[发明专利]一种LNG储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法

说明书

本发明涉及一种LNG储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法，属于钢铁材料领域。该高锰中厚板的化学成分按重量百分比为：C 0.45～0.67％，Si 0.02～0.48％，Mn 23.70～27.20％，P≤0.051％，S≤0.02％，Ni 0.00～2.20％，Cr 0.00～4.13％，Cu 0.00～1.10％，Mo 0.00～0.94％，V 0.00～0.21％，Al 0.00～4.64％，余量为Fe和不可避免的杂质。该高锰中厚板的制造方法包括：冶炼、浇注、锻造、轧制。本发明的产品获得了单相奥氏体组织，实验钢具有高强塑性，同时获得优异的‑196℃超低温冲击韧性，具备了替代9％Ni钢的潜力，且成本远低于9％Ni钢。

技术领域

本发明涉及一种LNG储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法，属于钢铁材料领域。

背景技术

近年来，LNG(液化天然气，Liquefied Natural Gas)作为一种优质高效的清洁能源，在国内外得到越来越多的重视，已具备了市场化条件。LNG作为世界公认的最清洁的不可再生能源，在我国的生产犹如星火燎原，正在快速步入规模化、产业化的“黄金时期”。目前，全球共有12个国家(约68条生产线)生产LNG，生产能力达到1.38亿吨/年，LNG的产品已被广泛用于发电、化工原料、新型汽车燃料、民用燃料等领域。

预计到2020年天然气将占一次能源构成的25％，超过煤而居第二位；2040年更超石油而居第一位。我国天然气在能源构成中的比例2010年达到6％，2020年达到12％。可见，LNG的需求与日俱增，发展迅速。

LNG就是将开采出来的天然气经过深度净化处理，再采用先进的制冷工艺技术，在常压-162℃的低温条件下使其转化为液体，体积缩小625倍，以便于进行长距离的管道和远洋运输。LNG的可燃性和超低温性，对其结构材料的性能提出了极为苛刻的要求。长期以来，LNG储罐材料多采用铝合金、奥氏体不锈钢、9Ni钢、殷瓦钢等。但这些材料存在成本高、焊接困难、设计强度低等问题，急需开发新型LNG储罐材料。

在新型超低温材料的开发中，高Mn奥氏体钢由于其价格、低热膨胀系数和低周疲劳性能的显著优势而备受关注。高Mn奥氏体钢采用Mn和C稳定奥氏体相，在室温条件下获得单相奥氏体组织，而奥氏体钢一般不存在韧脆转变现象，因此高Mn奥氏体钢具备超低温(-196℃)应用的先天优势。

高Mn奥氏体钢为全奥氏体组织，存在着屈服强度低的普遍现象，一般较9Ni钢低150MPa左右。虽然高Mn奥氏体钢不存在明显的韧脆转变现象，但晶界处的Mn偏聚及碳化物析出大大弱化晶界强度，导致沿晶开裂，显著降低-196℃下的超低温冲击吸收功。

发明内容

基于合金设计和工艺设计，本发明的目的在于提供一种LNG储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法，高锰中厚板具有高强塑性和优异的-196℃超低温冲击韧性，其成本远低于传统LNG储罐用钢。

本发明的技术方案是：

一种LNG储罐用高锰中厚板，该高锰中厚板的化学成分按重量百分比为：C 0.45～0.67％，Si 0.02～0.48％，Mn 23.70～27.20％，P≤0.051％，S≤0.02％，Ni 0.00～2.20％，Cr 0.00～4.13％，Cu 0.00～1.10％，Mo 0.00～0.94％，V 0.00～0.21％，Al 0.00～4.64％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述的LNG储罐用高锰中厚板，高锰中厚板的组织为等轴或硬化奥氏体组织。

所述的LNG储罐用高锰中厚板的制备方法，包括如下步骤：

(1)冶炼：采用真空感应炉熔炼；

(2)铸造：熔炼后浇注到铜铸模中，得到铸锭；

(3)锻造：切去冒口，将铸锭加热至1100～1300℃保温1～3h后，锻造为钢坯；