[发明专利]一种节镍型超低温用高强钢及其热处理工艺

说明书

本发明提供一种节镍型超低温用高强钢，由以下质量百分比的元素组成：C：0.005‑0.015％；Ni：3.5‑6.5％；Mn：2.0‑5.0％；Cu：0.5‑2.5％；Mo：0.2‑0.8％；S：≤0.004％；P：≤0.003％；N：0.003‑0.005％；O：0.0005‑0.001％；Ca：0.0005‑0.005％；余量为Fe。本发明进一步提供一种节镍型超低温用高强钢的热处理工艺。本发明提供的一种节镍型超低温用高强钢及其热处理工艺，能够得到一种‑196℃低温下强韧性兼具的节镍型低温钢，无需冷变形处理，热处理工艺简单，可用于制造低温用结构钢材，经济适用性强，具有优良的应用开发前景。

技术领域

本发明属于低温用钢的技术领域，涉及一种节镍型超低温用高强钢及其热处理工艺，具体涉及一种节镍型超低温用钢及其回火-双配分热处理工艺。

背景技术

近年来，液化天然气(LNG)已成为极其重要的战略储备资源，与其密切相关的LNG运输船、大型储存罐体等所用到的材料引起了工业界和学术界的广泛关注。LNG运输船是在-162℃低温下运输液化气的专用船舶，因而要求储运液化气的材料在低温下兼具优良的强韧性和止裂能力，是国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高产品”。研究表明，铁素体型钢在保证一定的强度条件下能够有效降低韧脆转变温度，从而抑制低温环境下材料的脆性断裂问题，成为现有应用较为广泛的低温钢种之一。

现阶段应用成熟的9Ni钢是公认的最具有实用性的的低温结构材料，已被广泛应用于制造储运低温液体的大型容器。9Ni钢的热处理工艺主要涉及在奥氏体和铁素体的双相区多步临界退火，在退火过程中，大量的薄膜状奥氏体在马氏体基体中的板条间形核，并且这种奥氏体具有良好的热稳定性，在冷却至-196℃条件下仍然不会发生马氏体相变，从而通过打破马氏体板条的晶体排列，起到抑制裂纹形核和扩展的作用，有效地降低材料的韧脆转变温度。Ni元素的添加一方面能够富集于残余奥氏体降低马氏体相变温度，另一方面偏聚在晶界处的Ni元素提高了界面内聚力，从而避免了低温下沿晶断裂和穿晶断裂。

然而，众所周知，Ni元素成本高，开发难度大，故这类低温钢在现阶段同时面临需要提升性能和降低成本的问题。

特别的，在性能方面，现有技术中，为保证良好的低温塑性，需要引入一定量的残余奥氏体，进而激发相变诱发塑性(TRIP)效应。残余奥氏体的热稳定性和机械稳定性是维持TRIP效应的关键因素，常规的淬火-配分(QP)或淬火-配分-回火(QPT)工艺是利用C元素在马氏体和奥氏体之间的配分实现奥氏体稳定化。同时，众所周知，通过冷变形细化晶粒和引入位错是提高强度的有效途径。然而，上述工艺至少带来以下技术问题：

1、通过C元素稳定的奥氏体在低温下的机械稳定性往往较低，并且过量的C元素引起的淬透性增加会进一步增大焊接时的热影响区，降低材料的焊接性能。

2、通过冷变形细化晶粒和引入位错这种强化方式不适合用于较厚的材料，因此极大地限制了材料的大规模工业化应用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种节镍型超低温用高强钢及其热处理工艺，基于自主成分设计，优化工艺路线，细化薄膜状残余奥氏体尺寸，提高奥氏体的热稳定性和机械稳定性，制备出一种高强韧性超低温用钢，用于解决现有技术中缺乏具有良好的低温强韧性组合且能够用于超低温(-196℃)环境下使用的节镍型低温钢及其制备方法的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种节镍型超低温用高强钢，由以下质量百分比的元素组成：

C(碳)：0.005-0.015％；Ni(镍)：3.5-6.5％；Mn(锰)：2.0-5.0％；Cu(铜)：0.5-2.5％；Mo(钼)：0.2-0.8％；S(硫)：≤0.004％；P(磷)：≤0.003％；N(氮)：0.003-0.005％；O(氧)：0.0005-0.001％；Ca(钙)：0.0005-0.005％；余量为Fe(铁)。