一種超低溫環境用5.5Ni鋼板及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種超低溫環境用5.5Ni鋼板及其制造方法，屬于冶金領域，鋼板的元素成分wt％為C：0.02

【技術實現步驟摘要】
一種超低溫環境用5.5Ni鋼板及其制造方法


[0001]本專利技術屬于冶金領域，具體涉及一種超低溫環境用5.5Ni鋼板及其制造方法。

技術介紹

[0002]目前大型LNG儲罐廣泛使用9Ni鋼板，一種含有9％的Ni元素的鋼板，該鋼板具備較高的強度與極佳的低溫韌性，一般而言，常溫下，其屈服強度Rel≥560MPa，抗拉強度680
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820MPa，斷后延伸率≥18％；
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196℃條件下，9Ni鋼低溫沖擊吸收能量≥100J。眾所周知，我國貧Ni，新能源汽車等產業對Ni需求又極為旺盛，全球金屬Ni供應持續緊張，Ni價長期看漲，因此，9Ni鋼板面臨極大的成本壓力。ASTM A645
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2016(提出一種含有5.5％Ni鋼板(簡稱5.5Ni)，該鋼板較9Ni鋼板，其Ni含量顯著降低，且拉伸強度與9Ni鋼保持一致，但低溫韌性較常規9Ni鋼要求低，
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196℃條件下低溫沖擊吸收能量僅要求27J以上。
[0003]目前，關于5.5Ni鋼板的研制，還未見文獻報道。
[0004]有學者針對聚乙烯裝置等提出了低溫壓力容器用5Ni鋼板(“超低溫壓力容器用5Ni鋼板及其生產方法技術”，專利號CN201410600875.5)，其適用溫度區間
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45℃～
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120℃。另有學者提出了“一種低剩磁表面質量優異的船用5Ni鋼板的制造方法”(公開(公告)號：CN111440990A)，適用于
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130℃的低溫環境。<br/>[0005]還有學者提出“一種超低溫容器用7Ni鋼厚板的制造方法”(公開(公告)號：CN110129685B)，該鋼中還有7％的Ni元素，并添加少量Mo元素，替代9Ni鋼用于LNG儲罐等建造，實現材料的低成本化。公開/公告為CN105543694B的專利“一種液化天然氣儲罐用7Ni鋼板的制備方法”在合金元素方面除了C,Si,Mn,Ni四種元素外，僅添加了少量的Cr元素，合金成本低。公開/公告號：CN107937824A的專利“一種用于超低溫環境的節鎳型7Ni鋼及其熱處理工藝”合金元素采用Mn，Ni、Cr、Nb等合金元素，采用QLT工藝進行熱處理，節鎳型7Ni鋼具有優良強塑性組合和出色的低溫韌性，其性能已經達到9Ni鋼相當水平,可以作為超低溫環境中的結構鋼材，并實現了制造成本的降低,具有非常好的經濟適用性。
[0006]通過上述專利文獻可知，將9Ni鋼板中Ni含量降低至7％左右，形成7Ni鋼板，已經有了成熟的工藝，性能與9Ni鋼板相當；但進一步的，將Ni含量降低至5.5％左右，則適用溫度不低于
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130℃。參考標準ASTM A645，5.5Ni鋼板拉伸強度與9Ni鋼保持一致，但低溫韌性明顯低于9Ni鋼板，其
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196℃條件下低溫沖擊吸收能量僅要求27J以上，標準ASTM A645對于5.5Ni鋼的低溫韌性要求較低。
[0007]目前，基于ASTM A645標準，Ni含量5.5％左右，強度性能與9Ni鋼板相當，
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196℃低溫沖擊吸收能量≥100J以上的5.5Ni鋼板，還未見相關報道。

技術實現思路

[0008]本專利技術的目的是要基于ASTM A645標準，生產一種強度與9Ni鋼板相當，
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196℃低溫沖擊吸收能量≥100J以上的5.5Ni鋼板。
[0009]本專利技術提出了一種超低溫環境用5.5Ni鋼板及其制造方法，主要成分如表1所示，
力學性能如表2所示：
[0010]表1鋼板熔煉分析(wt％)，余量為Fe
[0011][0012]表2鋼板拉伸性能及沖擊韌性
[0013][0014]以下對本專利技術中所含組分的作用及用量選擇作具體說明：
[0015]C：是鋼中最重要的強化元素，也是對韌性影響最大的元素，尤其是低溫韌性。對于5.5Ni鋼板，考慮到Ni含量明顯低于9Ni中Ni含量，所有C含量較常規9Ni鋼中C含量低。基于此，本專利技術控制碳含量為0.02
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0.05％。
[0016]Si：是鋼中的弱脫氧元素，價格低廉。Si在鋼中以固溶強化形式提高鋼的強度；Si含量低于0.10％時，脫氧效果較差；Si含量較高時會造成韌性及焊接性能下降。本專利技術Si含量控制為0.15
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0.30％。
[0017]Mn：起固溶強化作用及脫氧作用，但脫氧能力較弱。與9Ni鋼相比較，由于C含量及Ni含量較低，因此，設計較高的Mn含量以提高鋼板的強度。本專利技術Mn含量控制為1.30
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1.50％。
[0018]Ni：是可以顯著改善低溫韌性的有益元素，尤其對超低溫環境下鋼板的沖擊韌性和韌脆轉變過程具有顯著的影響，但Ni含量過高將大幅度增加鋼板制造成本。因此，本專利技術將其含量控制在5.20
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5.80％。
[0019]Cr+Mo：Cr與Mo元素均為增加淬透性元素，對于低C、低Ni的5.5Ni鋼板，由于其C含量較低，常規冷卻工藝很難淬透至心部，因此，額外添加Cr與Mo元素，固溶于奧氏體中的Cr、Mo元素能有效的提高鋼板淬透性，彌補C含量的不足，這也是本申請重要的創新點之一。本專利技術將其含量控制在0.40
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0.60％。
[0020]Al：主要是起脫氧作用、細化晶粒。因為一定溫度下鋼水中碳含量與氧含量的乘積基本恒定，5.5Ni鋼中C含量極低，則鋼水中的氧處于較高的水平，[Al]與鋼水中[O]接合形成的(Al2O3)進入熔渣，實現脫氧的目的；但如果Al含量過高，易導致部分脫氧產物Al2O3留在鋼中形成夾雜物。因此，本專利技術控制其含量[Al]在0.020
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0.030。
[0021]H：是鋼中危害最大的元素之一。H原子體積小，在鋼中擴散容易；兩個H原子在鋼中形成H2分子，H2分子聚集在一起產生較大的壓力，在鋼板內部薄弱環節形成微裂紋，宏觀表現為白點，導致鋼板脆化，給鋼板的使用留下安全隱患。因此，本專利技術控制其熔煉狀態下含量不高于0.8ppm。
[0022]P：為鋼中的有害雜質元素，磷與鐵結合形成磷化鐵，易在晶界形成偏析，弱化晶界，產生冷脆。本專利技術控制[P]含量≤0.005％。
[0023]S：為鋼中的有害雜質元素，易形成偏析、夾雜等缺陷。在板坯凝固過程中，Mn易與S在板坯中心產生偏析形成片層狀MnS夾雜，減少低熔點的FeS在奧氏體晶界形成，但MnS夾雜
易導致鋼板心部沖擊韌性不穩定，在精煉后期，通過Ca處理技術使夾雜物形態球化和均勻分布，降低鋼水粘度，促進夾雜物上浮。本專利技術控制S：≤0.002％。
[0024]本專利技術的另一目的是提供上述5.5Ni鋼板的制造方法，主要包括冶煉、澆鑄、軋制和熱處理。
[0025]步驟一、冶煉和鑄造：按元素成分冶煉鋼水，將鋼水澆鑄成鑄坯，澆鑄過熱度為液相線溫度以上20
±
5℃，既保證中間包、結晶器內鋼水流動性，又防本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種超低溫環境用5.5Ni鋼板，其特征在于：所述鋼板的元素成分wt％為C：0.02
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0.05,Si：0.15
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0.30,Mn：1.30
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1.50,P：≤0.005,S：≤0.002,Ni：5.20
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5.80,Cr+Mo：0.40
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0.60,Al：0.020
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0.030，N：≤0.0060，余量為Fe以及不可避免的殘余元素。2.根據權利要求1所述的超低溫環境用5.5Ni鋼板，其特征在于：所述鋼板組織為高密度位錯的回火索氏體組織+逆變奧氏體組織。3.根據權利要求1所述的超低溫環境用5.5Ni鋼板，其特征在于：所述鋼板組織的晶粒度為8級以上。4.根據權利要求1所述的超低溫環境用5.5Ni鋼板，其特征在于：鋼板橫向與縱向試樣抗拉強度Rm：700
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830MPa，屈服強度Rel≥590MPa，延伸率A≥21％；試樣在D＝3a，b＝2a條件下進行常溫彎曲試樣，彎曲角度180
°
，無裂紋；且
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196℃溫度下，沖擊試樣的沖擊吸收能量KV2≥100。5.根據權利要求1所述的超低溫環境用5.5Ni鋼板，其特征在于：所述鋼板的厚度為5
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30mm。6.一種制造權利要求1所述超低溫環境用5.5Ni鋼板的方法，其特征在于：包括步驟一、冶煉和鑄造：按元素成分冶煉鋼水，將鋼水澆鑄成鑄坯，澆鑄過熱度為液相線溫度以上20
±
5℃，得到具有C0.5級以下中心偏析和0.5級一下疏松的150mm厚度以上規格的板坯，連鑄坯吊入具備加熱功...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐偉，白云，苗丕峰，葉建軍，張建，于雄，蔣瑩，袁伽利，徐君，戚曉光，
申請(專利權)人：江陰興澄特種鋼鐵有限公司，
類型：發明
國別省市：