[发明专利]一种超低温压力容器用高镍钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高合金钢制造领域，尤其涉及一种适合于液化天然气（LNG）储罐的超低温压力容器用高镍钢及其制造方法。

背景技术

随着全世界范围内对天然气使用量的日益扩大，对建造液化天然气（LNG）储罐用9%Ni钢的需求量也在迅速增加。9%Ni钢由于其Ni含量达到9%而使其成本居高不下，其产品很难推入市场，关于7%Ni钢的报道目前仅见日本2010年出版的《焊接学会论文集》第28卷第1号中“Development of 7%Ni-TMCP Steel Plate for LNG Storage tanks”。其化学成分按重量百分比计为：C：0.05%，Si：0.05%，Mn：0.80%，Ni：7.10%，Cr：0.41%，Mo：0.04%。文中，作者并未给出7%Ni钢的成分范围，而只是就其冶炼的一炉7%Ni试验钢说明了其制造工艺及其与9%Ni钢的性能对比情况。作者提出，7%Ni钢控制轧制的终轧温度需要严格控制在Ar3附近，即650℃左右，而这增加了轧机的负荷，提高了轧制的难度，并且，作者未给出具体的控轧工艺，且从改善钢的强度和韧性方面考虑，其Mn、Mo含量偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于替代9%Ni钢的超低温压力容器用高镍钢及其制造方法。采用7%Ni钢的成分范围，适当提高了Mn和Mo的含量，并加入少量的Ti，结合具体的控轧工艺，生产出满足液化天然气（LNG）储罐用钢。

本发明所涉及的超低温压力容器用高镍钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.01~0.08%，Si：≤0.05%，Mn：0.90~1.20%，Ni：7.00~7.50%，Mo：0.05~0.10%，Cr：0.30~0.60%，Ti：0.01~0.03%，S：≤0.005%，P：≤0.008%，余量为Fe和杂质；

这种超低温压力容器用高镍钢的成分设计方案为：

（1）碳：碳是提高钢强度最有效的化学元素，但同时，碳会大幅降低钢的韧性，破坏钢的焊接性能，综合考察，碳含量控制在0.08%以内对于超低温压力容器用高镍钢是合适的；

（2）硅：硅对钢的韧性和焊接性能不利，其含量对于超低温压力容器用高镍钢来说应尽量降低并保证其在0.05%以下；

（3）锰：锰能提高钢的强度和韧性，但是锰含量过高时，会促进晶粒长大，产生回火脆性，锰含量应控制在0.90~1.20%；

（4）镍：镍能提高钢的强度，又能使钢获得优异的低温韧性，镍属于无限扩大奥氏体区的元素之一，因此，高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，实验证实，镍含量控制在7.00~7.50%，再辅以适量的钼、铬、钛，钢的综合性能可以实现等同于9%Ni钢；

（5）钼：钼能使钢的晶粒细化，显著提高钢的淬透性，抑制钢的回火脆性，从而提高钢的强度，改善钢的韧性，因此，其含量应控制在0.05~0.10%以内；

（6）铬：铬能提高钢的淬透性，从而提高钢的强度，但是，铬属于缩小奥氏体区的元素之一，且铬显著提高钢的脆性转变温度，因此，铬含量应控制在0.30~0.60%；

（7）钛：钛是钢中的强脱氧剂，能有效降低钢中的氧含量，从而改善钢的韧性，并使钢的内部组织致密，细化晶粒，少量的钛含量可降低钢的时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能；

（8）硫：硫在钢中易形成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；

（9）磷：磷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，应尽量降低钢中的磷含量。

本发明超低温压力容器用高镍钢的制造方法为：

（1）转炉+精炼（LF+VD）：转炉冶炼过程做到碳温协调，LF精炼过程精确控制成分，VD精炼过程保证钢中气体含量，保压时间不大于30分钟，要求[H]≤2ppm；

（2）铸坯加热：总加热时间不得超过4小时，加热速度按加热时间计算；

（3）轧制：采用两阶段控制轧制，一阶段开轧温度≥1050℃，二阶段开轧温度≥850℃，终轧温度750±20℃轧后空冷。

对于第一阶段高于1050℃的再结晶区轧制，是为了确保奥氏体有足够的延伸，充分发挥控制轧制的强化作用；对于高于850℃的未再结晶区轧制，是为了增大铁素体的有效形核面积，细化铁素体晶粒；终轧温度控制在750℃左右既可以避免轧后空冷过程中的晶粒长大，又可以减轻轧机的负荷；