液化石油氣運輸船用鋼及製造方法與流程

2023-06-28 14:34:16 1

本發明屬於高合金結構鋼製造領域，具體涉及一種液化石油氣運輸船用鋼及製造方法。

背景技術：

液化石油氣運輸船儲罐用鋼多用ni進行合金化，通過採用適宜的製造工藝獲得理想的綜合力學性能，保證液化石油氣儲罐的安全和使用性能。9ni、5ni鋼雖具有良好的綜合性能，但昂貴合金元素ni含量較高，生產成本高。

中國發明專利申請(申請號201610857699.2、申請日2016.9.27)公開了一種提高1ni9低溫鋼衝擊韌性的方法，具體為將淬火和兩相區淬火後的1ni9低溫鋼以1～5℃/min的降溫速率降至-140℃～-196℃，保溫24小時以上，然後以1～5℃/min的速率升至室溫，進行常規回火處理。中國發明專利(專利號cn201510068091.7、申請日2015.2.9)公開了「一種壓力容器用低溫鋼板及其生產方法」，該鋼板化學成分的質量百分含量為：c0.03～0.07％、si0.15～0.3％、ni6.8～8.0％、mn0.6～0.9％、p≤0.005％、s≤0.005％、al0.02～0.04％、mo0.01～0.2％，nb0.01～0.09％，餘量為fe和不可避免的雜質。該兩項專利技術所涉及鋼種屬典型高ni合金鋼，生產工序複雜，成材率低，生產成本高。

中國發明專利(專利號cn201410823858.8、申請日2014.12.26)公開了「一種130mm～150mm厚度超低溫鋼板及其的生產方法」，其包含如下質量百分比的化學成分：c：0.06～0.09、si：0.25～0.40、mn：1.60～1.70、p：≤0.010、s：≤0.003、nb：0.02～0.03、ni：0.60～0.70、als：0.20～0.40，其它為fe和殘留元素。其採取的生產方法包括：轉爐冶煉、lf精煉、vd真空脫氣、模鑄錠澆注、鋼錠加熱、軋制、緩冷、熱處理。本發明通過合理的化學成分設計，lf+vd工藝來保證鋼質的潔淨度，其屈服強度控制在290～365mpa，抗拉強度控制在435～545mpa，伸長率控制在24％～29％，-70℃v型衝擊吸收能控制在157～318j，-80℃v型衝擊吸收能控制在≥70j。另一項中國發明專利申請(申請號cn201510049359.2、申請日2015.1.31)公開了「一種採用低合金鋼製作超低溫鋼的方法」，設定低合金鋼的化學成分及質量百分比含量如下：c為0.19～0.21、si為0.20～0.38、mn為1.7～2、al≤0.01、cu≤0.005、s≤0.015、p≤0.015、re為0.1～0.3、pb≤0.0015、sn≤0.001。對上述低合金鋼進行熔煉，以減少低熔點化合物及脆性物質，在熔煉的氧化期，脫碳量不低於0.5％，不能出現過氧化造成後期增碳，當鋼水含磷量不大於0.02％時才可進入還原期；在熔煉的還原期，造白渣脫硫，硫小於0.025％時，進行出鋼澆鑄。熔煉時低合金鋼將s、p、特別是p控制到最低限度，減少低熔點化合物及脆性物質；從而提高低溫衝擊功。中國發明專利(專利號cn201510423279.9、申請日2015.7.17)公開了「一種高強耐低溫鋼及其熱處理工藝」，由以下質量百分比的元素組成：鎳2.0～7.05％；碳0.02～0.1％；矽0.02～0.1％；錳0.60～8.00％；鉻0.3～0.5％；鉬0.05～0.6％；銅0.02～0.3％；鋁0.03～2.0％；磷≤0.010％；硫≤0.002％；氮0.004～0.010％；氧0.0005～0.002％；鈣0.0005～0.005％；餘量為鐵。上述三項專利技術屬典型低合金高強鋼品種，雖具有良好的綜合力學性能，但其不足在於熱膨脹係數隨溫度變化較大，不適宜用於製造低溫液化石油氣儲罐。

中國發明專利申請(申請號201610197044.7、申請日2016.3.31)公開了「一種無鎳的高強度低屈強比中錳低溫鋼及其製備方法」，其化學成分及其質量分數為：c：0.03～0.06％、mn：4.5～6.0％、si：0.15～0.23％、als：0.015～0.030％，mo：0.1～0.3％，s≤0.006％，p≤0.009％，餘量為fe和雜質元素，所述低溫鋼的金相組織為回火鐵素體板條束+迴轉奧氏體的復相組織；本發明通過以錳代鎳的合金設計方式以及合理的軋制與熱處理工藝，使材料獲得優良低溫韌性，與其它低溫鋼相比成本大大降低。另一項中國發明專利申請(申請號cn201510720341.0、申請日2015.10.30)公開了「一種高強耐低溫鋼及其生產方法」，由以下質量百分比的元素組成：c：0.05～0.2％、si：0.1～0.26％、mn：0.60～8.00％、cr：0.4～0.8％、mo：0.12～0.28％、cu≤0.03％、al：0.02～0.06％、ti：0.010～0.018％、p≤0.012％、s≤0.005％、n：0.004～0.01％、o≤0.0012％、h≤0.00012％、ca：0.001～0.005％、sb：0.0001～0.0005％、sn≤0.001％、as≤0.005％、b≤0.0010％、v≤0.08％、nb≤0.03％，餘量為fe；本發明的成品鋼低溫衝擊功率顯著提高，-20℃衝擊功值在260～350j，-40℃衝擊功值在240～300j。上述兩項專利技術屬典型中mn合金鋼，但僅能保證-40℃衝擊功，不能用於建造-70℃～-110℃環境下的液化石油氣儲罐。

技術實現要素：

本發明的目的就是要提供一種液化石油氣運輸船用鋼及製造方法，用貧ni高強鋼，代替現有的含ni量達5～9％的合金結構鋼。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：液化石油氣運輸船用鋼，含有的化學元素成分及其重量百分比為：碳0.02～0.09％、矽0.01～0.15％、錳14.1～16.9％、磷≤0.008％、硫≤0.001％、鎳0.05～1.0％，餘量為鐵和不可避免的雜質。

進一步地，含有的化學元素成分及其重量百分比為：碳0.051～0.09％、矽0.07～0.15％、錳15.21～16.0％、磷≤0.0071％、硫≤0.0007％、鎳0.05～0.56％，餘量為鐵和不可避免的雜質。

進一步地，所述磷的重量百分比優選為0.0034～0.0071％。

進一步地，所述硫的重量百分比優選為0.0005～0.0007％。

原理說明如下：

鐵基合金鋼中加入合金元素mn(錳)擴大奧氏體區域，mn含量達到一定水平時，可獲得單一奧氏體組織的合金鋼，具有良好的低溫衝擊韌性，因此，本發明中採用的是高含量的mn；

c(碳)：鋼中合金元素c屬擴大奧氏體區域元素，添加適量的合金元素c，可保障鋼材一定強度；

mn(錳)：鋼中添加足夠多的mn含量，可使奧氏體組織穩定到室溫狀態，獲得良好的綜合性能；

ni(鎳)：鋼中添加ni合金元素，可穩定奧氏體組織，避免發生分解，降低鋼材的物理和力學性能，大幅度降低了典型5ni鋼的昂貴合金元素ni元素的含量，降低了生產成本；

p(磷)、s(硫)：鋼中p、s降低鋼的物理性能及力學性能，故鋼中p、s含量越低越好，但若控制含量過低，導致生產工藝成本增加。

一種如上述所述液化石油氣運輸船用鋼的製造方法，包括以下步驟：

1)冶煉、鑄造

按所述成分及重量百分比混合均勻形成鐵水，然後將鐵水經深脫s處理，再用rh真空系統精煉鋼水，最後鑄造成鑄坯；

2)軋制

一次連續軋製成鋼板；

3)淬火

將步驟2)中的鋼板經淬火處理，鋼板加熱溫度為900～1000℃，保溫時間為30～100分鐘；

4)冷卻

水冷至室溫形成所需鋼板。

進一步地，所述步驟2)中，軋制的終軋溫度為850～1150℃。

mn含量較高的鋼材在加工過程中存在加工硬化傾向，故鑄坯在軋制過程中需一次連續軋制完成，並需在較高溫度完成軋制，所以將終軋溫度控制在850℃以上。鋼板淬火處理：加熱溫度為900～1000℃，保溫時間為30～100分鐘，水冷，其目的在於將製造過程中形成的碳化物分解並固溶到基體中以獲得良好的綜合性能。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：本發明成分和工藝生產的鋼-120℃衝擊功均高於80j，以mn代ni的液化石油氣運輸船用鋼具有良好的經濟效益和社會效益，用本發明的鋼建造液化石油氣運輸船儲罐，生產成本較低，具有良好的經濟效益和社會效益。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，便於更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。

按照本發明化學元素成分、重量百分比及生產方法要求，製備了五個實施例，以及兩個對比實施例，分別為實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、對比實施例1、對比實施例2，即冶煉並軋制了7批鋼板。五個實施例及兩個對比實施例的化學元素成分重量百分比見表1，其中餘量為fe和不可避免的雜質。生產過程控制參數與鋼板質量情況見表2。

表1五個實施例及兩個對比實施例的化學成分對比(wt％)

表2五個實施例及兩個對比實施例生產過程控制與鋼板性能情況

從表2可看出，按本發明成分和工藝生產的鋼在-120℃衝擊功均高於80j。而不在本發明鋼成分範圍或/和生產工藝不在本發明範圍內的對比鋼在-120℃衝擊功均很低。