【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低温钢及其热处理方法和应用，尤其涉及一种具有-120℃低温性能的低温钢及其热处理方法和应用。
技术介绍
1、低温钢是在低于0℃的低温下使用并具有足够缺口韧性的钢的统称，其发展已有近百年历史，有力地推动了低温领域科学和技术的进步。低温钢大致可分为四类，即低碳铝镇静钢、低温高强度钢、镍系低温钢和奥氏体不锈钢。
2、镍系低温钢以ni为主要合金元素，通过较高含量的ni大幅度降低韧-脆转变温度。根据使用温度的不同，这类低温钢的ni含量可以为1.5％、3.5％、5％和9％，夏比冲击试验温度分别为-80℃、-110℃、-120℃和-196℃，屈服强度分别高于275mpa、345mpa、390mpa和575mpa。这其中5ni和和9ni钢使用最为广泛。
3、通常情况下的低温钢，ni是最基本最重要的合金元素，该元素与fe能够形成α或γ固溶体，在改善铁素体相强韧性匹配的同时还能够通过稳定奥氏体相的途径提高韧性，使韧-脆转变温度显著降低，但ni的大量添加使材料成本提高。作为低温钢的另一个有益元素，mn能够降低韧-脆转变温度并提高低温韧性，而且与ni相比价格优势明显。若能够用适量的mn代替部分甚至全部的ni，则能够大大降低低温钢的合金成本、提高低温钢的经济性。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术旨在提供一种具有优异的-120℃低温性能的低温钢及其热处理方法和应用。
2、技术方案：本专利技术所述的低温钢以质量计，含有c：0.01％-0.02％、m
3、c元素能够通过固溶强化或析出强化提高强度，同时能够稳定奥氏体相，但为了降低材料韧-脆转变温度，应当尽量降低c含量。此外，c也不利于材料的焊接性。因此本专利技术将c含量控制在0.01％-0.02％的低含量。
4、mn是本专利技术所述低温钢的主要合金元素。mn是铁素体强化元素，同时也是奥氏体稳定元素。因此mn能够在一定程度上取代价格较高的ni。为了在不添加ni元素的条件下使材料具备优良低温韧性，mn添加量需要高于低合金钢含量范围，但过高的mn含量将使偏析程度加重、冶炼难度加大以及材料成本提高。本专利技术将mn含量控制在4.8％-5.6％。
5、si在炼钢过程中为脱氧元素，适量si能够抑制mn和p的偏聚，而o含量过高、mn和p偏聚都会损害低温韧性。但是si也会引起韧-脆转变温度升高，因此对于低温钢需要控制含量不能过高。本专利技术将si控制在0.05％-0.15％。
6、本专利技术中加入微量的ti，能够通过细小而弥散的第二相析出形式阻碍高温下的晶界迁移，从而细化晶粒并改善力学性能，加入量控制在0.005％-0.025％的范围内。
7、s易与mn形成mns，p容易在晶界偏聚并降低晶界抗裂纹扩展能力，为提高材料低温韧性，需要将s、p控制在最低限度。
8、优选，所述钢板厚度为5-80mm，屈服强度为440-490mpa，抗拉强度为670-695mpa，断后伸长率为26-30％，-120℃夏比冲击吸收能量为140-190j。
9、进一步优选，以质量计，含有c：0.016％、mn：5.3％、si：0.15％、ti：0.014％、s：0.002％、p：0.006％，以及余量fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为14％。
10、进一步优选，以质量计，含有c：0.01％、mn：4.8％、si：0.25％、ti：0.005％、s：0.003％、p：0.008％，以及余量fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为16％。
11、进一步优选，以质量计，含有c：0.02％、mn：5.6％、si：0.05％、ti：0.025％、s：0.001％，p：0.005％，以及余量fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为9％。
12、本专利技术所述的低温钢的热处理方法包含以下步骤：
13、(1)淬火：将钢板加热至820-880℃并保温30min后水冷至室温；
14、(2)回火：将上述钢板加热至640-660℃并保温120min后空冷至室温。
15、其中，未经热处理的钢板按照低温钢的常规方法制备，例如通过炼钢、连铸、轧制工序制备得到。
16、优选，步骤(1)将所述钢板加热至830-850℃。
17、优选，步骤(2)所述钢板在保温过程中形成15％体积占比的逆转变奥氏体。
18、本专利技术中制备方法的机理如下：
19、坯料加热奥氏体化，合金元素通过扩散方式均匀化。加热温度过高或保温时间过长将导致高温奥氏体晶粒过于粗大，而加热温度过低或保温时间过短不利于合金元素分布的均匀化，因此本专利技术将加热温度控制在820-880℃。该温度区间位于奥氏体相区，30min的保温时间则能够使奥氏体化完全，同时使合金元素分布足够均匀，温度过高或保温时间过长会造成晶粒粗大并降低韧性。奥氏体化以水冷方式加速冷却(冷却速度优选不低于5℃/s)，抑制碳化物析出，淬火得到淬火马氏体组织。回火热处理工艺中，将钢板加热至640-660℃，该温度范围处于本专利技术成分的奥氏体-铁素体两相区，保温120min过程中能够形成体积分数约为15％的逆转变奥氏体，并富集合金元素以获得足够的热稳定性，能够在-120℃温度下仍然保持面心立方结构而不发生相变。回火的另一个作用是使得马氏体组织发生回复。在热处理之后，获得了回火马氏体+逆转变奥氏体的复相组织，具有优良的低温韧性。
20、本专利技术所述的低温钢应用在制备低温气体的储运容器(例如储罐)、管道、运输交通工具(船舶、车辆、航空器等)中。
21、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
22、本专利技术通过以锰代镍的合金设计思想以及优化其他元素组成，采用合理的轧制与热处理工艺，使材料获得优良低温韧性，与相同使用温度的5ni钢相比成本大大降低。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种低温钢，其特征在于，以质量计，含有C：0.01％-0.02％、Mn：4.8％-5.6％、Si：0.05％-0.15％、Ti：0.005％-0.025％、S：≤0.003％、P：≤0.008％，以及余量Fe和杂质元素。
2.根据权利要求1所述的低温钢，其特征在于，具有马氏体-奥氏体双相复合组织，其中奥氏体的体积占比为9％-16％。
3.根据权利要求1所述的低温钢，其特征在于，钢板厚度为5-80mm，屈服强度为440-490MPa，抗拉强度为670-695MPa，断后伸长率为26％-30％，-120℃比冲击吸收能量为140-190J。
4.根据权利要求2所述的低温钢，其特征在于，以质量计，含有C：0.016％、Mn：5.3％、Si：0.15％、Ti：0.014％、S：0.002％、P：0.006％，以及余量Fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为14％。
5.根据权利要求2所述的低温钢，其特征在于，以质量计，含有C：0.01％、Mn：4.8％、Si：0.25％、Ti：0.005％、S：0.003％、P：0.008％，以及
6.根据权利要求2所述的低温钢，其特征在于，以质量计，含有C：0.02％、Mn：5.6％、Si：0.05％、Ti：0.025％、S：0.001％，P：0.005％，以及余量Fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为9％。
7.一种权利要求1所述的低温钢的热处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
8.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，步骤(1)将所述钢板加热至830-850℃。
9.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，步骤(2)所述钢板在保温过程中形成15％体积占比的逆转变奥氏体。
10.一种权利要求1所述的低温钢在制备低温气体储运容器、管道、运输交通工具中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低温钢，其特征在于，以质量计，含有c：0.01％-0.02％、mn：4.8％-5.6％、si：0.05％-0.15％、ti：0.005％-0.025％、s：≤0.003％、p：≤0.008％，以及余量fe和杂质元素。
2.根据权利要求1所述的低温钢，其特征在于，具有马氏体-奥氏体双相复合组织，其中奥氏体的体积占比为9％-16％。
3.根据权利要求1所述的低温钢，其特征在于，钢板厚度为5-80mm，屈服强度为440-490mpa，抗拉强度为670-695mpa，断后伸长率为26％-30％，-120℃比冲击吸收能量为140-190j。
4.根据权利要求2所述的低温钢，其特征在于，以质量计，含有c：0.016％、mn：5.3％、si：0.15％、ti：0.014％、s：0.002％、p：0.006％，以及余量fe和杂质元素；双相复合组织中奥氏体的体积占比为14％。
5.根据权利要求2所述的低温...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，周玉伟，段东明，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。