CN104294153A - 一种耐碱性腐蚀锚链钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种耐碱性腐蚀锚链钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.27～0.33%、Si:0.15～0.55%、Mn:1.4～1.6%、P≤0.035%、S≤0.015%、B0.001～0.003%、V0.03～0.05%、Cu0.1～0.25%、Als0.025～0.035%、Ni0.1～0.25%、Ca0.001～0.007％；工艺：铁水脱硫；转炉冶炼；吹氩；LF炉精炼；RH炉真空处理；铸坯；自然堆垛冷却至室温；粗轧；精轧；空冷至室温待用。本发明能提高钢的耐碱性腐蚀能力45%以上，使锚链钢其在碱性条件下服役期延长；并在不降低材料性能的情况下，降低了合金含量，从而降低了生产成本，且具有优良的焊接性能及塑性；转炉的工艺具有高的能效比。

Description

一种耐碱性腐蚀锚链钢及生产方法

技术领域

本发明涉及低合金钢的生产技术领域，尤其适用于一种直径不大于40mm耐碱性腐蚀锚链钢的生产方法。 

背景技术

锚链是舰船和海洋工程中重要的部件，是一种高强度、高技术含量的产品，广泛应用于大型船舶的系泊定位。服役条件恶劣，长期浸泡在海水中，因此不仅要求具有高强度、良好的韧性，而且需要具有好的耐海水腐蚀、耐磨损等特性。锚链钢则是用于制作锚链的原材料，因而其质量要求不言而喻。 

当锚链在死海或者其他呈碱性海域使用时，将面临碱性环境的腐蚀，而目前对锚链钢腐蚀的研究主要酸性海水腐蚀，关于相关方面的研究及应用很少报道，因此有必要研制出一种耐碱性腐蚀的锚链钢。 

申请号为 CN00109053.4公开了一种高强度、高韧性、耐腐蚀的系泊链用钢及其生产工艺，该钢含有(重量%)C：0.25-0.33%、Si：0.15-0.30%、Mn：1.45-1.75%、Cr：0.90-1.40%、Ni：1.00-1.20%、Mo：0.45-0.65%、Nb：0.02-0.06%、Al：0.020-0.05%、残余及有害元素P≤0.020%、S≤0.015%、Cu≤0.20%、Sn≤0,03%、Sb≤0.01%、As≤0.04%、B≤0.005%、[N]≤0.009%、[O]≤0.0020%、[H]≤0.0002%，其余为Fe。同时其碳当量必须大于1.40。该钢采用 EAF+LF+VD+CCM工艺生产，可用于半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮以及其它海洋开发设施的R4级系泊链，亦可用于一些要求较高的船舶锚链。该技术存在以下几个问题：ⅰ碳当量较高，影响焊接性能；ⅱ电炉生产相对于转炉成本较高；ⅲ合金成分总体设置较高，导致材料的组织在交货的时候需进行退火处理，否则材料在放置过程中出现组织转变，产生组织应力，导致材料出现内部裂纹；ⅳ该钢在碱性环境下，其耐碱性性能与普通锚链钢差不多。 

申请号为 CN 99116494公开了一种用于制造四级海洋系泊链用钢钢27CrMnMo，该钢的化学成分重量百分比为碳0.25—0.30，硅0.15—0.37，锰0.90—1.70，铬0.90—1.70，钼0.40—0.60，铝0.01—0.06，镍0.00—0.20，铜0.00—0.25，磷0.000—0.025，硫0.000—0.025，铌0.02—0.04，余量为铁，该钢通过控制碳含量，调整易烧损(氧化)和不易烧损(氧化)合金元素含量的比例，能在无氩气保护状态下保证链环闪光焊接的质量，链环力学性能符合英国劳氏船级社“船泊入级规范”的规定，链环焊缝区的低温(－20℃)V型冲击功大于40J。其缺点是铬含量是易偏析元素，在凝固过程中产生的枝晶偏析，影响整体耐腐蚀性能，同时枝晶偏析易产生带状组织，而带状组织会使钢的力学性能产生方向性，使钢的横向塑性和韧性指标降低；另，该钢在碱性环境下，其耐碱性性能与普通锚链钢差不多。 

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证其力学性能的前提下，能提高钢的耐碱性腐蚀能力45%以上，使锚链钢其在碱性条件下服役期延长的耐碱性腐蚀锚链钢及生产方法。 

本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究其结果，为了既使在保证基本力学性能的前提下，还能实现提高锚链的耐碱腐蚀性能，因此提出了采用在成分方面主要是采用了提高V元素含量，使添加钒可以与钢中的碳、氮原子形成细小的碳化物和碳氮化物，这些碳化物和碳氮化物在奥氏体转化为铁素体和珠光体的过程中和转变后逐渐析出，起到细化钢的室温组织的作用，并阻碍晶格中的位错运动，产生沉淀强化的作用，最终达到改进钢的强韧性；其次还添加了少量提高耐碱性腐蚀能力的元素镍、铜等，改善耐碱性腐蚀，以及少量的Ca元素，提高钢的纯净度，发挥基材的潜能，从而进一步提高了锚链钢的耐碱性腐蚀能力；成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，本申请经研究，工艺方面主要是采取了开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度在878～950℃的范围，目的是终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化，综合性能得到改善，同时也有利于钒的析出物析出更加细小和弥散，所以终轧温度在878～950℃。 

实现上述目的的措施： 

一种耐碱性腐蚀锚链钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.27～0.33%、Si:0.15～0.55%、Mn:1.4～1.6%、P≤0.035%、S≤0.015%、B 0.001～0.003%、V 0.03～0.05%、Cu 0.1～0. 25%、Als 0.025～0.035%、Ni 0.1～0.25%、Ca 0.001～0.007％，其余为Fe和杂质元素；同时满足： V+ Ni不低于0.16%。

优选地：Si重量百分比含量为： 0.16～0.50%。 

优选地：Ni重量百分比含量为： 0.13～0.235%。 

优选地：V重量百分比含量为： 0.03～0.048%。 

生产一种耐碱性腐蚀锚链钢的方法，其步骤： 

1)对铁水进行脱硫，并采用喷镁粉脱硫，控制脱硫后出站铁水中的S≦0.01%，且不留渣操作；

2)进行转炉冶炼：采用顶底复合吹炼，控制非钢加入量占炉内总装入量的10～15%；点出不超过二次；终渣碱度控制在1.8~2.2；终点C不低于0.07%；控制出钢温度在1680～1700℃；钢包渣层厚度控制在不超过100mm；

   出钢到1/4时，先向钢水中加入硅锰铁及碳化硅合金原料，其中：硅锰铁按照18~21Kg/吨钢加入，碳化硅按照2.5~4.5Kg/吨钢加入；当出钢到3/4时，按照0.5～0.8kg/吨钢加入钒铁，按照1.5～3kg/吨钢加入镍铁，按照0.6～1.2kg/吨钢加入硼铁，按照 2～3kg/吨钢加入碳粉一次性加完；

3)在氩站吹氩，在成分进行微调后开始吹氩，吹氩时间不低于5 min，并在吹氩的同时按照8～12米/吨钢喂入铝线； 

4)LF炉精炼时，加热时间不低于10min，并控制氩气气压力为0.5～0.6MPa，氩气气流量为7.0～10.0Nm3/min，吹氩时间:20～40min；，进行成分微调、测温、取样，起吊前按照3～5米/吨喂入Ca线；

5) RH炉真空处理时，脱气时间为30~45min，并且保持炉内真空度在60Pa以下脱气时间大于5min；

6)进行铸坯：采用大罐长水口及结晶器浸入式水口进行保护浇注，控制水口的插入深度在100~150mm；且中间包保护渣采用碱性的，结晶器保护渣采用中碳的，常规速度拉坯；

7)自然堆垛冷却至室温；，加热时间100～120min，不得过热、过烧，开轧温度：1050～1150℃，终轧温度980～1050℃；

8)对铸坯加热，控制均热段温度为：1200～1300℃，加热时间在于100～120min；

9)进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

10)进行精轧，控制其终轧温度878~950℃；

11)自然空冷至室温待用。

本发明中各元素及主要工序的作用 

C：C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，也能提高耐热钢的高温强度，但是当其含量低于0.27%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.33%，会产生塑性和韧性下降，对焊接性能不利，同时会促进珠光体转变，降低钢的耐碱性腐蚀性能，因此，本发明C选择在0.27~0.33%。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的屈服强度，但是Si会严重损害钢的低温韧性，提高韧脆转变温度，所以不宜太高，选择Si的范围在0.15～0.55%；优选地：Si重量百分比含量为：0.16～0.50%。 

Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在1.4～1.6%； 

S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≦0.015%；

P是对抗碱性腐蚀性能有利的元素，能够有助于在钢表面形成均匀的a-FeOOH锈层，阻止进一步腐蚀，因此其需要有一定的量，而过高的P易在晶界偏析，增加钢的脆性，使低温冲击性能大幅下降，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≦0.035%。

B：钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂，提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止夹杂物进一步长大，使夹杂物变得细小，圆整，均匀分布于晶界，强化了晶界，使材料的韧性提高。当硼的含量大于0.003%时，其对钢的效果不再随含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的控制量在 0.001～0.003%范围； 

Cu：是提高耐腐蚀性能的主要合金元素，钢中含有一定量的铜，能够有效提高钢的耐腐蚀性能，其含量低于0.1%，效果不明显，超过0.25%时，会出现铜脆现象，而且铜含量达到一定量再增加不会明显的大幅增加耐蚀性，同时恶化其焊接性能，所以铜的控制量在 0. 1～0.25%范围；

Ni：是提高耐腐蚀性能的合金元素，同时镍固溶在钢中，富集于靠近基体的金属锈层中，形成致密、粘附性强，接近于非晶态的稳定锈层，能够阻碍腐蚀性介质向基体渗透，增加钢的耐蚀性，镍还能改善钢的低温韧性。同时添加的镍还能够防止铜脆现象的产生。其含量低于0.1%，提高耐腐蚀效果不明显，超过0.25%时，耐腐蚀性能不再大幅增加，反而增加了生产成本，所以镍的控制量在 0. 1～0.25%范围；优选地：Ni重量百分比含量为：0.13～0.235%。

V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，从而提高材料的强度和低温韧性。V低于0.03%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.05%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差；优选地：V重量百分比含量为：0.03～0.048%。 

Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量低于0.025%，细化作用不明显，Al含量高与0.035%，降低了钢液的流动性，形成大量的Al₂O₃会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在0.025～0.035%； 

Ca：可以净化钢液，提高钢的纯净度，使钢的MnS球化，发挥材料的潜能，从而提高了锚链钢的耐碱性腐蚀能力，其含量过高时，易形成粗大的非金属夹杂物，所以选择范围在0.001～0.007%。

之所以采用了开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度在878～950℃的范围，目的是终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化，综合性能得到改善，同时也有利于钒的析出物析出更加细小和弥散。 

之所以要限定V+ Ni不低于0.16%，是为了保证基本的力学性能和一定的耐碱性性能。 

本发明与现有技术相比，能提高钢的耐碱性腐蚀能力45%以上，使锚链钢其在碱性条件下服役期延长；并在不降低材料性能的情况下，降低了合金含量，从而降低了生产成本，且具有优良的焊接性能及塑性；转炉的工艺具有高的能效比。 

附图说明

附图为本发明的热轧态金相组织示意图； 

本发明铁素体晶粒度10-10.5级，说明V的析出强化以及低温轧制起到很好的细化晶粒作用。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述： 

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表；

表4 为本发明各实施例及对比例耐碱性腐蚀结果列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产： 

1)对铁水进行脱硫，并采用喷镁粉脱硫，控制脱硫后出站铁水中的S≦0.01%，且不留渣操作；

2)进行转炉冶炼：采用顶底复合吹炼，控制非钢加入量占炉内总装入量的10～15%；点出不超过二次；终渣碱度控制在1.8~2.2；终点C不低于0.07%；控制出钢温度在1680～1700℃；钢包渣层厚度控制在不超过100mm；

   出钢到1/4时，先向钢水中加入硅锰铁及碳化硅合金原料，其中：硅锰铁按照18~21Kg/吨钢加入，碳化硅按照2.5~4.5Kg/吨钢加入；当出钢到3/4时，按照0.5～0.8kg/吨钢加入钒铁，按照1.5～3kg/吨钢加入镍铁，按照0.6～1.2kg/吨钢加入硼铁，按照 2～3kg/吨钢加入碳粉一次性加完；

3)在氩站吹氩，在成分进行微调后开始吹氩，吹氩时间不低于5 min，并在吹氩的同时按照8～12米/吨钢喂入铝线； 

4)LF炉精炼时，加热时间不低于10min，并控制氩气气压力为0.5～0.6MPa，氩气气流量为7.0～10.0Nm3/min，吹氩时间:20～40min；，进行成分微调、测温、取样，起吊前按照3～5米/吨喂入Ca线；

5) RH炉真空处理时，脱气时间为30~45min，并且保持炉内真空度在60Pa以下脱气时间大于5min；

6)进行铸坯：采用大罐长水口及结晶器浸入式水口进行保护浇注，控制水口的插入深度在100~150mm；且中间包保护渣采用碱性的，结晶器保护渣采用中碳的，常规速度拉坯；

7)自然堆垛冷却至室温；，加热时间100～120min，不得过热、过烧，开轧温度：1050～1150℃，终轧温度980～1050℃；

8)对铸坯加热，控制均热段温度为：1200～1300℃，加热时间在于100～120min；

9)进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

10)进行精轧，控制其终轧温度878~950℃；

11)自然空冷至室温待用。

表1    本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%） 

表1中的规格与成分并非对应关系。

表2  本发明各实施例及对比例工艺主要参数控制列表（一) 

表2   本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表（二)

利用涡流探伤机对棒材表面及内部质量进行在线无损探伤。对无缺陷的钢材进行调质处理后，进行性能检测，性能见表3。

表3   本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表 

表4为本发明各实施例及对比例耐碱性腐蚀结果列表

加工成标准样，在模拟的碱性气氛下进行周浸实验，实验温度45±2℃，相对湿度70±5%，周浸轮转速1圈/60分钟，腐蚀时间分别为216小时(腐蚀率1)和288小时(腐蚀率2)，在F1-65型周浸试验机上进行测试，采用腐蚀速度来表征耐腐蚀能力，腐蚀速度采用失重法计算，腐蚀速度越低，其耐腐蚀能力越强，从表4中可以看出，本发明的试验钢种比对比普通锚链钢更具有耐腐蚀能力。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。 

Claims (5)

1.一种耐碱性腐蚀锚链钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.27～0.33%、Si:0.15～0.55%、Mn:1.4～1.6%、P≤0.035%、S≤0.015%、B 0.001～0.003%、V 0.03～0.05%、Cu 0.1～0. 25%、Als 0.025～0.035%、Ni 0.1～0.25%、Ca 0.001～0.007％，其余为Fe和杂质元素；同时满足： V+ Ni不低于0.16%。

2.如权利要求1所述的一种耐碱性腐蚀锚链钢，其特征在于：Si重量百分比含量为： 0.16～0.50%。

3.如权利要求1所述的一种耐碱性腐蚀锚链钢，其特征在于：Ni重量百分比含量为： 0.13～0.235%。

4.如权利要求1所述的一种耐碱性腐蚀锚链钢，其特征在于：V重量百分比含量为： 0.03～0.048%。

5.生产权利要求1所述的一种耐碱性腐蚀锚链钢的方法，其步骤：

1)对铁水进行脱硫，并采用喷镁粉脱硫，控制脱硫后出站铁水中的S≦0.01%，且不留渣操作；

2)进行转炉冶炼：采用顶底复合吹炼，控制非钢加入量占炉内总装入量的10～15%；点出不超过二次；终渣碱度控制在1.8~2.2；终点C不低于0.07%；控制出钢温度在1680～1700℃；钢包渣层厚度控制在不超过100mm；

出钢到1/4时，先向钢水中加入硅锰铁及碳化硅合金原料，其中：硅锰铁按照18~21Kg/吨钢加入，碳化硅按照2.5~4.5Kg/吨钢加入；当出钢到3/4时，按照0.5～0.8kg/吨钢加入钒铁，按照1.5～3kg/吨钢加入镍铁，按照0.6～1.2kg/吨钢加入硼铁，按照 2～3kg/吨钢加入碳粉一次性加完；

3)在氩站吹氩，在成分进行微调后开始吹氩，吹氩时间不低于5 min，并在吹氩的同时按照8～12米/吨钢喂入铝线； 

4)LF炉精炼时，加热时间不低于10min，并控制氩气气压力为0.5～0.6MPa，氩气气流量为7.0～10.0Nm3/min，吹氩时间:20～40min；，进行成分微调、测温、取样，起吊前按照3～5米/吨喂入Ca线；

5) RH炉真空处理时，脱气时间为30~45min，并且保持炉内真空度在60Pa以下脱气时间大于5min；

6)进行铸坯：采用大罐长水口及结晶器浸入式水口进行保护浇注，控制水口的插入深度在100~150mm；且中间包保护渣采用碱性的，结晶器保护渣采用中碳的，常规速度拉坯

7)自然堆垛冷却至室温；，加热时间100～120min，不得过热、过烧，开轧温度：1050～1150℃，终轧温度980～1050℃；

8)对铸坯加热，控制均热段温度为：1200～1300℃，加热时间在于100～120min；

9)进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

10)进行精轧，控制其终轧温度878~950℃；

11)自然空冷至室温待用。