本發明涉及薄規格鐵基合金鋼板，尤其涉及厚度薄至5mm的超薄規格16mndr鋼板的制造方法。

　　背景技術：

　　lng(液化天然氣)是目前最重要的清潔能源，但其使用過程中存在明顯的波峰與波谷，為了穩定lng供應，需要建設大容量的lng儲罐進行調峰。lng儲罐一般容量8-20萬立方米，設計使用壽命50年，且在整個使用過程中，從設計角度，不預留檢修及維修環節。因此，lng儲罐對整個罐體用材料提出了非常高的要求，要求鋼板性能均勻、穩定且在極端情況下(如地震等)性能仍有較大的富余量。

　　16mndr是gb/t3531中的低溫壓力容器用鋼板牌號，針對5mm的16mndr鋼板，該標準僅對鋼板的成分進行了約定，并未對鋼板的拉伸性能、工藝性能進行規定，且明確了厚度低于6mm的鋼板不做沖擊試驗。

　　lng儲罐外罐底中幅板及外罐壁襯板設計為5mm厚度規格16mndr，從安全角度考慮，必須對該鋼板的力學性能、工藝性能進行約定，即，化學成分滿足gb3531的基礎上，力學性能，工藝性能等指標也必須滿足設計、實際需要。

　　目前針對5mm厚度規格或更薄規格的的16mndr鋼板，尚未見研究報道。有學者提出了“一種正火型16mndr低溫壓力容器鋼板及其制造方法”(專利公開號：cn102605241a)，該技術未提及厚度范圍，但應用實例的范圍在6-120mm，且該專利通過添加一定量的v元素進行強化。有研究人員提出了“一種120mm低溫壓力容器鋼16mndr厚板及其生產方法”(專利公開號：cn102345054a)，該技術利用模鑄生產120mm厚度規格的16mndr鋼板。

　　以上專利都是針對厚規格16mndr的發明及制造工藝進行了闡述，但本申請要討論的lng儲罐用5mm厚度規格16mndr鋼板及其生產過程要結合其自身及使用特點：

　　①使用于關鍵部位，對鋼板力學性能、工藝性能有要求；

　　②鋼板軋制方向為罐體壁板的水平方向，鋼板寬度方向為罐體壁板的垂直方向，因此鋼板縱向為主要受力方向，縱向力學性能尤為重要；

　　③儲罐超長的服役期要求16mndr鋼板應具備一定的性能穩定性；

　　④對于5mm厚度規格的鋼板，坯料心部質量是鋼板綜合性能中重要性能之一。

　　技術實現要素：

　　本發明針對現實中存在的難點與工程的迫切需要，開發了一種保低溫韌性的5mm厚度規格16mndr鋼板，該鋼板尤其能夠滿足lng儲罐的設計要求，鋼板設計成分仍滿足gb3531-2014要求；鋼板橫向與縱向試樣抗拉強度rm：490-620mpa，屈服強度rel≥315mpa，延伸率a≥21％；且-40℃溫度下，橫向沖擊試樣(試樣大小3.33mmx10mmx55mm)的沖擊吸收能量kv2≥27j；試樣在d＝2a，b＝2a條件下進行常溫彎曲試樣，彎曲角度180°，無裂紋；試樣進行5.0％的伸長冷變形，再進行250℃×1小時的人工時效處理，-40℃溫度下，橫向與縱向沖擊試樣(試樣大小3.33mmx10mmx55mm)的沖擊吸收能量kv2≥27j，具備較強的性能穩定性。且化學成分對應的碳當量cev≤0.43，使鋼板具備良好的可焊性。

　　本發明的具體技術方案為：一種超薄規格(5mm厚度)16mndr鋼板，所述鋼板以fe為基礎元素，且包含如下化學成分(質量百分比)：c：0.10-0.20％；si：0.15-0.30％；mn：1.20-1.50％；p：≤0.015％；s：≤0.005％；al：≥0.020％；ni：0.10-0.30％；h≤1ppm；as+sb+bi+sn+pb≤0.10％；碳當量cev≤0.43。

　　以下對本發明中所含組分的作用及用量選擇作具體說明：

　　c：是確保鋼板強度所必須的元素，c與fe在鋼中形成fe3c的滲碳體結構，該結構是珠光體的組成部分，因此，c可以有效提高鋼的強度。但過高的c含量對鋼的延性、韌性不利并顯著增加材料的碳當量從而不利于鋼板的焊接性能。本發明控制碳含量為0.10-0.20％。

　　si：是鋼中的脫氧元素，并以固溶強化形式提高鋼的強度。si含量低于0.10％時，脫氧效果較差，si含量較高時會造成韌性及焊接性能下降。本發明si含量控制為0.15-0.30％。

　　mn：起固溶強化作用，但①當mn含量過高時則會增加其碳當量從而損壞焊接性能；②mn可以提高鋼板的淬透性，對于5mm厚度規格鋼板，其在冷床上冷卻速率較快，過高的mn含量將導致鋼板局部區域組織異常；③mn與s結合，易在板坯中心產生偏析形成片層狀mns夾雜，導致鋼板沖擊韌性不穩定。因此，本發明mn含量控制為1.20～1.50％。

　　ni：是可以顯著改善低溫韌性的有益元素，對沖擊韌性和韌脆轉變溫度具有顯著的影響。因此，本發明將其含量控制在0.10～0.30％。

　　al：主要是起脫氧作用、細化晶粒。al與鋼水中[o]、[n]接合形成的(al2o3)、(aln)進入熔渣，實現脫氧、氮的目的；極少量殘余在鋼中的al2o3顆粒在鋼中作為第二相粒子可以細化晶粒。因此，本發明控制其含量(alt)在0.020以上。

　　h：是鋼中危害最大的元素之一，兩個h原子在鋼中形成h2分子，h2分子聚集在一起產生較大的壓力，在鋼板內部薄弱環節形成微裂紋，宏觀表現為白點，導致鋼板脆化。因此，本發明控制其含量不高于1ppm。

　　s、p：為鋼中的有害雜質元素，易形成偏析、夾雜等缺陷。作為雜質元素會給鋼板的韌性(特別是心部的韌性)和焊接熱影響區的韌性帶來不利的影響，應盡量地減少其含量。本發明控制p≤0.015％、s≤0.005％，且須通過ca處理技術使夾雜物形態球化和均勻分布，減少其對韌性的影響并保證鋼板的z向性能。

　　上述超薄規格16mndr鋼板的制造方法如下：

　　首先，鋼水冶煉:采用轉爐-lf爐外精煉-rh真空處理-cc連鑄成坯-坯料堆緩冷。然后，軋制工藝采用爐卷軋機控軋工藝生產；熱處理采用連續爐正火熱處理。具體如下

　　按所述化學組成配制冶煉原料，依次經kr鐵水預處理、轉爐冶煉、lf精煉、rh精煉和連鑄，生產出高純凈度鋼水并使用優化的連鑄工藝(低的澆鑄過熱度、低的拉坯速度、合理的輕壓下參數)生產出具有低的中心偏析和疏松且厚度150mm的連鑄板坯。由于5mm厚度鋼板在軋制后不具備堆緩冷擴h的條件，因此，連鑄完成后將連鑄坯加罩緩冷進行擴h處理從而進一步提高連鑄坯的心部質量以確保鋼板的性能均勻穩定。

　　緩冷完成后對連鑄坯表面進行帶溫清理。

　　將上述連鑄坯加熱至1180-1280℃，保溫1-2小時，使鋼中的合金元素充分固溶以保證最終產品的成份及性能的均勻，連鑄坯出爐后使用高壓水除鱗，然后進行兩階段軋制，第一階段軋制為粗軋，最后三道次單道次壓下率≥30％，累計60％以上，以保證連鑄坯的心部缺陷充分彌合從而使得鋼板的性能得到保證；第二階段軋制為精軋，采用爐卷軋制，卷曲爐爐溫850-950℃，有效解決了鋼板在軋制過程中的快速溫降問題，防止了板頭與板尾溫差過大的難題。軋制完成之后冷床空冷，然后下線。

　　對軋制完成的鋼板進行正火處理，熱處理在連續爐中進行，正火加熱溫度為860-930℃，在爐時間20-50min，出爐后空冷。

　　與現有技術相比，本發明的優點在于：

　　與現有產品、技術相比，本發明的優點在于：

　　(1)所生產的5mm厚度規格16mndr鋼板的力學性能及工藝性能等，使能夠滿足該產品作為lng等儲罐壁板建設時對縱向力學性能的嚴苛要求。

　　(2)所生產的5mm厚度規格16mndr在應變時效后沖擊韌性不改變，確保該鋼板長時間的穩定服役。

　　(3)本產品采用連鑄坯生產，并對連鑄坯采用加罩緩冷的方式進行擴h，解決了薄規格的該鋼板的擴h難題。

　　(3)采用粗軋和爐卷軋機控軋，保證了鋼板軋制時的溫度及整板溫度均勻性，提高了軋制的控制精度，尤其在后期避免了板頭與板尾溫差過大的難題。

　　附圖說明

　　圖1為典型板坯時間與溫度的緩冷曲線。

　　具體實施方式

　　以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。但各實施例僅僅是對本發明較佳實施方式的描述，而不能對本發明的范圍產生任何限制。

　　實施例1

　　實施例1涉及的鋼板厚度為5mm。

　　5mm厚度規格鋼板的生產工藝如下：

　　按表1中實施例1的化學組成配置冶煉原料依次進行kr鐵水預處理-轉爐冶煉-lf精煉-rh精煉-150mm連鑄-連鑄坯加罩緩冷–連鑄坯清理-連鑄坯加熱-保溫處理-高壓水除鱗-控軋-矯直–熱處理。

　　對出連鑄機高溫板坯進行加罩堆緩冷，進罩溫度不低于800℃，緩冷時間不低于60h，出罩溫度不高于400℃，典型板坯時間與溫度的緩冷曲線如圖1所示，該緩冷步驟的目的是降低鋼中h含量。

　　進一步地，板坯軋制成鋼板的加熱、控軋、冷卻階段的具體工藝為：連鑄坯加熱至1180-1280℃，保溫1-2小時，出爐后經高壓水除鱗，然后進行兩階段軋制。第一階段軋制(即粗軋)開軋溫度為1070℃，軋制5個道次，中間坯厚度20mm；第二階段為精軋，采用爐卷軋制，軋制6個道次，卷曲爐爐溫900-930℃，最終板厚5mm。軋后矯直，上冷床空冷，下線。

　　完全冷卻的鋼板進入連續爐進行正火熱處理，加熱溫度900℃，在爐時間30min，在靜止空氣中冷卻。

　　經由上述制造工藝形成的成品鋼板綜合性能優異，詳情見表2和表3所示。

　　實施例2

　　實施例2涉及的鋼板厚度為5mm。

　　5mm厚度規格鋼板的生產工藝如下：

　　鋼板板坯煉鋼與板坯堆緩冷與實施例1一致。

　　將連鑄坯軋制成鋼板的加熱、控軋、冷卻階段的具體工藝為：坯加熱至1180-1280℃范圍內，保溫1-2小時，出爐后經高壓水除鱗，然后進行兩階段軋制：第一階段軋制(粗軋)開軋溫度為1050℃，軋制7個道次，中間坯厚度30mm；第二階段軋制為精軋，采用爐卷軋制，軋制6個道次，卷曲爐爐溫880-900℃，最終板厚5mm。軋后矯直，上冷床空冷，下線。

　　完全冷卻后的鋼板進入連續爐進行正火熱處理，加熱溫度870℃，在爐時間20min，在靜止空氣中冷卻。

　　經由上述制造工藝形成的成品鋼板綜合性能優異，詳見表2和表3所示。

　　表1實施例成品化學成分(wt％)

　　表2實施例生產的鋼板的力學性能(交貨態)

　　表3實施例生產的鋼板的力學性能(應變時效后*)

　　*：試樣進行5.0％的伸長冷變形，再進行250℃×1小時的人工時效處理。

　　本發明針對目前lng儲罐建設的迫切需要，使用合理的化學成分設計；結合連鑄工藝生產具有低的中心偏析和疏松的連鑄板坯；配合大壓下軋制工藝；優化熱處理工藝，制造出5mm厚度規格且保證力學性能及工藝性能的16mndr鋼板，尤其適用于lng大型儲罐的壁板之用，具有較好的低溫性能和長久穩定的服役性能。

　　盡管以上詳細地描述了本發明的優選實施例，但是應該清楚地理解，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。