[发明专利]一种低密度LNG储罐用高锰中厚板及其制备方法

说明书

本发明提供一种低密度LNG储罐用高锰中厚板及其制备方法，所述LNG储罐用高锰中厚板化学成分按重量百分比为：C：0.30～0.68％，Si：0.15～0.54％，Mn：17.00～24.50％，Al：1.98～8.03％，P：≤0.020％，S：≤0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法：1)冶炼和铸造；2)铸锭均质化处理；3)钢坯的控制轧制；4)钢板的快速冷却，得到低密度LNG储罐用高锰中厚板。本发明中的LNG储罐用高锰中厚板相对于常规的LNG储罐用高锰钢可减重约3.00％～11.54％，可有效降低LNG储运设备自重，采用Al合金化代替Cr、Cu等贵重金属，合金成本也进一步降低。另外，本发明的低密度LNG储罐用高锰中厚板同样具有高的强度和优异的超低温韧性，可满足LNG储运设施的建造要求。

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，具体涉及一种低密度LNG储罐用高锰中厚板及其制备方法。

背景技术

受国际碳价格上涨和“更低碳排放”需求的影响，世界能源结构逐步从煤炭转向天然气和电力。据国际能源署(IEA)在其《2019年世界能源展望》的“既定政策设想”中表示，到2040年，世界天然气使用量将平均每年增长1.7％，它在一次能源中的比例会超过煤炭并向石油接近。特别是液化天然气(LNG)贸易增长超过一倍，从2017年的4000亿m³增加到2040年的9000亿m³。由于LNG的储运需要首先在低温高压的条件下将天然气转为-196℃的液体，普通的结构钢在-196℃温度下韧性将急剧恶化，因此这就需要大量的LNG储罐用钢。传统的LNG储罐用钢通常采用9Ni钢、奥氏体钢不锈钢或殷瓦钢，然而这些材料普遍存在造价高昂、生产工艺复杂和焊接困难等问题，因此开发新型低成本高性能LNG储罐用钢成为发展的必然趋势。在这些新发展的低温材料中，高锰奥氏体钢由于其低廉的价格和良好的综合力学性能而备受关注。

随着天然气能源的不断普及和推广，车用小型LNG储罐和小型船用储罐的使用量也将大幅度增长。LNG流动储运设施的轻量化对提高LNG储罐运输车、运输船的载运量、推动节能减排具有重要意义。研究显示，若汽车整车重量降低1％，油耗可降低0.7％。车辆每减重100公斤，二氧化碳排放可减少约5克/公里；同时，车辆控制稳定性、噪音、振动方面也均有改善，安全性也得到很大的提高。纵观现有的LNG储罐用高锰钢都具有较大的密度，不利于储运设备的自身减重，加重了不必要的能源消耗。因此，开发一种低密度LNG储罐用高锰钢不仅能降低了LNG的储运成本，而且也能减少LNG运输过程对环境的破坏，具有很好的应用前景。

发明内容

针对现有LNG储罐用钢密度较大的不足，本发明提供了一种低密度LNG储罐用高锰中厚板及其制备方法。本发明中的LNG储罐高锰钢采用Fe-Mn-C-Al-Si系的成分设计，通过Al元素的添加调节层错能，有效降低了钢材的密度的同时，也能提高超低温冲击韧性。结合控制冷却与控制轧制工艺得到晶粒适度细化的再结晶的组织，使得钢材获得良好的强度和超低温韧性的综合性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低密度LNG储罐用高锰中厚板，其化学成分按重量百分比为：C：0.30～0.68％，Si：0.15～0.54％，Mn：17.00～24.50％，Al：1.98～8.03％，P：≤0.020％，S：≤0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述LNG储罐用高锰中厚板在-196℃下超低温夏比冲击试验冲击吸收功为57.4～171.5J，屈服强度(Rel)为352.5～585.0MPa，抗拉强度(Rm)为730.3～898.7MPa，断后延伸率(TEL)为33.1～68.6％。

进一步地，所述LNG储罐用高锰中厚板钢材的密度为7.04～7.72g/cm³，相对于常规的LNG储罐用高锰钢可减重约3.00％～11.54％，以一块10吨重的钢材为例，钢材的减重最高可到达到约1.15吨。