005‑0.01%；Ni：1.0‑4.5%；Mn：6.0‑12.0%；Al：1.0‑3.0%；Cu：0.5‑3.0%；P：≤0.005%；S：≤0.003%；N：0.005‑0.008%；O：0.0005‑0.002%；余量为Fe。本发明还进一步提供一种超低碳低温用钢的热处理工艺。本发明提供的一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，采用利用残余奥氏体的TRIP效应和纳米析出相的析出强化，制备获得高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢，具有良好的强度和优异的塑性，并且具有良好的焊接性，成本较低，热处理工艺简易。

技术领域

本发明属于低温用钢的技术领域，涉及一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，具体涉及一种超低碳节镍纳米析出强化低温钢及其高强韧配分-再回火的热处理工艺。

背景技术

在全球液化天然气(LNG)，液化石油气(LPG)和液化乙烯气(LEG)等能源生产贸易日渐活跃的情况下，作为存储、运输材料的镍系低温钢逐步发展成为最具实用性的低温结构材料。虽然富Ni铁素体型低温钢低温韧性很好，其中9Ni钢甚至能在深冷状态下使用，但由于Ni元素成本较高，资源稀缺，发展低镍型低温用钢成为一个不可忽视的问题。但是，众所周知，良好的低温缺口韧性也是低温钢最重要的技术要求，而Ni元素对低温钢的低温韧性影响很大，含量越高影响越大。因此，如何提高低镍系低温用钢的强塑性是非常重要的。

为了得到良好塑性的低温用钢，需能保证引入较多的残余奥氏体，产生相变诱发塑性(TRIP)效应。一般淬火-再分配(QP)工艺是通过奥氏体稳定元素如C在马氏体与逆变后的奥氏体之间进行配分，使残余奥氏体能在后续的淬火过程中稳定下来，因此一般碳含量都要在0.3-0.5wt％。但碳含量高时钢淬透性会增加会引起焊接时热影响区增大发生焊接开裂，降低焊接性能。所以，在超低碳低镍系低温钢中，利用添加Mn元素代替Ni、C元素进行配分过程，同时也能起到降低成本的作用。

为保证超低碳低镍系低温钢具有优异的强度，所开发钢种的显微组织除马氏体基体和具有一定机械稳定性的奥氏体外，需引入析出相产生析出强化；而为了使析出强化不破坏低温钢的塑性，则析出相尺寸需为纳米级别。由于碳含量很少，因此可利用添加Al、Cu等元素与Ni元素形成纳米析出相如Ni₃Al等从而得到析出强化的效果。因此，通过上述组织需求进行超低碳低镍系低温钢合金成分设计，同时提出超低碳锰配分-再回火热处理工艺，制备高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超低碳低温用钢及其热处理工艺，通过对超低碳低镍系低温钢的成分进行合理设计，利用Mn元素在两相区温度内配分作用，以及在低温回火过程中引入纳米析出相如NiAl₃等，制备出一种高强塑积超低碳节镍纳米析出强化低温钢，从而解决现有超低碳低镍系低温钢强度较低，塑性差，强韧性整体偏低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：

C(碳)：0.005-0.01％；Ni(镍)：1.0-4.5％；Mn(锰)：6.0-12.0％；Al(铝)：1.0-3.0％；Cu(铜)：0.5-3.0％；P(磷)：≤0.005％；S(硫)：≤0.003％；N(氮)：0.005-0.008％；O(氧)：0.0005-0.002％；余量为Fe(铁)。

优选地，所述一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：

C：0.008-0.01％；Ni：1.0-3.0％；Mn：6.0-10.0％；Al：1.0-2.0％；Cu：1.5-2.5％；P：≤0.005％；S：≤0.003％；N：0.005-0.008％；O：0.0005-0.002％；余量为Fe。

更优选地，所述一种超低碳低温用钢，由以下质量百分比的元素组成：