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CN116200644B - 一种9Ni钢的生产方法 - Google Patents

一种9Ni钢的生产方法 Download PDF

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CN116200644B CN202310210727.1A CN202310210727A CN116200644B CN 116200644 B CN116200644 B CN 116200644B CN 202310210727 A CN202310210727 A CN 202310210727A CN 116200644 B CN116200644 B CN 116200644B
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Abstract

本发明公开了一种9Ni钢的生产方法，首先经过预处理将钢锭轧制成初始钢板，再通过热‑机械控制将初始钢板控制轧制成一阶段钢板，再空冷至室温，再依次经过两相区淬火和回火，得到9Ni钢板。本发明采用热‑机械控制+热处理的生产工艺，使组织发生相变，同时改变了材料的厚度，直接控制钢板所需尺寸，简化了生产流程，优化了生产工艺，减少了能源消耗，提高了既有的强度和低温韧性，生产出综合性能更好的9Ni钢。

Description

一种9Ni钢的生产方法
技术领域
本发明涉及镍钢生产领域，具体是一种9Ni钢的生产方法。
背景技术
为了方便运输和储存，天然气需要冷却至-162℃液化压缩。9Ni钢由于具有良好的强度、低温韧性和止裂能力，被广泛应用于液态天然气储罐和运输船舶的制备。9Ni钢的成分采用低碳、高镍，复合添加少量的Si、Mn等合金元素。通过位错强化、细晶强化的方式获得细小的板条马氏体组织，以提高强度，在晶界处存在逆转变奥氏体，逆转变奥氏体具有提高基体韧性的作用。
9Ni钢大都采用调质生产或淬火+两相区淬火+回火的传统工艺来生产，以满足对强度和低温韧性的要求。当前主流的生产技术需要在热处理前将材料完全奥氏体化进行预处理，具体工艺流程如图2所示。调质工艺流程简单，但是低温韧性较弱，淬火+两相区淬火+回火的传统工艺尽管满足了良好的强度和低温韧性，但是由于其需要离线热处理，增加了能源和时间的消耗。所以需要一种生产工艺在满足良好强度和低温韧性的同时，还能简化工艺流程。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种9Ni钢的生产方法。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种9Ni钢的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、将钢锭加热至1150～1250℃等温处理90～150min后，再经过粗轧，轧制成初始钢板；
步骤2、将初始钢板置于奥氏体化温度以上的炉内等温处理30～80min；
步骤3、设置总变形量为50％～55％；轧制过程为多道次轧制，具体道次数根据初始钢板的厚度决定，每个道次的变形量为17％～22％，终轧温度比开轧温度低0～50℃，得到一阶段钢板；
步骤4、轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于660～700℃的炉内等温处理50～80min后，再进行水冷，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于560～600℃的未再结晶区等温处理50～80min后，再进行水冷，得到9Ni钢板。
与现有的技术工艺相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用热-机械控制(TMCP)+热处理的生产工艺，使组织发生相变，同时改变了材料的厚度，直接控制钢板所需尺寸，简化了生产流程，优化了生产工艺，减少了能源消耗，提高了既有的强度和低温韧性，生产出综合性能更好的9Ni钢。
(2)低碳钢经轧制后再空冷，组织发生动态再结晶进行贝氏体相变，相变过程中，使组织内产生较多的贝氏体组织，部分铁素体优先在枝晶偏析，在富碳组织延伸而成的条带间生成；经过两相区淬火，激活了因轧制储存的应变能，使高位错位置发生马氏体相变，最终组织为贝氏体+马氏体的复相组织。轧制温度增加，使组织发生更多的动态再结晶，有更高的细化程度，使强度增加。另外，轧制后空冷会使组织中产生M-A岛；经过回火，逆转变奥氏体从已有的马氏体板条晶界处长大，而M-A岛分解成马氏体组织，这部分残余奥氏体成为逆转变奥氏体长大的核心，从而组织中有更多的逆转变奥氏体，有利于强化低温韧性。
(3)本发明所生产的9Ni钢，屈服强度在690～730MPa，抗拉强度在730～780MPa，延伸率在25％以上，力学性能达到国家标准，并在强度和低温韧性上超过传统工艺制备的9Ni钢。
附图说明
图1为本发明的9Ni钢生产工艺流程图；
图2为现有技术中采用淬火+两相区淬火+回火的传统工艺生产9Ni钢的工艺流程图；
图3为本发明实施例1的显微组织图；
图4为本发明实施例2的显微组织图；
图5为本发明实施例3的显微组织图；
图6为本发明对比例1的显微组织图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本发明权利要求的保护范围。
本发明提供了一种9Ni钢的生产方法(简称方法)，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、预处理：将钢锭加热至1150～1250℃(优选1200℃)等温处理90～150min(优选120min)后，再经过粗轧，轧制成初始钢板；
优选地，步骤1中，所述钢锭的质量分数组成为：C＜0.10％、Ni为8.5～9.5％、Si为0.10～0.15％、Mn为0.6～0.65％、P<0.005％、S<0.005％、Mo<0.01％、V<0.01％、W<0.01％，余量为Fe。优选地，钢锭的质量分数组成为：C为0.05～0.10％、Ni为9～9.5％、Si为0.10～0.15％、Mn为0.6～0.65％、P<0.005％、S<0.005％、Mo<0.01％、V<0.01％、W<0.01％，余量为Fe。
优选地，步骤1中，初始钢板的厚度小于50mm。
步骤2、材料加热：将初始钢板置于奥氏体化温度以上(即780～1050℃)的炉内等温处理30～80min(优选60min)；
步骤3、控制轧制：设置总变形量为50％～55％；轧制过程为多道次轧制，具体道次数根据初始钢板的厚度决定，每个道次的变形量为17％～22％，终轧温度比开轧温度低0～50℃，得到一阶段钢板；
优选地，步骤3中，开轧温度为步骤2的材料加热温度。
优选地，步骤3中，终轧温度与开轧温度相同。
步骤4、材料冷却：轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于660～700℃(优选680℃)的炉内等温处理50～80min(优选60min)后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于560～600℃(优选580℃)的未再结晶区等温处理50～80min(优选60min)后，再进行水冷，实现回火，得到9Ni钢板。
优选地，步骤6中，9Ni钢板的厚度小于25mm。
实施例1
步骤1、预处理：将尺寸为130×120×100mm的钢锭加热至1200℃等温处理120min，再经过粗轧，轧制成厚度为35mm的初始钢板；
步骤2、材料加热：将初始钢板置于1000℃的炉内等温处理60min；
步骤3、控制轧制：设置总变形量为53％；轧制过程设置4个道次，第一道次将初始钢板从35mm轧到28mm，第二道次将钢板从28mm轧到22mm，第三道次将钢板从22mm轧到18mm，第四道次将钢板从18mm轧到15mm(即35-28-22-18-15)，开轧温度为1000℃，终轧温度为960℃，得到一阶段钢板；
步骤4、材料冷却：轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于680℃的炉内等温处理60min后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于580℃的未再结晶区等温处理60min后，再进行水冷，实现回火，得到厚度为15mm的9Ni钢板。
由图3可以看出，在轧制温度为1000℃时，变形抗力低，组织生长机制为再结晶形成等轴晶粒，晶粒中表现出更多的亚晶界，位错密度和形核点大大下降，铁素体明显较大，组织细化程度最高。
实施例2
步骤1、预处理：将尺寸为130×120×100mm的钢锭加热至1200℃等温处理120min，再经过粗轧，轧制成厚度为35mm的初始钢板；
步骤2、材料加热：将初始钢板置于900℃的炉内等温处理60min；
步骤3、控制轧制：设置总变形量为53％；轧制过程设置4个道次(即35-28-22-18-15)，开轧温度为900℃，终轧温度为860℃，得到一阶段钢板；
步骤4、材料冷却：轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于680℃的炉内等温处理60min后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于580℃的未再结晶区等温处理60min后，再进行水冷，实现回火，得到厚度为15mm的9Ni钢板。
由图4可以看出，在组织中形成位错含量相对减少，形核位置从而减少，使发生枝晶偏析的铁素体晶粒可以充分长大，降低了组织的细化程度。
实施例3
步骤1、预处理：将尺寸为130×120×100mm的钢锭加热至1200℃等温处理120min，再经过粗轧，轧制成厚度为35mm的初始钢板；
步骤2、材料加热：将初始钢板置于800℃的炉内等温处理60min；
步骤3、控制轧制：设置总变形量为53％；轧制过程设置4个道次(35-28-22-18-15)，开轧温度为800℃，终轧温度为760℃，得到一阶段钢板；
步骤4、材料冷却：轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于680℃的炉内等温处理60min后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于580℃的未再结晶区等温处理60min后，再进行水冷，实现回火，得到厚度为15mm的9Ni钢板。
由图5可以看出，相比于实施例1和实施例2的组织，细化程度最低，可以表明随着轧制温度降低，晶粒更大。
各实施例的力学性能见表1：
表1
实施例 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ -196℃低温冲击功/J
1 781 734 28.2 239
2 744 697 28.4 249
3 736 696 29.6 245
由表1可知，实施例1～3，简化生产工艺，并获得良好的强度和低温韧性。
对比例1
采用传统工艺：800℃等温处理1h淬火+680℃等温处理1h两相区淬火+580℃等温处理1h。
步骤1、预处理：将尺寸为130×120×100mm的钢锭加热至1200℃等温处理120min，再经过粗轧，轧制成厚度为35mm的初始钢板；
步骤2、将初始钢板置于800℃的炉内等温处理60min后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到一阶段钢板；
步骤3、将一阶段钢板置于680℃的炉内等温处理60min后，再进行水冷，实现两相区淬火，得到二阶段钢板；
步骤4、将二阶段钢板置于580℃的未再结晶区等温处理60min后，再进行水冷，实现回火，得到厚度为35mm的9Ni钢板。
由图6可以看出，晶粒更加细小且致密，经过两相区淬火的9Ni钢，在原马氏体基础上形成回火马氏体，并使组织细化程度高，有助于增加硬度和强度。
与图3～图5对比可以看出，通过在合适的加工条件下，热-机械控制(TMCP)+热处理工艺制备的9Ni钢拥有更细小的组织，并且组织是具有马氏体和贝氏体双相的强化作用。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种9Ni钢的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、将钢锭加热至1150～1250℃等温处理90～150min后，再经过粗轧，轧制成初始钢板；
步骤2、将初始钢板置于奥氏体化温度以上的炉内等温处理30～80min；
步骤3、设置总变形量为50％～55％；轧制过程为多道次轧制，具体道次数根据初始钢板的厚度决定，每个道次的变形量为17％～22％，终轧温度比开轧温度低0～50℃，得到一阶段钢板；
步骤4、轧制结束后，将一阶段钢板冷却至室温，冷却方式为空冷；
步骤5、将空冷后的一阶段钢板置于660～700℃的炉内等温处理50～80min后，再进行水冷，得到二阶段钢板；
步骤6、将二阶段钢板置于560～600℃的未再结晶区等温处理50～80min后，再进行水冷，得到9Ni钢板。
2.根据权利要求1所述的9Ni钢的生产方法，其特征在于，步骤1中，所述钢锭的质量分数组成为：C＜0.10％、Ni为8.5～9.5％、Si为0.10～0.15％、Mn为0.6～0.65％、P<0.005％、S<0.005％、Mo<0.01％、V<0.01％、W<0.01％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的9Ni钢的生产方法，其特征在于，步骤3中，终轧温度与开轧温度相同。
4.根据权利要求1所述的9Ni钢的生产方法，其特征在于，步骤3中，开轧温度为步骤2的温度。
5.根据权利要求1所述的9Ni钢的生产方法，其特征在于，初始钢板的厚度小于50mm，9Ni钢板的厚度小于25mm。
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