[发明专利]具有超低温冲击韧性的高锰奥氏体钢及其热轧板制造方法

说明书

本发明公开了一种具有超低温冲击韧性的高锰奥氏体耐磨钢，按质量百分比计包含：C：0.15～0.42％，Si：0.15～0.60％，Mn：25～33％，P：≤0.045％，S：≤0.03％，Cr：2～5％，Ni：≤3％，Mo：≤0.5％，V：0.30～0.50％，Cu：≤0.5％，Al≤2％，其余为铁和不可避免的杂质，并且在Cr含量为2～5％范围内时，Mn和C的含量需满足Mn+35C＝37～40％。本发明还公开了该奥氏体耐磨钢的热轧板制备方法。本发明通过采用一定比例的高锰低碳的成分组合，能显著提高低温高锰钢的超低温冲击韧性，实现高锰钢的连铸热轧生产，降低生产成本，稳定产品质量的目的。

技术领域

本发明涉及耐磨钢，更具体地是指一种具有超低温冲击韧性的高锰奥氏体钢及其热轧板制造方法。

背景技术

天然气是一种优质能源，主要成分是甲烷，具有燃烧热值高、污染少的特点。近三十年以来，随着环境保护要求的不断提高，天然气日益受到人们的重视，广泛应用于发电、汽车燃料、居民生活和工业方面。将常压下气态天然气冷却至-162℃以下凝结形成的液体称为液化天然气(Liquined Natural Gas，简称为LNG)。与气态天然气相比，液化后的天然气只有原体积的1/625，非常便于储存与地面运输，并且单位重量的液化天然气地面运输费用仅是管道运输费用的1/6～1/7。除了利用热能以外，超低温的LNG在大气压力下转变为常温气态的过程中，可提供大量的冷能(气化潜热为121kcal/kg)，将这些冷能回收，还可以利用于其他低温用途。

由于液化天然气储运温度是在-162℃(天然气常压沸点)以下，这就要求用于储运液化天然气的材料在超低温下具有良好的冲击韧性、足够的抗脆性开裂和止裂能力。而在-162℃以下可供选用的符合低温下力学性能要求的材料很少。目前，在世界上建造LNG储运设施所使用的材料以9Ni钢为主，同时也在研发新型超低温材料。其中高锰奥氏体钢由于其价格、低热膨胀系数和低周疲劳性能的显著优势而备受关注。高锰奥氏体钢采用锰和碳稳定奥氏体相，在室温条件下获得单相奥氏体组织，一般不存在韧脆转变现象，具备超低温(-196℃)应用的先天优势。

国内专利89104759.X给出了一种铁-锰-铝-碳奥氏体无磁钢与低温钢，其成分组成的重量百分比配比为：C：0.25～0.33％，Si：≤0.7％，Mn：19～21％，P：≤0.04％；S：≤0.05％，Al：2.3～3.2，其余为铁和不可避免的杂质，主要采用电弧炉氧化法冶炼(或感应炉冶炼)、碱性液渣保护铸锭、钢锭加热温度为1200℃左右、在1150～800℃温度之间加工成型材，其固溶温度为1000℃±50℃。该钢种具有极低的磁导率与在-196℃及其以上温度的高韧性，可代替1Cr18Ni9Ti与9％Ni钢用于-196℃及其以上温度的低温设备的机械部件，如容器、阀门等，价格低、热处理工艺与焊接工艺简单。

国内专利201710359159.6给出了一种LNG储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法，钢的化学成分为wt％：C：0.45～0.67％，Si：0.02～0.48％，Mn：23.70～27.20％，P：≤0.051％；S：≤0.02％，Ni:≤2.20％，Cr:≤4.13％，Cu:≤1.10％，Mo:≤0.94％，V:≤0.21％，Al：≤4.64％，其余为铁和不可避免的杂质，该钢种为单相奥氏体组织，具有高强塑性，同时具有优异的-196℃超低温冲击韧性，可替代9％Ni钢，且成本远低于9％Ni钢。

US20060084305给出了一种高压氢气用的高锰奥氏体不锈钢，钢的化学成分为wt％：C：0.01～0.10％，Si：0.1～1％，Mn：6～20％，Ni:1～6％，Cr:10～20％，Cu:2～5％，N：0.01～0.40％，其余为铁和不可避免的杂质，该钢种为单相奥氏体组织，其Md30满足-120<Md30<20，其中Md30＝497-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20(Ni+Cu)-18.5Mo，具有低氢脆性，适用于低温氢环境。