一种薄规格LNG储罐用高锰钢中厚板的生产方法与流程

一种薄规格lng储罐用高锰钢中厚板的生产方法
技术领域
1.本发明涉及高锰钢板生产技术领域，尤其涉及一种薄规格lng储罐用高锰钢中厚板的生产方法。


背景技术：

2.具有高强度、高塑性、良好超低温韧性和低导热系数的高锰钢中厚板可广泛应用于液化天然气(liquefied natural gas,简写为lng)的存储和运输。与9ni钢、铝合金、因瓦合金和奥氏体不锈钢等现有lng储罐用钢相比，高锰钢在成本上具有极为明显的优势，在保证足够强度和韧性的前提下，生产成本能够降低30％～40％。
3.我国未来将新建多座lng接收站，对高锰钢的需求量不断增加。依托国家重点研发计划课题“超低温及严苛腐蚀条件下低成本容器用钢开发与应用—无镍lng钢的组织演变规律与关键制造技术”，项目牵头承担单位的东北大学刘振宇教授团队在实验室环境下成功开发出了性能优异的lng储罐用高锰钢中厚板。公告号为cn107177786b的中国发明专利公开的“一种lng储罐用高锰中厚板的设计及其制造方法”，详细介绍了lng储罐用高锰钢的成分设计、冶炼、浇注、锻造和轧制工艺，但其记载的生产过程仍处于实验室试验阶段。而本发明依托另一国家重点研发计划“无镍lng钢的组织演变规律与关键制造技术”，主要目的是针对实现lng高锰钢工业化生产的研究。
4.此外，现阶段开发出的高锰钢中厚板的厚度规格主要在12～20mm之间。公告号为cn108504936b的中国发明专利公开了“一种超低温韧性优异的高锰中厚板及其制备方法”，公开号为cn108315655a的中国专利申请公开了“一种高屈服强度lng储罐用高锰中厚板及其制备方法”，所生产高锰钢钢板的厚度规格均在11～20mm之间，8mm以下厚度规格的高锰钢中厚板工业化生产还未见报道。
5.按照目前的轧钢工艺，轧制薄规格(厚度≤6mm)宽幅钢板的难度极大，主要受板形难以控制的制约。薄规格宽幅钢板在轧制过程中的压缩比较大，轧制道次较多，随着轧制厚度越来越薄，钢板越来越长，钢板温降增快，终轧温度难以控制，同板温差大，极易导致钢板瓢曲，并造成性能不均。此外，虽然高锰奥氏体钢不存在明显的韧脆转变现象，但当高锰钢中厚板的终轧温度较低时，碳化物会在晶界处大量析出，从而弱化晶界强度，导致沿晶开裂，显著恶化高锰钢的超低温韧性。
6.轧制薄规格钢板时，可采用叠轧工艺，将两层或多层钢板叠放在一起，在二辊可逆轧机上热轧成薄板。叠轧薄板具有轧机结构简单、投资少、生产灵活性大等优点。叠轧工艺可有效克服薄板轧制时温降快、板形差等问题，特别适用于生产薄规格宽幅钢板。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种薄规格lng储罐用高锰钢中厚板的生产方法，采用叠轧工艺，配合控轧控冷工艺，一方面可以精确地控制钢板的终轧温度和入水温度，另一方面可有效改善钢板的板形，大幅提升成材率；最终实现了厚度为4.5～6mm、宽度≥2000mm的薄规格高锰
钢中厚板的工业化生产，且生产成本低，工艺简单易行，对轧机要求不高，生产灵活性大。
8.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
9.一种薄规格lng储罐用高锰钢中厚板的生产方法，钢板的化学成分按重量百分比计为：c 0.35％～0.55％，si 0.10％～0.50％，mn 22.5％～25.5％，s≤0.005％，p≤0.02％，ni 0.20％～0.30％，cr 3.00％～4.00％，cu 0.30％～0.70％，余量为fe和不可避免的杂质；钢板的厚度为4.5～6mm，宽度≥2000mm；钢板生产采用“叠轧 高温快轧 超快冷”的方式，控制叠轧钢板的终轧温度和入水温度；具体包括如下步骤：
10.1)组坯；
11.2)叠轧；将组坯后的高锰钢坯料加热至1150～1200℃，保温2～3h，开轧温度≥1100℃，终轧温度830～850℃，轧辊辊速4～5m/s，入水温度790～810℃，终轧后水冷至室温；
12.3)轧后分离，得到成品钢板。
13.所述步骤1)中，组坯过程具体如下：
14.选取2张几何尺寸相同、厚度均为45～90mm的高锰钢板坯进行组对，将待接触面清理干净；在高锰钢板坯的待接触面四周加工坡口，将隔离剂均匀地涂抹在高锰钢板坯的待接触面，待隔离剂晾干后进行组对；组坯后的高锰钢坯料四边中点位置预留气孔后焊接封边。
15.将待接触面清理干净具体为：采用磨床或铣床加工方式去除高锰钢板坯待接触面的氧化铁皮，然后用压缩空气将待接触面吹净。
16.所述坡口为单边v型坡口，采用机加工的方法得到；坡口角度为30～45
°
，坡口深度为30～50mm。
17.所述隔离剂为二氧化硅，隔离剂厚度为1～2mm，涂抹后自然晾干。
18.所述预留气孔采用内径为5～10mm、长度为50～70mm的钢管。
19.所述焊接封边具体为：采用9ni钢焊条平焊打底，采用不锈钢焊材横焊填充，直至将坡口填充完整，并留有余高。
20.所述步骤3)轧后分离具体为：采用火焰或等离子切割钢板的两边及头尾，采用真空吸盘吊车吊起上层钢板，分离后得到成品钢板。
21.所述成品钢板的金相组织为等轴奥氏体
22.所述成品钢板的屈服强度为434～513mpa，抗拉强度为852～871mpa，延伸率为52.39％～60.59％，
‑
196℃全厚度冲击吸收功为63～77j。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1)采用叠轧工艺，配合控轧控冷工艺，一方面可以精确地控制钢板的终轧温度和入水温度，另一方面可有效改善钢板的板形，大幅提升成材率；
25.2)实现了厚度为4.5～6mm、宽度≥2000mm的薄规格高锰钢中厚板的工业化生产；
26.3)钢板终轧后在线淬火至室温，无需进行后续热处理，通过涂抹隔离剂起到保护叠轧钢板在高温过程中不被氧化、并确保钢板在叠轧完成后易于分离的作用，易于实现批量生产；
27.4)钢板冷却工艺参数和板形易于控制，产品性能优良，生产成本低，工艺简单易行，对轧机要求不高，生产灵活性大。
附图说明
28.图1是本发明实施例1制得成品钢板的金相组织照片。
29.图2是本发明实施例2制得成品钢板的冲击载荷曲线。
30.图3是本发明实施例3制得成品钢板的拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
31.本发明所述一种薄规格lng储罐用高锰钢中厚板的生产方法，钢板的化学成分按重量百分比计为：c 0.35％～0.55％，si 0.10％～0.50％，mn 22.5％～25.5％，s≤0.005％，p≤0.02％，ni 0.20％～0.30％，cr 3.00％～4.00％，cu 0.30％～0.70％，余量为fe和不可避免的杂质；钢板的厚度为4.5～6mm，宽度≥2000mm；钢板生产采用“叠轧 高温快轧 超快冷”的方式，控制叠轧钢板的终轧温度和入水温度；具体包括如下步骤：
32.1)组坯；
33.2)叠轧；将组坯后的高锰钢坯料加热至1150～1200℃，保温2～3h，开轧温度≥1100℃，终轧温度830～850℃，轧辊辊速4～5m/s，入水温度790～810℃，终轧后水冷至室温；
34.3)轧后分离，得到成品钢板。
35.所述步骤1)中，组坯过程具体如下：
36.选取2张几何尺寸相同、厚度均为45～90mm的高锰钢板坯进行组对，将待接触面清理干净；在高锰钢板坯的待接触面四周加工坡口，将隔离剂均匀地涂抹在高锰钢板坯的待接触面，待隔离剂晾干后进行组对；组坯后的高锰钢坯料四边中点位置预留气孔后焊接封边。
37.将待接触面清理干净具体为：采用磨床或铣床加工方式去除高锰钢板坯待接触面的氧化铁皮，然后用压缩空气将待接触面吹净。
38.所述坡口为单边v型坡口，采用机加工的方法得到；坡口角度为30～45
°
，坡口深度为30～50mm。
39.所述隔离剂为二氧化硅，隔离剂厚度为1～2mm，涂抹后自然晾干。
40.所述预留气孔采用内径为5～10mm、长度为50～70mm的钢管。
41.所述焊接封边具体为：采用9ni钢焊条平焊打底，采用不锈钢焊材横焊填充，直至将坡口填充完整，并留有余高。
42.所述步骤3)轧后分离具体为：采用火焰或等离子切割钢板的两边及头尾，采用真空吸盘吊车吊起上层钢板，分离后得到成品钢板。
43.所述成品钢板的金相组织为等轴奥氏体
44.所述成品钢板的屈服强度为434～513mpa，抗拉强度为852～871mpa，延伸率为52.39％～60.59％，
‑
196℃全厚度冲击吸收功为63～77j。
45.在工业化轧制8mm以下薄规格宽幅高锰钢中厚板时，主要面临两个难题：一是冷却工艺控制；二是板形控制。
46.在轧制薄规格高锰钢中厚板时，钢板的名义厚度越薄，表面温降越快，同板温差增大，性能不均程度增加，并且难以准确地控制钢板的终轧温度，导致钢板终轧温度过低；当lng储罐用高锰钢钢板的终轧温度较低时，会在奥氏体晶界处析出(cr,mn)
23
c6型碳化物。晶
界是一种结构缺陷，其自由能高于晶粒内部的自由能，为了降低系统总的自由能，晶界同位错、外部原子等发生相互作用，使外部原子向晶界偏聚，最终以碳化物的形式析出。晶界偏聚和晶界析出会严重恶化晶界间的结合力，从而恶化钢板的冲击韧性，引起脆化。本发明采用叠轧工艺，增大了轧制过程中钢板的名义厚度，降低了钢板在轧制过程中的冷却速率，从而更好地控制薄规格高锰钢中厚板的终轧温度，降低晶界处碳化物的析出量，保证薄规格高锰钢中厚板良好的低温冲击韧性。
47.本发明将高锰钢板料叠放组坯，采用“高温快轧 超快冷”的短流程生产工艺，能够精确地控制高锰钢坯料的终轧温度和入水温度，从而控制奥氏体晶界处碳化物析出量。轧制过程中，轧辊辊速最高可达5.86m/s，为保障轧机安全使用性，将轧辊辊速控制在4～5m/s。
48.在实验室轧制8mm以下薄规格高锰钢中厚板时，由于钢板宽度较主要集中在100～200mm之间，不存在板形控制问题。但在工业化轧制8mm以下薄规格宽幅高锰钢中厚板时，由于钢板宽度通常不低于2000mm，轧制道次多，钢板长度长、厚度薄、温降快、同板温差大，极易导致钢板瓢曲，即沿长度方向呈波浪状，导致板形极差。本发明采用叠轧工艺生产薄规格高锰钢中厚板，相当于增加了钢板的终轧厚度，降低了压缩比，减少了轧制道次和道次间的热量损耗，从而减小了同板温差，终轧后钢板的总长度变短，从而易于控制板形，大幅提升了薄规格高锰钢中厚板的成才率。叠轧钢板经火焰或等离子切割分离后，成品钢板的不平度明显降低。
49.本发明采用叠轧及控轧控冷工艺生产薄规格宽幅高锰钢钢板，钢板终轧后在线淬火至室温，无需进行后续热处理。
50.以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
51.【实施例1】
52.本实施例中，生产厚度为4.5mm的lng储罐用高锰钢中厚板，钢板的化学成分按重量百分比计为：c 0.52％，si 0.25％，mn 25.2％，s 0.005％，p 0.013％，ni 0.20％，cr 3.86％，cu 0.55％，余量为fe和不可避免的杂质。
53.本实施例中，lng储罐用高锰钢中厚板的制备过程如下：
54.(1)选材：选取2块几何尺寸为2500mm(长)
×
2000mm(宽)
×
45mm(厚)的高锰钢板坯进行组对，采用磨床去除高锰钢板坯待接触面的氧化铁皮，并用压缩空气将待接触面吹净；
55.(2)组对：采用机加工的方法在高锰钢板坯待接触面的四周加工单边v型坡口，坡口角度为45
°
，坡口深度为30mm；将主要成分为二氧化硅的隔离剂均匀涂抹在高锰钢板坯的待接触面，隔离剂厚度为1mm，自然晾干后，将上坯和下坯组对复合，在组成的高锰钢坯料四边中点位置预留气孔；预留气孔采用内径为5mm，长度为50mm的钢管；采用9ni钢焊条平焊打底，采用不锈钢焊材横焊填充，直至将焊接坡口填充完整，并留有余高；
56.(3)轧制：将组坯后的高锰钢坯料加热至1150℃，保温2h，开轧温度1100℃，终轧温度830℃，轧辊辊速5m/s，入水温度790℃，终轧后水冷至室温；
57.(4)切割分离：采用火焰切割轧后钢板的两边及头尾，用真空吸盘吊车吊起上层钢板，利用自重将2块钢板分离，得到名义厚度为4.5mm的成品钢板。
58.经检测，本实施例所生产成品钢板的屈服强度为513mpa，抗拉强度为871mpa，延伸
率为52.39％，
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196℃全厚度冲击吸收功为63j，显微组织为等轴奥氏体，金相组织照片如图1所示。
59.【实施例2】
60.本实施例中，生产厚度为5.18mm的lng储罐用高锰钢中厚板，钢板的化学成分按重量百分比计为：c 0.40％，si 0.15％，mn 23.5％，s 0.004％，p 0.02，ni 0.30％，cr 3.95％，cu 0.35％，余量为fe和不可避免的杂质。
61.本实施例中，lng储罐用高锰钢中厚板的制备过程如下：
62.(1)选材：选取2块几何尺寸为2400mm(长)
×
2100mm(宽)
×
60mm(厚)的高锰钢坯料进行组对，采用磨床去除钢坯待接触面的氧化铁皮，并用压缩空气将待接触面吹净；
63.(2)组对：采用机加工的方法在高锰钢板坯待接触面的四周加工单边v型坡口，坡口角度为35
°
，坡口深度为40mm；将主要成分为二氧化硅的隔离剂均匀地涂抹在高锰钢板坯待接触面，隔离剂厚度1.5mm，自然晾干后，将上坯和下坯组对复合，在组成的高锰钢坯料四边中点位置预留气孔，预留气孔采用内径为7mm，长度为60mm的钢管；采用9ni钢焊条平焊打底，采用不锈钢焊材横焊填充，直至将焊接坡口填充完整，并留有余高；
64.(3)轧制：将组坯后的高锰钢坯料加热至1180℃，保温2.5h，开轧温度1120℃，终轧温度840℃，轧辊辊速4.5m/s，入水温度805℃，终轧后水冷至室温；
65.(4)切割分离：采用火焰切割轧后钢板的两边及头尾，用真空吸盘吊车吊起上层钢板，利用自重将2块钢板分离，得到名义厚度为5.18mm的成品钢板。
66.经检测，本实施例所生产成品钢板的屈服强度为434mpa，抗拉强度为852mpa，延伸率为56.46％，
‑
196℃全厚度冲击吸收功为68j，冲击载荷曲线如图2所示。
67.【实施例3】
68.本实施例中，生产厚度为6.0mm的lng储罐用高锰钢中厚板，钢板的化学组成按重量百分比计为：c 0.45％，si 0.20％，mn 24.4％，s 0.004％，p 0.009％，ni 0.25％，cr 3.52％，cu 0.45％，余量为fe和不可避免的杂质。
69.本实施例中，lng储罐用高锰钢中厚板的制备过程如下：
70.(1)选材：选取2块几何尺寸为2200mm(长)
×
2000mm(宽)
×
90mm(厚)的高锰钢板坯进行组对，采用磨床去除高锰钢板坯待接触面的氧化铁皮，并用压缩空气将待接触面吹净；
71.(2)组对：采用机加工的方法在高锰钢板坯待接触面的四周加工单边v型坡口，坡口角度为30
°
，坡口深度为50mm；将主要成分为二氧化硅的隔离剂均匀地涂抹在高锰钢板坯待接触面，隔离剂厚度2mm，自然晾干后，将上坯和下坯组对复合，在组成的高锰钢坯料四边中点位置预留气孔，预留气孔采用内径为10mm，长度为70mm的钢管；采用9ni钢焊条平焊打底，采用不锈钢焊材横焊填充，直至将焊接坡口填充完整，并留有余高；
72.(3)轧制：将组坯后的高锰钢坯料加热至1200℃，保温3h，开轧温度1140℃，终轧温度850℃，轧辊辊速4m/s，入水温度810℃，终轧后水冷至室温；
73.(4)切割分离：采用火焰切割轧后钢板的两边及头尾，采用真空吸盘吊车吊起上层钢板，利用自重将2块钢板分离，得到名义厚度为6.0mm的成品钢板。
74.经检测，本实施例所生产成品钢板的屈服强度为458mpa，抗拉强度为865mpa，延伸率为60.59％，
‑
196℃全厚度冲击吸收功为77j，其拉伸应力应变曲线如图3所示。
75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。