一種液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金鋼制造領(lǐng)域，特別涉及一種液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)之一。大量的能源消耗給環(huán)境帶來(lái)了很大的壓力。因此天然氣作為一種可以替代煤和石油的清潔、高效能源，越來(lái)越受到人們的重視。近十年來(lái)我國(guó)天然氣消費(fèi)量始終保持穩(wěn)定而快速的增長(zhǎng)。由于天然氣產(chǎn)地和主要消費(fèi)區(qū)距離較遠(yuǎn)，為了方便海上運(yùn)輸和儲(chǔ)存，一般將天然氣采用先進(jìn)的制冷工藝技術(shù)，在常壓_162°C的低溫條件下使其液化成液化天然氣(LNG)，可使其體積縮小約625倍。由于LNG的可燃性和超低溫性，對(duì)LNG儲(chǔ)罐的性能要求很高。為了保證儲(chǔ)罐具有較高的安全性，對(duì)處于超低溫環(huán)境下使用的內(nèi)膽結(jié)構(gòu)材料的低溫性能要求極高。目前，LNG儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備的內(nèi)膽結(jié)構(gòu)材料國(guó)際上普遍選用9Ni鋼。
[0003]體心立方結(jié)構(gòu)的鋼鐵材料韌性隨著溫度的降低而迅速降低。對(duì)于在低溫下使用的鋼板需要其韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于服役溫度，以確保安全。降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度通常有兩種途徑，一種是細(xì)化原奧氏體晶粒，另一種是引入奧氏體相。9M鋼采用要獲得優(yōu)異的低溫韌性，需要合適的淬火及回火工藝；其中淬火工藝可以細(xì)化原奧氏體晶粒，而合理的回火溫度這可以獲得少量穩(wěn)定的逆轉(zhuǎn)奧氏體。這種穩(wěn)定的逆轉(zhuǎn)奧氏體是9M鋼具有良好低溫韌性的關(guān)鍵因素。中國(guó)專利CN 101215668A中記載了一種低碳9Ni鋼厚板的制造方法，采用淬火+回火工藝生產(chǎn)的9Ni鋼中含有7%?12%的逆轉(zhuǎn)奧氏體，-196°C的沖擊功為218J。.是9Ni鋼中最昂貴的合金元素，而且我國(guó)Ni資源儲(chǔ)量少，市場(chǎng)上Ni價(jià)格較高且波動(dòng)較大，使得9Ni鋼生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低下。為此，有必要研究開發(fā)Ni含量較低的鋼以降低生產(chǎn)成本。
[0004]目前已有少量關(guān)于7Ni鋼板的專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310494688.9的專利“一種可用于-196°C的低Ni高M(jìn)n經(jīng)濟(jì)型低溫鋼及其制造方法”，所涉及鋼的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%?1.50%，Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.00%?8.00%，采用兩次淬火加回火工藝，得到的Ni鋼在-196°C韌性優(yōu)異;專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310285597.4的專利“一種超低溫壓力容器用高鎳鋼及其制造方法”，所涉及鋼Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.00%?7.50%，采用兩次淬火+回火工藝得到的7Ni鋼板可以用來(lái)替代9Ni鋼用于制造LNG儲(chǔ)罐。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410369201.9的專利“低成本超低溫鎳鋼及其制造方法”，采用正火+淬火+回火工藝，得到_196°C韌性優(yōu)異的Ni鋼?，F(xiàn)有的專利大都采用兩次淬火+回火或正火+淬火+回火的熱處理工藝，生產(chǎn)工序復(fù)雜。本專利采用UFC+TMCP工藝，乳后直接將鋼板快速冷卻馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下替代離線淬火工藝，簡(jiǎn)化了熱處理工序，通過在兩相區(qū)的熱處理可以得到較多的逆轉(zhuǎn)奧氏體，提高7Ni鋼板的低溫韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板的制備方法，本發(fā)明Ni系低溫鋼Ni含量為7%左右，采用終乳后在線淬火加回火工藝或空冷到兩相區(qū)保溫淬火加回火工藝，縮短熱處理工藝流程，降低成本，并通過控制乳制工藝來(lái)細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，顯著提高本發(fā)明Ni系低溫鋼的低溫韌性和其他力學(xué)性能。
[0006]—種液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟I，熔煉:
[0008]按液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板配比，采用真空感應(yīng)爐熔煉，澆注成鑄錠，其中，液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的成分質(zhì)量百分比為C: 0.04?0.07%，S1:0.05?0.10%，Mn:0.60?0.90%，S< 0.005% ,P< 0.008%，N1:6.8?7.3%，Cr:0.30?0.70%，Alt0.02?0.05%々量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0009]步驟2，熱乳:
[0010](I)將液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板鑄錠，在1150?1200°C保溫I?2h后，開坯成厚度為10mm的鑄坯，將鑄坯在1150?1200°C保溫I?2h;
[0011](2)粗乳:在奧氏體再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次2 3次，每道次壓下率2 10%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度1120?1160°(3，終乳溫度1020?1050°(3;
[0012](3)精乳:在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次2 3次，每道次壓下率2 15%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度< 860°C，終乳溫度為820?850°C，得到熱乳板；
[0013]步驟3，在線熱處理的方式為方法I或方法11:
[0014]方法1:
[0015](a)將熱乳板，采用超快冷(UFC)，以2 20°C/s的冷卻速度，快速冷卻至20?300°C;
[0016](b)將熱乳板，在略高于Acl的兩相區(qū)溫度600?640°C，保溫40?90min;
[0017](c)將熱乳板，水冷或空冷至室溫，得到液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板；
[0018]方法I1:
[0019](a)將熱乳板，空冷至660?700°C，轉(zhuǎn)移至爐內(nèi)，在660?700°C保溫20?30min，淬火至20?300°C;
[0020](b)將熱乳板，在560?600°C回火40?90min;
[0021](c)將熱乳板，水冷或空冷至室溫，得到液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板。
[0022]其中:
[0023]步驟2(1)中、步驟3方法1(b)、步驟3方法11(a)和步驟3方法11(b)中所使用的爐子均為加熱爐；
[0024]步驟2兩階段熱乳，鋼板總壓縮比，即鑄錠厚度/熱乳板厚度25.00;
[0025]步驟3方法I得到的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板，微觀組織為回火馬氏體加3%?5%逆轉(zhuǎn)奧氏體；
[0026]步驟3方法II得到的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板，微觀組織為回火馬氏體加少量鐵素體和逆轉(zhuǎn)奧氏體，逆轉(zhuǎn)奧氏體的體積分?jǐn)?shù)為5?9%。
[0027]上述的液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板的制備方法，當(dāng)步驟3采用方法I時(shí)，制備出的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板屈服強(qiáng)度為563?605MPa，抗拉強(qiáng)度為638?660MPa，-196°C沖擊功為137?159J;
[0028]上述的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，當(dāng)步驟3采用方法II時(shí)，制備出的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板屈服強(qiáng)度為576?606MPa，抗拉強(qiáng)度為696?722MPa，-196°C沖擊功為181?209J。
[0029]本發(fā)明的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為:
[0030](I)成分中除了C、S1、Mn、Ni四種添加元素外，僅添加了少量的Cr元素，利于冶煉過程中成分的穩(wěn)定控制，降低合金成本；
[0031](2)采用TMCP技術(shù)，合理設(shè)計(jì)熱乳工藝，細(xì)化組織，提高鋼的低溫韌性和強(qiáng)度；
[0032](3)終乳后在線淬火加回火或空冷到兩相區(qū)保溫淬火加回火，熱處理時(shí)間短，生產(chǎn)節(jié)奏緊湊。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1本發(fā)明實(shí)例I制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖；
[0034]圖2本發(fā)明實(shí)例2制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖；
[0035]圖3本發(fā)明實(shí)例3制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖；
[0036]圖4本發(fā)明實(shí)例4制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖；
[0037]圖5本發(fā)明實(shí)例5制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖；
[0038]圖6本發(fā)明實(shí)例6制備的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的顯微組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下實(shí)施例中獲得的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板，采用4%硝酸酒精溶液腐蝕來(lái)觀察顯微組織。
[0040]實(shí)施例1
[0041 ]液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，包括如下步驟:
[0042]步驟I，熔煉:
[0043]按液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板配比，采用50Kg真空感應(yīng)爐熔煉，澆注成鑄坯，其中，液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的成分質(zhì)量百分比為C:0.062%，S1:0.10% ,Mn:0.79% ,S:
0.003% ,P:0.006% ,Ni:6.93% ,Cr:0.40% ,Al:0.035%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)
[0044]步驟2，熱乳:
[0045](I)將液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板鑄錠，在1200°C保溫Ih后，開坯成厚度為10mm的鑄坯，將鑄坯在1200°C保溫Ih;
[0046](2)粗乳:在奧氏體再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次為4次，每道次壓下率2 10%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度1160°(3，終乳溫度1050°(3;
[0047](3)精乳:在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次為3次，每道次壓下率2 15%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度850°C，終乳溫度為820°C，得到厚度為15mm的熱乳板；
[0048]熱乳過程，由液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板鑄錠到熱乳板，具體壓下規(guī)程為100-80-62-47-35-26-19-15，單位為 mm;
[0049]步驟3，在線熱處理:
[0050](a)將熱乳板，以30°C/s的冷卻速度，淬火至170°C ；
[0051 ] (b)將熱乳板，于加熱爐內(nèi)在620°C保溫60min ；
[0052](c)將熱乳板，水冷或空冷至室溫，得到液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板。
[0053]本實(shí)施例制得的液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板，微觀金相組織為回火馬氏體加逆轉(zhuǎn)奧氏體，如圖1所示;經(jīng)檢驗(yàn)，液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的屈服強(qiáng)度為587MPa，抗拉強(qiáng)度為65010^，-196°(3沖擊功為159了。
[0054]實(shí)施例2
[0055]液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，包括如下步驟:
[0056]步驟I，熔煉:
[0057]按液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板配比，采用50Kg真空感應(yīng)爐熔煉，澆注成鑄坯，其中，液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的成分質(zhì)量百分比為C 0.043% ,Si 0.07% ,Mn 0.87% ,S
0.004% ,P 0.006% ,Ni 7.26% ,Cr 0.53% ,Al 0.023%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)
[0058]步驟2，熱乳:
[0059](I)將液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板鑄錠，在1170°C保溫2h后，開坯成厚度為10mm的鑄坯，將鑄坯在1160°C保溫2h;
[0060](2)粗乳:在奧氏體再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次為4次，每道次壓下率2 10%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度1140°(3，終乳溫度1030°(3;
[0061](3)精乳:在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，進(jìn)行乳制，總道次為3次，每道次壓下率2 15%，累計(jì)壓下率2 50%，開乳溫度860°C，終乳溫度為850°C，得到厚度為15mm的熱乳板；
[0062]熱乳過程，由液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板鑄錠到熱乳板，具體壓下規(guī)程為100-80-62-47-35-26-19-15，單位為 mm;
[0063]步驟3，在線熱處理:
[0064](a)將熱乳板，以20°C/s的冷卻速度，淬火至290°C ；
[0065](b)將熱乳板，于加熱爐內(nèi)在600°C保溫90min ；
[0066](c)將熱乳板，水冷或空冷至室溫，得到液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板。
[0067]本實(shí)施例制得的液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板，微觀金相組織為回火馬氏體加逆轉(zhuǎn)奧氏體，如圖2所示;經(jīng)檢驗(yàn)，液化天然氣儲(chǔ)罐用7M鋼板的屈服強(qiáng)度為605MPa，抗拉強(qiáng)度為66010^，-196°(3沖擊功為146了。
[0068]實(shí)施例3
[0069]液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板的制備方法，包括如下步驟:
[0070]步驟I，熔煉:
[0071]按液化天然氣儲(chǔ)罐用7Ni鋼板配比，采用50Kg真空感應(yīng)爐熔煉，澆注成鑄坯，其中，液化天然氣儲(chǔ)罐用7N