一种低屈强比易加工无吕德斯带LNG储运用镍系低温钢板及其制备方法与流程

本发明属于钢铁冶炼的的，尤其涉及一种镍系低温钢板。

背景技术：

1、清洁能源产业迎来高速发展期，液化天然气（lng）作为高效清洁的化石能源，其市场需求量不断增长，直接带动lng产业链的快速发展。其中，lng陆地储罐、lng运输船、lng燃料动力船等储运装备的建设与制造规模持续扩大，对低温储罐及船用关键结构材料的市场需求与性能要求同步提升。

2、目前，lng储运装备的低温结构用钢以9ni钢为主，因其具备优异的超低温韧性，是lng储罐、运输船液货舱等构件的主流用材。但随着我国lng产业的规模化发展，终端用户对装备制造成本的管控需求日益凸显，兼具低温性能优势与成本优势的7ni钢，作为9ni钢的高性价比替代材料，迎来了广阔的应用与发展，成为低温钢领域的研发重点。

3、现有技术中，9ni钢与7ni钢普遍采用常规调质工艺进行工业化生产，经该工艺处理后的钢材存诸多缺陷。其一，钢材屈服强度偏高，屈强比普遍达到0.95以上，高屈强比大幅降低了材料的安全冗余度，应用于地震高发区的lng陆地储罐、航运恶劣环境下的lng运输船时，在极端载荷工况下抗变形、抗失效能力弱，存在显著的安全隐患，无法满足严苛工况下的长期服役安全要求；其二，过高的屈强比会导致钢板在弯曲变形加工过程中矫顽力大，成型加工难度显著提升，大幅增加了lng储运装备构件的加工制造成本与生产周期；其三，常规调质工艺处理后的9ni钢、7ni钢存在明显的屈服平台，钢板在弯曲、冲压等成型加工过程中极易产生吕德斯带，不仅严重影响构件的表面质量，还易引发构件服役过程中的应力集中问题，进一步影响装备的长期服役稳定性。

4、为解决9ni钢、7ni钢屈强比过高的行业痛点，业内开展了大量的工艺优化研发工作。例如，中国专利cn110229998a公开了针对5mm规格9ni钢板的淬火+正火+高温回火热处理工艺，以制备低屈强比9ni钢；中国专利cn114836692a、cn110541110a、cn115786812a等均公开了采用两次淬火+回火、淬火+两相区淬火+回火等多段热处理工艺，配合成分体系优化，实现9ni钢屈强比的下调。但上述现有改进技术中为实现屈强比的有效降低，普遍采用两次及以上淬火配合回火的多段热处理工艺路线，工艺流程冗长，生产工序多、周期长，不仅大幅增加了生产过程中的能耗与物料成本，还显著降低了生产效率，难以适配规模化、批量化的工业生产需求，无法兼顾材料性能优化与生产成本管控的双重行业需求。

5、更为关键的是，目前已公开的相关技术方案，均仅聚焦于9ni钢、7ni钢屈强比的下调，尚未有能够同时解决钢材屈服平台问题、消除吕德斯带缺陷，同时兼顾低屈强比、优异加工成型性能与短流程低成本生产的技术方案。而屈服平台导致的吕德斯带缺陷、高屈强比导致的加工难度大与安全冗余度不足的问题，仍制约7ni钢、9ni钢在lng储运领域规模化、低成本推广中的应用。

技术实现思路

1、针对上述的技术问题，本发明提出一种低屈强比易加工无吕德斯带lng储运用镍系低温钢板及其制备方法，该方法操作简单，仅需采用一次淬火+改进的回火工艺生产即可获得5~50mm厚低屈强比9ni、7ni钢，节省成本，同时可以消除拉伸过程中产生的吕德斯带，保证钢板在后续加工使用过程中的表面质量。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种低屈强比易加工无吕德斯带lng储运用镍系低温钢板的制备方法，所述钢板的金相组织中，新鲜马氏体含量8-12%，逆转变奥氏体含量8-12%，制备方法包括以下步骤：

4、s1、将冶炼原料进行熔炼、浇铸制备铸坯；

5、s2、清理铸坯表面氧化铁皮并喷涂高温防氧化涂料，随后送入坯料加热炉加热；

6、s3、铸坯出炉后进行两阶段控制轧制，轧制后离线淬火至室温；

7、s4、淬火后钢板进行回火，连续式回火炉的前25-35m为升温加热段，沿钢板行进方向，炉内设定温度由设定回火温度+100℃~150℃逐步递减至设定回火温度；通过调整钢板运行速度，使不同厚度钢板的升温时长满足1.3~2.0min/mm的要求，钢板在该段内被快速加热至回火温度，随后进入保温段。回火温度为mac1+0-10℃，保温时间为10-40min，钢板回火后水冷至室温：其中mac1=ac1+20ln(1+t/10)，式中ac1=723-10.7mn-13ni+29.1si，元素含量以百分计；t为钢板厚度，单位mm。

8、所述冶炼原料为7ni钢冶炼原料，包括以下质量百分比的组分：c 0.04-0.08％，si0.05-0.30％，mn 0.50-0.80％，ni 6.5-7.5%，mo 0.10-0.30%，al 0.02-0.05％，p≤0.010％；s≤0.003％，其余为fe。

9、所述冶炼原料为9ni钢冶炼原料，包括以下质量百分比的组分：c 0.04-0.08％，si0.05-0.30％，mn 0.50-0.80％，ni 8.5-9.5%，al 0.02-0.05％，p≤0.010％；s≤0.003％，其余为fe。

10、所述步骤s1中，浇铸过热度控制在15-30℃，铸坯中心偏析不高于c1.0级，铸坯下线堆冷。

11、所述步骤s2中，铸坯加热温度为1150-1250℃，在炉时间为1.0-1.5h min/mm，h为铸坯厚度。

12、所述两阶段控制轧制包括第一阶段在奥氏体再结晶区进行粗轧，第二阶段在奥氏体未再结晶区进行精轧。

13、所述粗轧总压下量为30-60%，开轧温度1100-1200℃，终轧温度1000-1100℃。

14、所述精轧总压下量为30-60%，开轧温度850-950℃，终轧温度为770-850℃，随后水冷至500-600℃。

15、所述淬火的温度为740-780℃，保温时间为1.2-1.6h min/mm+15-30min，h为钢板厚度。

16、本发明的有益效果;

17、（1）本发明通过高于ac1的特定温度回火配合回火后快速冷却，回火温度的选择引入了与钢板厚度相关的mac1计算公式，可根据不同板厚计算最优回火温度，使其在钢板金相组织中稳定生成8~12%的新鲜马氏体和8~12%的逆转变奥氏体；利用新鲜马氏体的组织特性，消除了常规调质镍系低温钢存在的屈服平台，避免了钢板在弯曲、冲压等成型加工过程中吕德斯带的产生，既保证了构件的表面成型质量，又避免了吕德斯带引发的局部应力集中，进一步提高了装备服役过程中的结构稳定性；同时利用逆转变奥氏体的trip效应，保证钢材在-196℃超低温环境下的优异冲击韧性；同时通过新鲜马氏体与逆转变奥氏体的双相协同调控，实现了钢材抗拉强度、低温韧性、屈强比、加工性能的多维度平衡。

18、（2）本发明成功制备出了屈强比≤0.90的镍系低温钢板，远低于常规调质工艺0.95以上的屈强比水平。一方面，显著降低的屈强比大幅提升了材料的安全冗余度，使钢材在地震高发区储罐极端载荷、航运恶劣环境交变载荷等工况下，具备更强的抗变形与抗失效能力，从材料根源上提升了lng储罐、运输船液货舱等核心装备的长期服役安全性；另一方面，低屈强比有效降低了钢板弯曲变形加工过程中的矫顽力，显著改善了钢材的成型加工性能，大幅降低了lng储运装备复杂构件的加工难度与制造成本，适配各类复杂结构件的加工需求。

19、（3）本发明采用一次淬火和回火工艺，实现钢材性能的调控，该工艺大幅减少了热处理工序，降低了生产过程中的能耗、物料损耗与人工成本，缩短了生产周期，提升了生产效率，无需对现有工业化生产线进行改造，可直接实现规模化、批量化生产。