一种极低屈强比超高强韧低镍钢板及其制造方法与流程

本发明涉及金属材料制造领域，特别涉及一种极低屈强比超高强韧低镍钢板及其制造方法。

背景技术：

1、在应对气候变化、保护生态环境等多重问题日益受到重视之下，二氧化碳捕集利用和封存技术已成为各界关注的焦点，二氧化碳的捕捉、利用与封存也成为了全球探索未来减碳路径的重要方式，而液化二氧化碳运输船是其中的关键基础设施。为满足液化二氧化碳运输船的设计要求，液化二氧化碳运输船用超高强低温钢技术要求十分严苛，目前国际上外尚无实践范例。

2、船厂在设计液质运输船时考虑到建造液货仓的罐体需要安全服役，并在海洋工况下作业情况，提出钢板屈强比要求。因此，从工程应用安全角度出发，为满足建造要求，

3、现有技术中，中国专利cn111621708公开了一种冲击韧性高于lpg船储罐用p690ql2的钢板及其生产方法，该方法是通过添加ni、cr和mo等合金元素，保证钢板的强度和低温韧性，通过水冷模浇铸大于700mm的钢锭切割小坯，两阶段控轧控冷和调质处理，可以得到韧性高于p690ql2钢的船用钢板，组织为回火贝氏体+回火索氏体。尽管如此，虽有实施例1～4达到了p690ql2钢板低温韧性的要求，但是由于模铸冶金工艺在实际生产中已经基本淘汰了，且模铸冶金工艺具有冶金工艺繁琐、成材率低等缺点，实际生产中取代的则是连铸冶金工艺。同时模铸的钢坯质量相对连铸不能保证。

4、中国专利cn 115786820公开了一种船用储罐p690ql2钢板及制造方法，钢板成品屈服强度为768～779mpa，抗拉强度为826～836mpa，屈强比为0.92～0.94，达不到工程使用安全性和实际供货要求，限制了其在工业化生产中的整体应用情况。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种极低屈强比超高强韧低镍钢板，满足低温环境工程应用高强度和屈强比的技术要求。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种极低屈强比超高强韧低镍钢板，化学成分按重量百分比计为：c：0.06％～0.12％，si：0.04％～0.1％，mn：1.0％～1.5％，ni：1.5％～2.5％，cr：0.3％～0.5％，mo：0.4％～0.6％，v：0.03％～0.06％，ti：0.010％～0.015，s≤0.002％，p≤0.005％，als：0.03％～0.06％，余量为fe和不可避免杂质元素。

4、一种极低屈强比超高强韧低镍钢板，其屈服强度＞730mpa，抗拉强度＞820mpa，延伸率≥17％，-60℃v型冲击功≥170j，屈强比＜0.90。

5、化学成分作用：

6、(1)碳：c本发明中碳作为间隙固溶的强化元素来提高该种低温钢的强度及硬度。在钢中c的极限溶解度随cr含量升高而降低，过高的c含量反而会使钢的韧性降低，因此本发明选择加入c含量为0.06％～0.12％。

7、(2)硅：si既可以提高钢的屈服强度，又具有强脱氧力。si是强烈的铁素体形成元素，能够有效抑制渗碳体的析出，防止c的扩散从而延缓了马氏体组织的分解及碳化物聚集长大的速度，使钢在回火时硬度下降较慢，显著提高钢的回火稳定性及强度，但si含量过高会降低钢的焊接性能，所以本发明进将其含量控制在0.04～0.1％。

8、(3)锰：mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中加入一定量的锰会消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性。但是当钢中加入过多的mn元素，会使其晶粒粗化，会增加碳当量进而影响钢的焊接性能，并会产生回火脆性。因此本发明选择加入mn含量为1.0％～1.5％。

9、(4)镍：ni是能使钢获得优异的强度和低温韧性有效元素，ni属于无限扩大奥氏体区的元素之一，因此，含镍钢经过调质处理后，可以获得完全细化的回火索氏体组织，钢的强韧性匹配良好，但是，镍属于稀缺资源，价格昂贵，将ni含量控制在1.5～2.5％。

10、(5)硫：s在钢中易形成fes和mns夹杂，产生热脆现象，显著降低钢的韧性，因此，应尽量降低钢中的硫含量。

11、(6)磷：p在钢中常偏聚于晶界，破坏基体的连续性，显著降低钢的韧性，使焊接性能变坏，易产生冷脆，因此，应尽量降低钢中的p含量。

12、(7)钼：mo在钢中能钢中提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。也可增加钢的抗回火性，使钢板可以在较高温度下回火，有效的降低了残余应力，提高塑韧性。但mo含量过高反而会导致钢的脆化，因此本发明将mo含量范围设定在0.4～0.6％。

13、(8)铬：cr是强碳化物形成元素，它与钢中的c生成稳定的碳化物，起到常温及高温强度作用，为了该钢种具有足有的强度，因此本发明将cr含量范围设定在0.3～0.5％。

14、(9)铝：铝主要是起细化晶粒和脱氧作用。al与n接合形成的aln可以有效地细化晶粒，al也可抑制钢的时效，提高钢的低温韧性。本发明中由于加入的al，形成ni3al金属间化合物，这种化合物在回火过程中钉扎在晶界处，阻碍位错的滑移，保证材料在受到极大的外力作用时依然不发生断裂，即提升材料的抵抗断裂的能力(材料的抗拉强度提高)。

15、但含量过高会损害钢的韧性，并且铸坯和钢板容易产生裂纹。因此，本发明控制其含量(als)在0.03～0.06％。

16、(10)钒、钛：v和ti主要是起细晶强化作用。在热加工过程中抑制奥氏体变形和再结晶并阻止其晶粒的长，并通过他们的碳氮化物的应变诱导析出对钢进行沉淀强化。因此，本发明控制v含量在0.03～0.06％、ti含量在0.010～0.015％。

17、一种极低屈强比超高强韧低镍钢板制造方法，制造工艺步骤为：冶炼、连铸、铸坯缓冷、铸坯表面处理、加热、轧制、淬火+二次淬火、回火；具体包括：

18、1)加热工艺：将铸坯送入加热炉，平均加热速率9～10min/cm，加热至1150～1250℃，保温时间不低于1小时；

19、2)轧制工艺：轧钢前用高压水除净氧化铁皮，板坯采用粗轧+精轧两阶段控制轧制，粗轧开轧温度1100±20℃，粗轧的后三道次的单道压下率≥20％，精轧开轧温度900±20℃，终轧温度850±20℃；

20、3)淬火+二次淬火热处理工艺：轧制后钢板进行淬火+二次淬火处理，淬火温度890±15℃，保温时间为2～5min/mm，二次淬火温度700±50℃，保温时间为3～6min/mm，随后水冷至室温。

21、4)回火热处理工艺：淬火后钢板回火温度600±10℃，保温时间4～7min/mm，回火后空冷。

22、所述的冶炼工艺包括转炉+lf+rh精炼，其中lf炉造还原渣脱硫，调整成分，然后钢液在rh真空炉内脱气，保证rh炉的保压时间为15～20min，保证[h]≤1.5ppm，[o]≤15ppm。

23、所述的连铸工艺中全程保护浇注，中包目标过热度≤30℃，保证铸坯中心偏析不高于c0.5级；铸坯断面尺寸250～300mm。

24、所述的铸坯缓冷工艺中铸坯堆垛缓冷，缓冷时间≥50小时。

25、所述的铸坯表面处理工艺中铸坯表面采用抛丸或修磨清理。

26、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

27、(1)本发明化学成分组合合理，可焊接，满足承压设备的加工及使用要求。采用ni、cr、mo、v和ti共同作用配以微量合金元素控制第二相粒子析出相形态和数量，提高其强度及低温韧性。另外，al在钢中和其他元素化合形成细小弥散分布的难熔化合物，例如与n接合形成的aln、ni3al金属间化合物，主要作用是这种难熔化合物会阻碍位错运动，并且钢板压缩比增加后，钢板轧态晶粒破碎程度大，钢板晶粒度增加，晶界面积增大，晶界处位错密度降低，由于晶界处位错密度降低，在材料受力时位错容易发生运动，因此需要引入难熔化合物来阻碍位错的滑移、攀移运动，因此来保证材料抵抗外力的作用，即提高钢板的抗拉强度；该钢板屈强比极低，且ni含量较低。

28、(2)本发明钢板成品厚度为10～80mm，其屈服强度＞730mpa，抗拉强度＞820mpa，延伸率≥17％，-60℃v型冲击功≥170j，屈强比＜0.90。

29、(3)热处理工艺为淬火+二次淬火+回火，目的是为了钢板在而二次淬火中产生双相组织，且元素在二次淬火过程发生偏聚，形成软相奥氏体组织，随后回火过程中保留，产生较低的屈强比；在ac1-(10～50℃)进行回火处理，保证钢板中合金元素有效析出，提升回火索氏体组织中铁素体含量，提升钢板的韧性；轧后热处理采用淬火+二次淬火+回火工艺可以在保证强度的前提下显著降低钢板的屈强比。