極低溫韌性?xún)?yōu)異且具有低屈服特性的高強(qiáng)度鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有低屈服特性且極低溫韌性?xún)?yōu)異而適用于存儲(chǔ)氣體等的儲(chǔ)氣 罐（Gas Tank)用鋼材的高強(qiáng)度鋼板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球變暖所引起的對(duì)環(huán)境法規(guī)的強(qiáng)化，使得對(duì)C02的處理方面的興趣日益增 加，在其中，正在具體實(shí)施儲(chǔ)存及移送C0 2，從而將其埋存于海洋油田采集地區(qū)的產(chǎn)業(yè)。由 此，對(duì)用于液化及儲(chǔ)存C02氣體的氣罐用鋼材的需求正在快速增加。
[0003] 為了將0)2氣體液化，至少需要7巴以上的加壓，由于用于液化C0 2氣體的氣罐的 設(shè)計(jì)溫度為_(kāi)60°C以下，因此需要用于氣罐的鋼材具備高強(qiáng)度特性，以能夠抵抗高的壓力和 外部沖擊，還需要在低的氣體溫度下也具有充分的韌性。尤其是在用于氣罐的鋼材的情況 下，根據(jù)等級(jí)規(guī)則（rule)要求在-75°C以下的溫度下具有優(yōu)異的低溫韌性。
[0004] 此外，在將氣罐用鋼材進(jìn)行焊接而制成氣罐的情況下，焊接部的消除應(yīng)力占據(jù)重 要的部分。由此，作為去除焊接部應(yīng)力的方法有根據(jù)熱處理的焊后熱處理（Post Welding Heat Treatment，PWHT)方法，通過(guò)對(duì)焊接部進(jìn)行水壓噴射等來(lái)去除應(yīng)力的機(jī)械式應(yīng)力去除 (MSR:Mechanical Stress Relief)方法。其中，利用機(jī)械式應(yīng)力去除（MSR)方法來(lái)去除焊 接部應(yīng)力的情況下，基底金屬部也會(huì)因水壓而變形，因此，將基底金屬的屈服比限制在0. 8 以下。這是由于在利用MSR來(lái)去除應(yīng)力時(shí)，因高壓水噴射而對(duì)基底金屬施加屈服強(qiáng)度以上 的變形的情況下，如果屈服強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度比高時(shí)，則會(huì)發(fā)生屈服，即，達(dá)到抗張強(qiáng)度而會(huì) 有產(chǎn)生破壞的可能性，因此需要將屈服強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度限制為差異較大。
[0005] 尤其是在氣罐的情況下，基本上需要形成大型化，因此難以實(shí)施根據(jù)PWHT方法的 應(yīng)力去除，因此，大部分的造船公司在采用機(jī)械式應(yīng)力去除（MSR)的方法，因此，用于制備 氣罐的鋼材需要具有低屈服特性。
[0006] 此外，作為提高鋼材所需的又一個(gè)特性，即提高鋼材強(qiáng)度的方法有，析出強(qiáng)化、固 溶強(qiáng)化、馬氏體（Martensite)強(qiáng)化等，但這些方法雖然可以提高強(qiáng)度，但存在使韌性變差 的問(wèn)題。
[0007] 但是，在使晶粒微細(xì)化而強(qiáng)化強(qiáng)度的情況下，不僅可以獲得高強(qiáng)度，而且因沖擊韌 性而使轉(zhuǎn)變溫度降低，從而可以防止韌性變差。
[0008] 作為例子，專(zhuān)利文獻(xiàn)1及專(zhuān)利文獻(xiàn)2為通過(guò)晶粒微細(xì)化而提高強(qiáng)度及韌性的技術(shù)， 具體公開(kāi)了一種將奧氏體晶粒微細(xì)化而使鐵素體晶粒微細(xì)化的方法，但是用于實(shí)施該方法 的制備條件苛刻，并且還存在鐵素體的微細(xì)化效果不好的問(wèn)題。
[0009] 此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3至7涉及一種通過(guò)未再結(jié)晶強(qiáng)軋制來(lái)細(xì)化鐵素體的技術(shù)，其中， 專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種在加熱低碳鋼后冷卻的過(guò)程中，在奧氏體未再結(jié)晶域溫度范圍下， 以30%以上的壓縮比實(shí)施壓縮加工，通過(guò)加速冷卻來(lái)使鐵素體微細(xì)化的方法；專(zhuān)利文獻(xiàn)4 公開(kāi)了一種首先將普通的碳鋼采用馬氏體組織進(jìn)行熱處理后，將其再加熱至鐵素體溫度范 圍，從而以每通過(guò)一次為50%以上的壓縮比來(lái)進(jìn)行加工，從而實(shí)現(xiàn)鐵素體微細(xì)化的方法。此 外，專(zhuān)利文獻(xiàn)5和專(zhuān)利文獻(xiàn)6公開(kāi)了一種通過(guò)靜態(tài)再結(jié)晶使奧氏體結(jié)晶粒度限制為一定大 小，在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域以每通過(guò)一次為30%以上的壓縮比來(lái)進(jìn)行軋制，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì) 的鐵素體的方法；專(zhuān)利文獻(xiàn)7公開(kāi)了一種通過(guò)單次或多次將再加熱的低碳鋼在Ar3溫度附 近將總壓縮比限定為75%以上，將軋制次數(shù)間的維持時(shí)間限制為1秒以下的鐵素體的微細(xì) 化方法。
[0010] 但是，在上述公開(kāi)的技術(shù)中，在制備鋼材的主要工序的軋制工序中，每次需要大下 壓量（large reduction)，而每次的時(shí)間有限，因此，上述公開(kāi)的技術(shù)是制備條件上存在難 度的技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，實(shí)際上需要設(shè)置超大型的軋制設(shè)備及控制系統(tǒng)，因此以現(xiàn)有 的設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)。
[0011] 上述技術(shù)均為根據(jù)晶粒微細(xì)化而提高強(qiáng)度及韌性的技術(shù)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵素體晶粒 的微細(xì)化時(shí)，在抗張強(qiáng)度上升的同時(shí)，屈服強(qiáng)度也同時(shí)上升，從而存在難以實(shí)現(xiàn)低屈服比的 問(wèn)題。
[0012](專(zhuān)利文獻(xiàn)1)日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第1997-296253號(hào)
[0013](專(zhuān)利文獻(xiàn)2)日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第1997-316534號(hào)
[0014](專(zhuān)利文獻(xiàn)3)韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第1999-0029986號(hào)
[0015](專(zhuān)利文獻(xiàn)4)韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第1999-0029987號(hào)
[0016](專(zhuān)利文獻(xiàn)6)韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第2004-0059579號(hào)
[0017](專(zhuān)利文獻(xiàn)5)韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第2004-0059581號(hào)
[0018](專(zhuān)利文獻(xiàn)7)美國(guó)授權(quán)專(zhuān)利第4466842號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0020]本發(fā)明的一方面，提供一種不僅提高強(qiáng)度及韌性，而且具有低屈服特性的高強(qiáng)度 鋼板及其制備方法。
[0021] 解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)手段
[0022] 本發(fā)明的一方面，提供一種高強(qiáng)度鋼板。所述高強(qiáng)度鋼板以重量％計(jì)，包含 0? 02 ~0? 12%碳（C)、0? 5 ~2. 0%錳（Mn)、0? 05 ~0? 5%硅（Si)、0? 05 ~1. 0%鎳（Ni)、 0.005 ~0.1%鈦〇1)、0.005 ~0.5%鋁仏1)、0.015%以下的磷（?）、0.015%以下的硫 (S)，以及余量的Fe及其它不可避免的雜質(zhì)；微細(xì)組織以面積分?jǐn)?shù)包含70~90%的超細(xì)鐵 素體及10~30%的MA(馬氏體/奧氏體）組織，屈服比（YS/TS)為0.8以下。
[0023] 本發(fā)明的另一方面，提供一種高強(qiáng)度鋼板的制備方法。所述高強(qiáng)度鋼板的屈服比 (YS/TS)為0. 8以下，所述高強(qiáng)度鋼板的制備方法包括下述步驟：對(duì)具有上述組成的板坯 進(jìn)行加熱；對(duì)上述加熱的板坯進(jìn)行粗軋，從而使奧氏體的平均晶粒尺寸控制在40 ym以下； 在上述粗乳后，進(jìn)行收尾乳制，從而將所述板還的基體組織（matrix structure)形成為平 均晶粒尺寸為10 y m以下的超細(xì)粒鐵素體；在上述收尾軋制后，維持30~90秒；以及在上 述維持后進(jìn)行冷卻，從而在超細(xì)粒鐵素體基體內(nèi)以10~30%的面積分?jǐn)?shù)形成平均粒徑為 5 ym以下的微細(xì)MA(馬氏體/奧氏體）。
[0024] 發(fā)明的效果
[0025] 在滿(mǎn)足本發(fā)明的成分組成及制備條件的情況下，可以獲得在_75°C下具有150J以 上的沖擊韌性值，抗張強(qiáng)度為530MPa以上的高強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)0. 8以下的低屈服比， 從而可以提供一種韌性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋼板。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1示出了用顯微鏡觀察的發(fā)明材料B-1的超細(xì)粒鐵素體形態(tài)的結(jié)果。
[0027] 圖2示出了用顯微鏡觀察的將發(fā)明材料B-1進(jìn)行拉佩拉蝕刻（lapera-etched)后 的超細(xì)粒MA相（馬氏體/奧氏體混合組織）形態(tài)的結(jié)果。
[0028] 圖3為形成MA相的過(guò)程的模擬圖，（a)為傳統(tǒng)鋼，（b)為本發(fā)明的發(fā)明鋼。
[0029] 最佳實(shí)施方式
[0030] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)控制鋼材的成分組成和微細(xì)組織，并使用晶粒微細(xì)化方法之 一的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（SIDT，StrainInducesDynamicTransformation)的乳制條件而獲得的 具有高強(qiáng)度及高韌性的同時(shí)，具有低屈服比的鋼板及其制備方法。
[0031] 作為本發(fā)明一方面的高強(qiáng)度鋼板的構(gòu)成為：以重量％計(jì)，包含0.02~0. 12%碳 (C)、0? 5 ~2. 0%錳（Mn)、0? 05 ~0? 5%硅（Si)、0? 05 ~1. 0%鎳（Ni)、0? 005 ~0? 1%鈦 〇1)、0.005~0.5%鋁仏1)、0.015%以下的磷（?）、0.015%以下的硫（5)，以及余量的卩6 及其它不可避免的雜質(zhì)。
[0032] 下面，對(duì)本發(fā)明的成分組成的范圍及其限定理由進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明（重量％ )。
[0033]C:0.02 ~0.12%
[0034] 碳（C)作為用于有效強(qiáng)化鋼材而需要以適當(dāng)量含有的元素，在本發(fā)明中，其是形 成MA相（馬氏體/奧氏體混合組織），并決定所形成的MA相的大小及分?jǐn)?shù)的最重要的元 素，因此需要以適當(dāng)?shù)姆秶?。如上所述的C的含量超過(guò)0. 12%時(shí)，會(huì)降低低溫韌性，并 過(guò)多地形成MA相，使得其分?jǐn)?shù)超過(guò)30%，因此不優(yōu)選。與此相反，C含量不足0. 02%時(shí)，會(huì) 過(guò)少地形成MA相，從而使其分?jǐn)?shù)不足10%，由此會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的降低，同時(shí)還會(huì)降低屈服比， 因此不優(yōu)選。因此，本發(fā)明中的C的含量?jī)?yōu)選限制在0. 02~0. 12%。
[0035]Mn:0.5 ~2.0%
[0036] 錳（Mn)是作用于鐵素體細(xì)?；?，并通過(guò)固溶強(qiáng)化而對(duì)提高強(qiáng)度有幫助的元素。因 此，為了獲得如上所述的Mn的效果，需要以0.5%以上來(lái)進(jìn)行添加。但是，其含量超過(guò)2.0% 時(shí)，會(huì)使硬化性過(guò)度增加，從而大大降低焊接部的韌性，因此不優(yōu)選。因此，本發(fā)明中的Mn 的含量?jī)?yōu)選限制在〇. 5~2. 0%。
[0037]Si:0.05 ~0.5%
[0038] 硅（Si)具有以固溶強(qiáng)化效果來(lái)強(qiáng)化強(qiáng)度的效果，其是在制鋼工序中也可以被用 作脫氧劑的元素。如上所述的Si的含量超過(guò)0. 5%時(shí)，會(huì)降低低溫韌性的同時(shí)，使焊接性變 差，因此需要將其含量限制在〇. 5%以下。