[发明专利]一种超低温用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢材，具体地说，本发明涉及一种超低温用钢。

背景技术

目前，为提高低温用钢的低温韧性，主要采用高Ni的成分设计、低温大变形量的生产工艺或以高Mn含量与低温大变形量工艺相结合得到针状铁素体的方法。虽然这些方法都在一定程度上提高了钢的低温冲击韧性，但其本身也存在一定的问题。

经检索，发明人发现以下相关专利文献。

专利文献JP54065115中提到通过在钢中添加B、Ti并进行淬火回火处理来改善低温韧性，认为B的添加可以提高钢的淬透性，但B在钢中会与N形成粗大的BN颗粒分布在晶界上，同时Ti亦会与N形成TiN，BN和TiN都是粗大的析出物，对于低温韧性十分不利，因此其-50℃冲击功只有100J。

专利文献JP55041934所涉及钢通过添加Ni、Cr、Mo和调质处理来改善低温韧性，但由于Mo、Ni元素价格较高，大量添加会使成本升高，且该钢材的韧脆转变温度只有-30℃。

专利文献JP61266521所涉及钢采用高Mn成分，轧后以15℃/秒的速度快速冷却随后在550～680℃温度下卷曲。该钢的强度较低，只有300MPa左右，且韧脆转变温度只有-70℃。

专利文献JP58011732公开了一种在奥氏体化温度下加热、压下量大于15％随后回火的加工方法，由于缺少成分的配合，所涉及钢的转变温度只有-50℃，效果不是很理想。

专利文献JP56025923、JP56119723、JP57131320、JP57123927、JP58009926和JP5800991912公开了通过添加高Mn、在1100℃～Ar3以上初轧后在Ar3～650℃精轧且轧后加速冷却的方法，取得了很好的效果，使钢的韧脆转变温度降低到-100℃。但是，所涉及的方法成本相对较高且工艺复杂，要求在非再结晶区域大于50％的变形量，若在较低温度进行大变形会使得轧机负荷增大，增加成本，降低轧机寿命，所涉及的方法还要求轧后控制冷却，增加了对冷却设备的要求。

专利文献JP63130245A所涉及钢通过添加3～10％的Ni使得材料在-100℃时冲击功达到约200J，但是由于添加了3～10％的Ni，使得该钢的成本明显增加，经济性较差。

相关专利文献所涉及钢的成分和低温冲击韧性的比较见表1。

因此，本发明的目的在于提供一种低成本、工艺简单、具有优良低温韧性的钢及其制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种超低温用钢，包含如下重量百分比的化学成分：C：0.10～0.20％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.40-1.60％，P：＜0.015％，S：＜0.05％，Nb：0.01～0.06％，Al：0.030～0.040％，Ti：＜0.001％，N＜0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述超低温用钢可包含0.01～0.1％的V和/或Zr。

所述超低温用钢可包含0.001～0.01％的Ca和/或Ce。

下面就本发明的成分设计进行详细说明。

C：C是保证钢强度的主要元素，若C含量不足0.10％，则难以保证强度，若C含量超过0.20％，会使钢的低温冲击韧性下降。因此，C含量范围以0.10～0.20％为宜。

Si：Si是脱氧的主要元素，若Si含量小于0.20％，无法保证脱氧效果，若Si含量大于0.40％，会降低钢的低温冲击韧性。因此，Si含量范围以0.20～0.40％为宜。

Mn：Mn是脱氧的主要元素，适当添加可提高钢的低温冲击韧性，同时Mn也是形成针状铁素体的重要元素。若Mn含量低于1.40％，则不能起到相应的作用，若Mn含量高于1.60％，会因为偏析恶化钢的低温冲击韧性。因此，Mn含量范围以1.40～1.60％为宜。

Nb：Nb是本发明中重要元素，和Mn共同作用形成魏氏组织。若Nb含量低于0.01％，达不到预期效果，若Nb含量大于0.06％，会形成过多的碳化物，恶化钢的低温冲击韧性。因此，Nb含量范围以0.01～0.06％为宜。

V：V是碳化物形成元素，可提高钢的强度和韧性。若V含量小于0.01％，起不到预期效果，若V含量大于0.10％，会形成过多的碳化物，恶化钢的低温冲击韧性。因此，V含量范围以0.010～0.100％为宜。

Ti：钢中的Ti极易与N形成粗大的TiN，并分布在晶界上。因此，Ti含量范围宜＜0.001％。

N：N会与Ti形成TiN，因此，N含量范围宜＜0.0030％。