表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可以在液化氣儲罐及運(yùn)輸設(shè)備等的低溫至室溫的廣泛的溫度下使用的低溫用鋼，提供一種經(jīng)過拉伸等的加工工序后，也依然具有優(yōu)異的表面加工品質(zhì)的低溫用鋼及其制造方法。
【專利說明】
表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼，更詳細(xì)地，涉及一種可以在液化 氣儲罐及運(yùn)輸設(shè)備等的低溫至室溫的廣泛的溫度下使用，而且加工后的表面品質(zhì)優(yōu)異的低 溫用鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于液化天然氣及液氮等的儲存容器、海洋結(jié)構(gòu)物及極地地區(qū)結(jié)構(gòu)物的鋼材應(yīng)為 在超低溫下也能夠維持充分的韌性和強(qiáng)度的低溫用鋼。這種低溫用鋼不僅要具有卓越的低 溫韌性和強(qiáng)度，而且需要具有小的熱膨脹率和熱傳導(dǎo)率，并且是一種還要考慮磁特性的鋼。
[0003] 作為在液化氣環(huán)境的低溫下可使用的材料，在現(xiàn)有技術(shù)中使用AISI304等的Cr-Ni 類不銹鋼或9%Ni鋼及5000系列的鋁合金等。然而，鋁合金的材料費(fèi)用高，并且由于低的強(qiáng) 度而使結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)厚度增加，而且焊接施工性也差，從而其使用受到限制。另一方面，Cr-Ni 類不銹鋼和 9%Ni 鋼等含有高價(jià)的鎳，以及需要附加的熱處理，從而不僅會增加制造費(fèi) 用，而且焊接材料也含有大量的高價(jià)的鎳，從而在廣泛使用方面存在問題。
[0004] 為了解決這些問題，作為通過添加錳、鉻等來減少高價(jià)的鎳含量的技術(shù)，可以列舉 如專利文獻(xiàn)1(韓國公開專利第1998-0058369號）和專利文獻(xiàn)2(國際公開專利第W02007-080646號）。所述專利文獻(xiàn)1是一種將鎳含量減少至1.5~4%，并分別添加16~22%的錳、2 ~5.5%的鉻來確保奧氏體組織，從而提高極低溫韌性的技術(shù)，并且專利文獻(xiàn)2是一種將鎳 含量減少至5.5%程度，并分別添加2.0%以下的錳、1.5%以下的鉻，并通過反復(fù)熱處理及 回火，使鐵素體晶粒微細(xì)化，從而確保極低溫韌性的技術(shù)。然而，所述專利文獻(xiàn)1及2也依然 含有高價(jià)的鎳，而且為了確保極低溫韌性，實(shí)施多個(gè)步驟的反復(fù)熱處理及回火，因此，對費(fèi) 用方面或工序的簡單化方面不利。
[0005] 作為涉及液化氣中使用的結(jié)構(gòu)用鋼的另一技術(shù)，可以列舉如完全排除鎳的、所謂 的無鎳(Ni-free)高錳鋼。所述高錳鋼根據(jù)錳的添加量，分為鐵素體類和奧氏體類。例如，專 利文獻(xiàn)3(美國授權(quán)專利第4257808號)是一種代替9%鎳添加5%的錳，并在奧氏體和鐵素體 共存的兩相區(qū)溫度區(qū)間，通過對其進(jìn)行反復(fù)熱處理4次，從而使晶粒微細(xì)化后，進(jìn)行回火，從 而提高極低溫韌性的技術(shù)。另外，專利文獻(xiàn)4(韓國公開專利第1997-0043149號）是一種添加 13%的錳，并在奧氏體和鐵素體的兩相區(qū)溫度區(qū)間，通過對其進(jìn)行反復(fù)熱處理4次，從而使 晶粒微細(xì)化后，進(jìn)行回火，從而提高極低溫韌性的技術(shù)。在所述專利文獻(xiàn)3及4中，鐵素體為 主要組織，并且為了獲得極低溫韌性，通過4次以上的反復(fù)熱處理及回火，從而使鐵素體晶 粒微細(xì)化，并將此作為主旨。然而，對于這種技術(shù)，由于熱處理次數(shù)的增加，從而會使費(fèi)用增 加，還會有熱處理設(shè)備負(fù)荷的問題。因此，開發(fā)了一種用于獲得超低溫韌性的技術(shù)，在所述 技術(shù)中，并非將鐵素體作為主要組織，而是將奧氏體(或奧氏體和馬氏體的混合組織)作 為主要組織。
[0006] 將奧氏體作為主要組織的低溫用鋼的情況下，雖然通過添加大量的碳和錳能夠使 奧氏體穩(wěn)定化，但是，這會對奧氏體的再結(jié)晶行為產(chǎn)生影響，從而在常規(guī)的乳制溫度區(qū)間， 由于部分再結(jié)晶及不均勻晶粒生長，會僅使特定的少數(shù)的奧氏體晶粒過度生長，從而會導(dǎo) 致微細(xì)組織內(nèi)奧氏體晶粒大小的嚴(yán)重不均勻化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明欲提供一種經(jīng)過拉拔及彎曲等的加工后，也依然具有優(yōu)異的表面加工品質(zhì) 的低溫用鋼。
[0009] 技術(shù)手段
[0010] 本發(fā)明通過一種表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼來實(shí)現(xiàn)，所述低溫用鋼包含15~35 重量％的錳(Mn)、滿足23.6C+Mn 2 28及33 ? 5C-Mn < 23條件范圍的碳(C)、5重量％以下（0重 量％除外）的銅(Cu)、l重量％以下(0重量％除外）的氮(N)、滿足28.5C+4.4Cr < 57條件范圍 的鉻(Cr)、5重量％以下的鎳(Ni)、5重量％以下的鉬(Mo)、4重量％以下的硅(Si)、5重量％ 以下的鋁(A1)、余量的鐵(Fe)及其它不可避免的雜質(zhì)，
[0011] 并且根據(jù)下述關(guān)系式1算出的堆垛層錯(cuò)能(SFE)為24mJ/m2以上：
[0012][關(guān)系式1]
[0013] SFE(mJ/m2)=1.6Ni-l.3Mn+0.06Mn2-l.7Cr+0.01Cr 2+15M〇-5.6Si+l.6Cu+5.5A1-60 (C+l. 2N) 1/2+26.3 (C+l. 2N) (Cr+Mn+Mo) 1/2+0.6 [Ni (Cr+Mn) ]1/2,
[0014] [其中，各數(shù)式（午糾）的血丄、0、51^1、附10及1^表示各成分含量的重量％]。
[0015] 有益效果
[0016] 本發(fā)明可以提供一種表面加工品質(zhì)優(yōu)異的鋼材，所述鋼材通過調(diào)節(jié)鋼材的組成成 分及組成范圍來提高堆垛層錯(cuò)能（Stacking Fault Energy)，從而即使在鋼材內(nèi)部形成異 常粗大的晶粒，也依然具有優(yōu)異的表面加工品質(zhì)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為奧氏體晶粒粗大化，從而形成異常粗大晶粒的現(xiàn)有鋼材的微細(xì)組織的拍攝 照片。
[0018] 圖2為拉拔圖1的現(xiàn)有的鋼材后所拍攝的、顯示出鋼材的表面不均勻的照片。
[0019] 圖3為奧氏體晶粒粗大化，從而形成異常粗大晶粒的本發(fā)明一實(shí)施例的鋼材的微 細(xì)組織的拍攝照片。
[0020] 圖4為拉拔圖3的本發(fā)明一實(shí)施例的鋼材后所拍攝的、顯示出表面均勻的照片。
[0021] 圖5為示出本發(fā)明中控制的碳及錳的范圍的圖表。
[0022]最佳實(shí)施方式
[0023] 本發(fā)明涉及一種在經(jīng)過拉拔及彎曲等的加工工序后，也依然具有優(yōu)異的表面加工 品質(zhì)的低溫用鋼及其制造方法，而且，其與在鋼材內(nèi)部形成異常粗大的晶粒無關(guān)。
[0024] 通常，碳和錳含量高的奧氏體組織的變形行為與一般的碳鋼不同，其通過滑移和 孿晶來實(shí)現(xiàn)，并且，雖然變形初期主要通過作為均勻變形的滑移來實(shí)現(xiàn)，但是，之后會伴隨 出現(xiàn)作為不均勻變形的孿晶。產(chǎn)生孿晶所需的應(yīng)力的主要變數(shù)為，所添加的元素的函數(shù)的 堆垛層錯(cuò)能和晶粒大小，尤其，晶粒大小越大，會使孿晶形成中所需的應(yīng)力減少，從而即使 在輕微的變形下，也容易產(chǎn)生孿晶。當(dāng)少數(shù)的粗大的晶粒存在于微細(xì)組織內(nèi)時(shí)，變形初期在 粗大晶粒中會產(chǎn)生孿晶變形，從而導(dǎo)致不均勻變形，因此，會使材料的表面特性變差，從而 誘發(fā)最終結(jié)構(gòu)物的厚度不均勻。尤其是如低溫壓力容器那樣，需要通過確保均勻的鋼材厚 度來實(shí)現(xiàn)耐壓性的結(jié)構(gòu)物的情況下，會在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用中產(chǎn)生大的問題。因此，通過添加 碳和錳來使微細(xì)組織奧氏體化的鋼材的情況下，可以通過解決粗大晶粒的早期孿晶變形所 導(dǎo)致的表面不均勻來提高表面加工品質(zhì)。
[0025] 因此，大量含有碳及錳的鋼材在常規(guī)的乳制溫度區(qū)域會引起奧氏體組織的部分再 結(jié)晶及晶粒成長，從而會生成異常粗大的奧氏體。通常，形成孿晶所需的臨界應(yīng)力比滑移時(shí) 要高，但是，基于上述原因而導(dǎo)致晶粒大的情況下，形成孿晶所需的應(yīng)力將減少，從而在變 形初期會產(chǎn)生孿晶變形，因此，會因不連續(xù)變形而發(fā)生表面品質(zhì)的劣化。本發(fā)明在生成異常 粗大的奧氏體晶粒的情況下，也可以通過提高孿晶變形所需的臨界應(yīng)力來抑制變形孿晶的 產(chǎn)生。
[0026] 下面，對本發(fā)明的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼包含15~35重量％的錳(Mn)、滿足23.6C+ Mn2 28及33.5C-Mn<23條件范圍的碳(C)、5重量％以下(0重量％除外）的銅(Cu)、l重量％ 以下（0重量％除外）的氮(N)、滿足28.5C+4.4Cr<57條件范圍的鉻(Cr)、5重量％以下的鎳 ()、5重量％以下的鉬(11〇)、4重量％以下的硅(51)、5重量％以下的鋁以1)、余量的鐵卬 6) 及其它不可避免的雜質(zhì)，并且根據(jù)下述關(guān)系式1算出的堆垛層錯(cuò)能(SFE)應(yīng)為24mJ/m2以上： [0028][關(guān)系式1]
[0029] SFE(mJ/m2) = 1.6Ni-1.3Mn+0.06Mn2-1.7Cr+0.01Cr2+15M〇-5.6Si+1.6Cu+5.5Al-60 (C+l. 2N) 1/2+26.3 (C+l. 2N) (Cr+Mn+Mo) 1/2+0.6 [Ni (Cr+Mn) ]1/2,
[0030] [其中，各數(shù)式的此丄、0、31^1、附10及1^表示各成分含量的重量％]。
[0031 ]錳含量高的鋼材與一般的碳鋼相比，由于堆垛層錯(cuò)能低，因此容易生成局部的位 錯(cuò)(dislocations)，并且，由于這種高密度的局部位錯(cuò)，會導(dǎo)致鋼材變形行為產(chǎn)生變化。因 此，可以通過控制堆垛層錯(cuò)能來使鋼材的變形行為產(chǎn)生變化，并且這種堆垛層錯(cuò)能作為合 金元素的函數(shù)，根據(jù)各元素提高或降低能量值的程度不同。所述式1為示出根據(jù)添加的合金 元素的含量的堆垛層錯(cuò)能的變化的關(guān)系式，是通過現(xiàn)有理論的計(jì)算值和本發(fā)明人的各種實(shí) 驗(yàn)而計(jì)算出的關(guān)系式。
[0032] 圖3示出滿足所述成分組成范圍及式1的條件的本發(fā)明一實(shí)施例的鋼材的微細(xì)組 織的拍攝照片，圖1示出現(xiàn)有的鋼材的微細(xì)組織的拍攝照片。從圖1和圖3中均可以確認(rèn)微細(xì) 組織形成有異常粗大的晶粒。
[0033] 圖2為拉拔作為現(xiàn)有的鋼材的、具有圖1的微細(xì)組織的鋼材后所拍攝的鋼材表面的 照片，可以確認(rèn)發(fā)生了不均勻。然而，如果對拉拔作為本發(fā)明一實(shí)施例的具有圖3的微細(xì)組 織的鋼材后所拍攝鋼材表面的圖4進(jìn)行確認(rèn)時(shí)，則可以確認(rèn)微細(xì)組織即使形成有異常粗大 的晶粒，也沒有產(chǎn)生不均勻，與圖2不同。
[0034][關(guān)系式2]
[0036]通過所述式2可以說明，如本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示，加工后的表面依然均勻。當(dāng) 鋼材從外部受到外力而發(fā)生變形時(shí)，由位錯(cuò)的移動而引起滑移，同時(shí)在碳和錳含量高的奧 氏體鋼材的情況下，由于低的堆垛層錯(cuò)能而進(jìn)一步伴隨著孿晶變形，從而在變形初期，主要 發(fā)生由滑移引起的變形，但是，之后，當(dāng)超過產(chǎn)生孿晶所需的臨界應(yīng)力時(shí)，將同時(shí)發(fā)生孿晶 變形。通常，由位錯(cuò)引起的滑移變形為均勻變形，另一方面，由孿晶引起的變形為不均勻變 形，尤其，局限于鋼材內(nèi)的部分粗大晶粒而發(fā)生孿晶變形時(shí)，變形后會伴隨著微細(xì)組織的不 均勻，從而在鋼材的使用中不優(yōu)選。
[0037] 通常，產(chǎn)生孿晶所需的臨界應(yīng)力比滑移時(shí)要高，但是，從式2中可以確認(rèn)，如果晶粒 的大小變得粗大，則生成孿晶的應(yīng)力會減小，因此，形成孿晶所需的應(yīng)力減少，從而會導(dǎo)致 變形初期在粗大的晶粒中局部地產(chǎn)生孿晶，由此會因不連續(xù)變形而引起表面品質(zhì)的劣化。
[0038] 然而，從式2中可知，可以通過提高堆垛層錯(cuò)能來提高孿晶產(chǎn)生應(yīng)力，而且與晶粒 的大小無關(guān)，因此，與形成粗大的晶粒無關(guān)，加工后也可以獲得優(yōu)異的表面品質(zhì)。
[0039] 通過將根據(jù)所述式1算出的堆垛層錯(cuò)能保持一定大小以上，從而可以抑制孿晶的 產(chǎn)生，并且，通過保持一定大小以上的堆垛層錯(cuò)能的鋼材的組成，從而可以提供表面品質(zhì)優(yōu) 異的低溫用鋼。
[0040] 下面，對限定鋼材的各組成的限定原因進(jìn)行說明。
[0041 ]猛(Mn): 15 ~35 重量 ％
[0042] 錳為在本發(fā)明中起到使奧氏體穩(wěn)定化的作用的元素。在本發(fā)明中，為了使極低溫 下的奧氏體相穩(wěn)定化，優(yōu)選包含15重量％以上的Mn。即，當(dāng)錳的含量少于15重量％時(shí)，如果 碳含量少，則形成亞穩(wěn)相的馬氏體，并且由于極低溫下的應(yīng)變誘導(dǎo)相變而容易轉(zhuǎn)變成a_ 馬氏體，因此無法確保韌性，并且，為了防止這些，當(dāng)試圖通過增加碳含量來使奧氏體穩(wěn)定 化時(shí)，反而會因碳化物的析出而使物理性質(zhì)迅速劣化，因此不優(yōu)選。因此，錳的含量優(yōu)選為 15重量％以上。另一方面，當(dāng)錳的含量超過35重量％時(shí)，會使鋼材的腐蝕速度降低，并且由 于含量的增加，會存在經(jīng)濟(jì)性降低的問題。因此，優(yōu)選將所述錳的含量限定在15~35重 量％。
[0043] 碳(C):滿足23 ? 6C+Mn 2 28及33 ? 5C-Mn < 23的條件
[0044]碳為使奧氏體穩(wěn)定化，增加強(qiáng)度的元素，尤其，起到降低Ms及Md的作用，所述Ms及Md 為因冷卻過程或加工而使奧氏體轉(zhuǎn)變成e馬氏體或馬氏體的相變點(diǎn)。因此，當(dāng)添加的碳不 充分時(shí)，由于奧氏體的穩(wěn)定度不足，從而在超低溫下無法獲得穩(wěn)定的奧氏體，另外，由于外 部應(yīng)力，容易應(yīng)變誘導(dǎo)相變至馬氏體或a-馬氏體，從而降低韌性，而且還降低鋼材的強(qiáng) 度，另一方面，當(dāng)碳含量過多時(shí)，會因碳化物的析出而使韌性迅速劣化，并且會因強(qiáng)度的過 度增加而使加工性變差。
[0045]尤其是在本發(fā)明中，對于碳含量，通過注意與碳及其它一起添加的元素之間的關(guān) 系而決定為優(yōu)選，為了這些，將本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的在形成碳化物中的碳和錳的關(guān)系示于圖5 中。從附圖中可知，雖然碳化物是由于碳而形成的，但是，碳化物的形成不只是獨(dú)立地受到 碳的影響，而是通過與錳的復(fù)合作用而對其的形成產(chǎn)生影響。在圖中顯示了適當(dāng)?shù)奶己俊?在圖中，為了防止碳化物的形成，在其它成分滿足本發(fā)明中規(guī)定的范圍的前提下，優(yōu)選將 23.6C+Mn(C、M為用重量％表示各成分的含量）的值控制在28以上。其表示圖的平行四邊形 區(qū)域的傾斜的左側(cè)邊界。當(dāng)23.6C+Mn小于所述28時(shí)，奧氏體的穩(wěn)定度將減少，從而會因極低 溫下的沖擊而引起應(yīng)變誘導(dǎo)相變，從而會使沖擊韌性降低。當(dāng)碳含量過高時(shí)，即，33.5C-Mn 大于23時(shí)，會因碳的過度添加而使碳化物析出而降低低溫沖擊韌性。因此，在本發(fā)明中，優(yōu) 選添加滿足23.6C+Mn 2 28及33.5C-Mn < 23的條件的碳(C)。從圖5中可知，在滿足所述數(shù)式 的范圍內(nèi)，C含量的最下限值為0重量％。
[0046] 銅(Cu) :5重量％以下(0重量％除外)
[0047] 銅在碳化物內(nèi)的固溶度非常低，并且在奧氏體內(nèi)的擴(kuò)散慢，因此會濃縮在與奧氏 體形成核的碳化物的界面上，由此會通過阻礙碳的擴(kuò)散而有效地減慢碳化物的生長，最終， 具有抑制碳化物生成的效果。對于母材，在制造過程中，可以通過加速冷卻來抑制碳化物析 出，但是，焊接熱影響區(qū)不容易控制冷卻速度，因此，在本發(fā)明中添加作為對碳化物抑制非 常有效的元素的銅。另外，銅具有通過使奧氏體穩(wěn)定化，從而提高極低溫韌性的效果。但是， 當(dāng)Cu的含量超過5重量％時(shí)，會存在降低鋼材的熱加工性的問題，因此，優(yōu)選將Cu的上限值 限制為5重量％。用于獲得上述碳化物抑制效果的銅的含量優(yōu)選為0.5重量％以上。
[0048] 氮(N):l重量％以下(0重量％除外)
[0049] 氮為與碳一起使奧氏體穩(wěn)定化，從而提高韌性的元素，尤其，與碳一樣，是一種通 過固溶強(qiáng)化來提高強(qiáng)度方面非常有利的元素。尤其，從式1中可知，是一種通過有效地提高 堆垛層錯(cuò)能來促進(jìn)滑移的元素。但，當(dāng)添加超過1%的氮時(shí)，產(chǎn)生孿晶所需的應(yīng)力將超過相 當(dāng)于常規(guī)的鋼材的加工量的應(yīng)力值，從而不必要，并且，由于形成粗大的氮化物，從而存在 使鋼材的表面品質(zhì)及物理性質(zhì)劣化的問題，因此，優(yōu)選將上限值限制為1重量％。
[0050] 除了上述元素以外，本發(fā)明的奧氏體鋼材還可以包含Cr、Ni、Mo、Si、A1。
[0051 ]鉻（Cr):28.5C+4.4Cr<57
[0052]鉻在適當(dāng)添加量范圍內(nèi)，起到使奧氏體穩(wěn)定化，從而提高低溫下的沖擊韌性的作 用，并且固溶于奧氏體內(nèi)，從而起到增加鋼材的強(qiáng)度的作用。另外，鉻也是一種提高鋼材的 耐蝕性的元素。但，鉻作為碳化物元素，尤其，是一種在奧氏體晶界形成碳化物，從而減少低 溫沖擊的元素。因此，對于本發(fā)明中添加的鉻的含量，通過注意與碳及其它一起添加的元素 之間的關(guān)系而決定為優(yōu)選，為了防止碳化物形成，在其它成分滿足本發(fā)明中規(guī)定的范圍的 前提下，優(yōu)選將28.5C+4.4Cr(C、Cr為用重量％單位表示各成分的含量)的值控制在57以下。 當(dāng)28.5C+4.4Cr的值超過57時(shí)，會因過多的鉻及碳含量而難以有效地抑制奧氏體晶界中的 碳化物的生成，因此，會存在使低溫下的沖擊韌性降低的問題。因此，在本發(fā)明中優(yōu)選添加 滿足28 ? 5C+4 ? 4Cr < 57的鉻。
[0053] 鎳(Ni):5重量％以下
[0054]鎳為有效的奧氏體穩(wěn)定化元素，并且是一種起到降低Ms及Md的作用，從而提高鋼材 的韌性的元素，所述Ms及Md為因冷卻過程或加工而使奧氏體轉(zhuǎn)變成￡_馬氏體或a-馬氏體的 相變點(diǎn)。尤其，從式1中可知，鎳是一種通過有效地提高堆垛層錯(cuò)能來促進(jìn)滑移的元素。但， 當(dāng)添加超過5重量％的鎳時(shí)，產(chǎn)生孿晶所需的應(yīng)力將超過相當(dāng)于常規(guī)的鋼材的加工量的應(yīng) 力值，從而不必要，而且是高價(jià)的元素，因此會存在降低經(jīng)濟(jì)性的問題，因此，優(yōu)選將上限值 限制為5重量％。
[0055] 鉬(Mo) :5重量％以下
[0056] 鉬是一種在適當(dāng)添加量范圍內(nèi)使奧氏體穩(wěn)定化，并且起到降低Ms及Md的作用，從而 提高鋼材的韌性的元素，所述M s及Md為因冷卻過程或加工而使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體或a-馬氏體的相變點(diǎn)。另外，是一種固溶于鋼材內(nèi)部，從而增加強(qiáng)度的元素，尤其是一種通過偏 析到奧氏體晶界中，從而提高晶界的穩(wěn)定度，并減少能量，從而起到抑制碳氮化物的晶界析 出的作用的元素。尤其，從式1中可知，是一種通過有效地提高堆垛層錯(cuò)能來促進(jìn)滑移的元 素。但，當(dāng)添加超過5重量％的鉬時(shí)，產(chǎn)生孿晶所需的應(yīng)力將超過相當(dāng)于常規(guī)的鋼材的加工 量的應(yīng)力值，從而不必要，并且對晶界穩(wěn)定度也起不到太大作用。另外，由于鉬為高價(jià)的元 素，因此會降低經(jīng)濟(jì)性，并且會引起高強(qiáng)度化帶來的韌性降低，因此，優(yōu)選將上限值限制為5 重量％。
[0057] 硅(Si):4重量％以下
[0058]硅是一種提高鋼水的鑄造性的元素，尤其是一種添加到奧氏體鋼材中時(shí)，固溶于 鋼材內(nèi)部，從而有效地增加強(qiáng)度的元素。但，當(dāng)添加超過4%的硅時(shí)，會減少堆垛層錯(cuò)能，從 而促進(jìn)孿晶的產(chǎn)生，并且會引起高強(qiáng)度化帶來的韌性降低，因此，優(yōu)選將上限值限制為4重 量％。
[0059] 鋁(Al):5重量％以下
[0060]鋁是一種在適當(dāng)添加量范圍內(nèi)使奧氏體穩(wěn)定化，并且起到降低Ms及Md的作用，從而 提高鋼材的韌性的元素，所述Ms及Md為因冷卻過程或加工而使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體或a-馬氏體的相變點(diǎn)。另外，是一種固溶于鋼材內(nèi)部，從而增加強(qiáng)度的元素，尤其是一種對鋼材 內(nèi)碳的活動度產(chǎn)生影響，并有效地抑制碳化物的形成，從而增加韌性的元素。尤其，從式1中 可知，是一種通過有效地提高堆垛層錯(cuò)能來促進(jìn)滑移的元素。但，當(dāng)添加超過5重量％的鋁 時(shí)，產(chǎn)生孿晶所需的應(yīng)力會超過相當(dāng)于常規(guī)的鋼材的加工量的應(yīng)力值，從而不必要，并且， 通過氧化物及氮化物的形成，會使鋼的鑄造性及表面品質(zhì)變差，因此，優(yōu)選將上限值限制為 5重量％。
[0061]本發(fā)明的其余成分為鐵(Fe)及其它不可避免的雜質(zhì)。但是，在通常的鋼鐵制造過 程中，會從原料或周圍環(huán)境中不可避免地混入不希望混入的雜質(zhì)，因此這些雜質(zhì)的混入是 不可避免的。這些雜質(zhì)對于本領(lǐng)域常規(guī)的鐵鋼制造過程的技術(shù)人員來說是公知的，因此在 本說明書中未特別記載關(guān)于雜質(zhì)的所有內(nèi)容。
[0062] 對于所述低溫用鋼，以面積分?jǐn)?shù)計(jì)，優(yōu)選包含95%以上的奧氏體組織。在低溫下也 示出延展性破壞的代表性的軟質(zhì)組織奧氏體，其作為用于確保低溫韌性所必需的微細(xì)組 織，以面積分?jǐn)?shù)計(jì)，優(yōu)選包含95%以上，當(dāng)少于95%時(shí)，不能確保充分的低溫韌性，即，在_ 196°C下難以充分確保41J以上的沖擊韌性，因此，優(yōu)選將該下限值限制為95%。
[0063]以面積分?jǐn)?shù)計(jì)，所述奧氏體晶界中存在的碳化物含量優(yōu)選為5%以下。在本發(fā)明 中，除了奧氏體以外可存在的代表性的組織有碳化物，該碳化物析出到奧氏體晶界上，從而 成為晶界斷裂的原因，從而使低溫韌性及延展性變差，因此，優(yōu)選將該上限值限制為5%。
[0064] 所述低溫用鋼的孿晶產(chǎn)生應(yīng)力優(yōu)選為對應(yīng)于所述低溫用鋼的5%拉伸應(yīng)變的張應(yīng) 力以上。其中，孿晶產(chǎn)生應(yīng)力表示根據(jù)式2計(jì)算的值，并且拉伸應(yīng)變表示拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)單軸拉 伸時(shí)發(fā)生了 5%的拉伸應(yīng)變。通常，對用于制造低溫容器等低溫結(jié)構(gòu)物的板材進(jìn)行成型時(shí)， 所提供的變形量換算成拉伸應(yīng)變時(shí)，大部分為5%以內(nèi)的水平，因此，用于抑制不均勻變形 的孿晶產(chǎn)生應(yīng)力優(yōu)選限制在單軸拉伸時(shí)對應(yīng)于5%變形量的張應(yīng)力以上。
[0065] 下面，對本發(fā)明的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0066] 本發(fā)明包括以下步驟:準(zhǔn)備鋼錠的步驟，所述鋼錠具有上述本發(fā)明的鋼的組成，并 且根據(jù)上述關(guān)系式1算出的堆垛層錯(cuò)能（SFE)為24mJ/m 2以上;在1050~1250°C的溫度下加 熱所述鋼錠的步驟；以及在700~950°C的溫度下，對所述經(jīng)過加熱的鋼錠進(jìn)行精乳的熱乳 步驟。
[0067]為了根據(jù)本發(fā)明制造低溫用鋼，首先準(zhǔn)備具有前述的合金組成及根據(jù)所述關(guān)系式 1算出的堆垛層錯(cuò)能(SFE)為24mJ/m2以上的鋼錠。
[0068]然后，加熱所述鋼錠，并且加熱溫度優(yōu)選為1050~1250°C。其用于固溶及均質(zhì)化鋼 錠制造步驟中生成的鑄造組織、偏析及二次相的固溶及均質(zhì)化，當(dāng)加熱溫度低于1050 °C時(shí)， 由于均質(zhì)化不足，或加熱爐的溫度太低，從而會使熱乳時(shí)的變形阻力增加，當(dāng)超過12 50 °C 時(shí)，會在鑄造組織內(nèi)的偏析帶引起部分熔融及表面品質(zhì)的劣化。因此，所述鋼錠的再加熱溫 度范圍優(yōu)選為1050~1250°C。
[0069]所述熱乳優(yōu)選在700~950°C的精乳溫度下實(shí)施，當(dāng)所述精乳溫度低于700°C時(shí)，碳 化物會析出到奧氏體晶界上，從而使伸長率及低溫韌性降低，另外，由于發(fā)生微細(xì)組織的各 向異性，從而會發(fā)生機(jī)械性質(zhì)的各向異性。當(dāng)所述精乳溫度超過950°C時(shí)，會使奧氏體晶粒 粗大化，從而使強(qiáng)度及伸長率降低，因此不優(yōu)選，因此，所述精乳溫度范圍優(yōu)選為700~950 r。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 以下，將通過實(shí)施例更加具體地說明本發(fā)明。但有必要注意，后述的實(shí)施例僅是用 于例示本發(fā)明，從而使本發(fā)明更加具體化，并不是用于限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。
[0071] 將滿足下述表1中記載的成分的鋼錠，通過下述表2中記載的制造條件來制造后， 測定并示出堆垛層錯(cuò)能、微細(xì)組織、屈服強(qiáng)度及碳化物的面積分?jǐn)?shù)，并且在下述表3中測定 并示出伸長率及夏比沖擊韌性等的物理性質(zhì)值。下述表3中的表面不均勻是通過肉眼觀察 鋼材的表面而進(jìn)行評價(jià)的。
[0072] 表 1

[0077] 如上述表2中所示，滿足本發(fā)明的成分范圍及所述式1的發(fā)明例1至8,獲得了微細(xì) 組織內(nèi)的奧氏體的面積分?jǐn)?shù)被控制在95%以上，并且碳化物被控制在小于5%的穩(wěn)定的奧 氏體，因此，顯示出了在極低溫下可以獲得優(yōu)異的韌性。
[0078] 表 3
[0079]
[0080] 另外，通過上述表3可以確認(rèn)，發(fā)明例1至8,與比較例1至3相比，沖擊韌性得到大幅 度提高。其原因?yàn)?，在比較低的錳含量范圍下通過添加適當(dāng)含量的碳及其它元素，從而獲得 穩(wěn)定的奧氏體，尤其，當(dāng)碳含量高時(shí)，通過添加銅可以抑制碳化物的形成，因此使奧氏體穩(wěn) 定性也得到提高。
[0081] 尤其，在發(fā)明鋼1至8中，根據(jù)式1，使得堆垛層錯(cuò)能滿足24mJ/m2以上，從而可以獲 得不存在表面不均勻的優(yōu)異的鋼材。另一方面，可以知道比較例1至3的堆垛層錯(cuò)能超過所 述式1的范圍，從而即使獲得了優(yōu)異的超低溫韌性，但還是發(fā)生了表面不均勻。
[0082] 另外，可以確認(rèn)比較例4及6的碳及錳的含量不符合本發(fā)明的成分范圍，從而不能 獲得預(yù)期的奧氏體面積分?jǐn)?shù)，因此使極低溫韌性降低，另外，可以知道堆垛層錯(cuò)能在本發(fā)明 中也不符合式1的范圍，從而產(chǎn)生了表面不均勻。
[0083] 可以知道比較例5及7不滿足本發(fā)明中控制的成分范圍，因此沖擊韌性差，尤其是 由于碳的過度添加而在奧氏體晶界上生成過多面積分?jǐn)?shù)的碳化物，從而導(dǎo)致沖擊韌性變 差。
[0084]比較例8不滿足本發(fā)明的成分范圍，因此，即使堆垛層錯(cuò)能超過24mJ/m2也產(chǎn)生了 表面不均勻。可以確認(rèn)，尤其是由于精乳溫度低于控制溫度，并且因物理性質(zhì)的各向異性及 高強(qiáng)度化，從而使伸長率及沖擊韌性差。
[0085]如上所述，示出并說明了本發(fā)明的例示性實(shí)施例，但，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各 種變形及其它實(shí)施例。這種變形和其它實(shí)施例均考慮并包含在權(quán)利范圍中，從而不超過本 發(fā)明的主旨及范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼，其特征在于，所述低溫用鋼包含15~35重量％ 的錳(Μη)、滿足23.6C+Mn 2 28及33.5C-Mn < 23條件范圍的碳(C)、5重量％以下（0重量％除 外）的銅（Cu)、l重量％以下（0重量％除外）的氮(N)、滿足28.5C+4.4Cr<57條件范圍的鉻 (〇)、5重量％以下的鎳(附）、5重量％以下的鉬(1〇)、4重量％以下的硅(51)、5重量％以下 的鋁(A1)、余量的鐵(Fe)及其它不可避免的雜質(zhì)， 并且根據(jù)下述關(guān)系式1算出的堆垛層錯(cuò)能(SFE)為24mJ/m2以上： [關(guān)系式1] SFE(mJ/m2) = 1.6Ni-l. 3Mn+0.06Mn2-l. 7Cr+0.01Cr2+15M〇-5.6Si+l. 6Cu+5.5A1-60(C+ 1.2N) 1/2+26.3 (C+l. 2N) (Cr+Mn+Mo) 1/2+0.6 [Ni (Cr+Mn) ]1/2, [其中，各數(shù)式的此、(：、0、5丨^1、附、1〇及~表示各成分含量的重量％]。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼，其特征在于，所述低溫用鋼以 面積分?jǐn)?shù)計(jì)，包含95 %以上的奧氏體組織。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼，其特征在于，以面積分?jǐn)?shù)計(jì)， 所述奧氏體晶界中存在的碳化物為5%以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面加工品質(zhì)優(yōu)異的低溫用鋼，其特征在于，所述低溫用鋼的 孿晶產(chǎn)生應(yīng)力為對應(yīng)于所述低溫用鋼的5 %拉伸應(yīng)變的張應(yīng)力以上。
【文檔編號】B21B3/00GK105849302SQ201480070844
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月19日
【發(fā)明人】李淳基, 徐仁植, 李學(xué)哲, 樸仁圭
【申請人】Posco公司