CN107868919B - 一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法，所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的化学成分质量百分比包括：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1‑0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明采用低碳成分设计，添加适量的铜、锑、锡、钼以改善耐盐酸和硫酸腐蚀性能，以固溶强化为主要方式，通过低温轧制及驰豫工艺获得屈强比≤0.70，延伸率≥40％，制备得到了具备极佳塑性的耐盐酸和硫酸腐蚀热轧钢板。

Description

一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢材生产技术领域，特别涉及一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其生产方法。
背景技术
对于电力、石化等行业燃烧排放气体主要由水分、二氧化硫、三氧化硫、氯化氢、氮氧化物、二氧化碳、氧气等构成，非常容易产生盐酸和硫酸凝结，通常，硫酸露点温度在100℃～150℃左右，盐酸露点温度在50℃～80℃左右，由于排烟系统所通过的燃烧气体温度是一定的，受设备壁面温度的影响会同时产生盐酸露点和硫酸露点，所以，研究开发可同时抵御盐酸和硫酸腐蚀的钢铁材料具有重要的意义。目前国内企业现有的同类产品多为耐硫酸腐蚀钢，且并未对轧制工艺及力学性能性能进行研究，从而通过生产工艺的优化设计，来获得同时兼具优异塑性性能的耐盐酸和硫酸腐蚀钢。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法，得到了兼具优异塑性性能的耐盐酸和硫酸腐蚀钢。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢，其化学成分质量百分比包括：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
作为进一步的优选，所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的厚度为1.5mm～12.0mm，屈服强度≥245MPa，抗拉强度≥400MPa，延伸率≥40％，屈强比≤0.70。
上述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：铁水预处理后，进入转炉炼钢，得到钢水；所述钢水通过LF精炼和RH精炼后，连铸获得板坯；对所述板坯进行加热；进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述粗轧采用1+5模式，第一粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞，第二粗轧R2采用五道次轧制、五道次除鳞，第二粗轧R2出口温度为950℃～1000℃；
所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为750℃～850℃；
所述精轧之后进行驰豫处理；
所述卷取温度控制范围是600℃～650℃。
作为进一步的优选，所述驰豫处理包括：对于厚度规格≤4.0mm的钢板，关闭前10组层流集管，从第11组集管开始开启，对于厚度规格＞4.0mm的钢板，关闭前5组层流集管，从第6组集管开始开启。
作为进一步的优选，所述进入转炉炼钢包括：转炉冶炼终点目标温度为1655℃～1665℃。
作为进一步的优选，所述LF精炼包括：LF精炼过程造中碱度精炼渣，LF渣结束碱度3～4，TFe含量控制在2％以下，同时依次分批对Si、Mn、Cu、Cr、Ni、Sb、Sn、Mo进行合金化操作，LF精炼结束Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％。
作为进一步的优选，所述RH精炼包括：RH精炼过程采用脱气模式对钢液进行脱氢、脱氮和去夹杂操作；RH破真空后，连铸获得板坯。
作为进一步的优选，所述板坯进行加热包括：采用冷装入炉，出炉温度为1150℃～1200℃，加热时间为150min～210min。
作为进一步的优选，所述热轧板卷取成热轧卷后，还包括平整步骤。
作为进一步的优选，所述平整包括：厚度规格≤4.0mm的钢板热轧后进行平整，平整轧制力为200～250t。
本发明的有益效果是：本发明耐盐酸和硫酸腐蚀钢，其化学成分质量百分比为：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明通过上述化学成分的优化设计，采用低碳成分，添加适量的铜、锑、锡、钼从而改善了耐盐酸和硫酸腐蚀性能，另外，通过匹配合适的热轧工艺获得单一的铁素体组织也能在一定程度上改善耐腐蚀性能；而且本发明所选择的C、Si、Mn等微合金元素在钢中主要是固溶于Fe基体，以间隙固溶体或者置换固溶体的形式引起晶格畸变从而提高强度；本发明通过制备工艺的优化设计，例如：粗轧模式、低温轧制、驰豫工艺及控制卷取温度，使得成品获得了极佳的塑性，另外，低C的成分设计也是提高塑性的基础条件。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法，解决了现有钢产品耐盐酸和硫酸腐蚀性能及塑性性能差的缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例耐盐酸和硫酸腐蚀钢，其化学成分质量百分比包括：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
其中，C元素是钢中最有效的强化元素之一，同时又是最廉价的化学元素，但是C又可明显降低钢的塑性和韧性，C含量越高其焊接性能越差，也更容易产生铁素体+珠光体组织，不利于提高耐腐蚀性能，所以，本发明实施例中C含量范围控制是0.02％～0.04％。
Si元素具有较强的固溶强化效果，可显著提高钢的抗拉强度，并小幅提高钢的屈服强度，但塑性韧性有所下降。Si元素与Cu、Sb元素复合添加可有效改善高温、低温环境下的耐硫酸腐蚀性能，但是较高的Si含量易在带钢表面形成铁橄榄石相，造成除鳞困难，影响表面质量，所以，本发明实施例中Si含量的控制范围是0.2％～0.4％。
Mn元素是合金元素中对钢强度及其韧性都有良好作用的元素，但是为了防止板坯出现C、Mn元素偏析，本发明实施例中Mn含量控制范围是0.9％～1.0％。
P元素会恶化钢的韧性，特别是剧烈的降低钢的低温冲击韧性，故本发明实施例将中P元素控制是≤0.01％。
S元素易与Mn元素形成MnS夹杂而恶化钢的力学性能，但是对于本发明的Cu-Mo-Sb成分体系，适当的S元素可以显著提高耐盐酸和硫酸腐蚀性能，综合考虑，本发明实施例中S含量控制范围是0.005％～0.015％。
Cu元素可有效提高钢材的耐盐酸和硫酸腐蚀性能，Cu分别与S、Sb元素结合得到Cu2S、Cu2Sb被膜，阻止腐蚀的进一步发生，提高耐腐蚀性能，但是过高的Cu元素不但增加合金成本而且易发生“铜脆”缺陷，影响表面质量，综合考虑本发明实施例中Cu元素含量控制范围是0.25％～0.35％。
Cr元素可以提高耐腐蚀性能，但是过高的Cr元素会降低耐硫酸腐蚀性能，综合考虑本发明实施例中Cr含量的控制范围是0.3％～0.4％。
Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性，此外，Ni的加入主要是为了与Cu形成Cu-Ni合金，防止“铜脆”的发生。但是Ni元素是一种非常昂贵的合金元素，极大的增加了合金成本，综合考虑本发明实施例将Ni含量控制在0.1％～0.2％。
Sb是提高耐盐酸和硫酸腐蚀性能非常有效的合金元素，Sb元素与Cu元素结合形成Cu2Sb可显著降低盐酸、硫酸环境下的腐蚀速率，而且随着Sb元素含量的增加，耐腐蚀性能提高，但是Sb元素熔点较低，影响钢材的热加工性以及焊接接头的韧性，综合考虑本发明实施例中Sb元素含量控制范围0.05％～0.15％。
Sn可有效改善钢材的耐盐酸和硫酸腐蚀性能，作用机理与Sb类似，当Sn元素含量低于0.02％时作用很小，但是当Sn含量超过0.15％时不仅不会显著提高耐腐蚀性能，反而损害钢材的轧制性能，Sn元素在晶界析出而导致钢材破裂。
Mo可改善耐盐酸腐蚀性能，尤其是Cu-Sb成分体系的钢纵，添加微量的Mo元素可使钢材的耐盐酸腐蚀性能发生飞跃性的提升，但是过高的Mo会影响耐硫酸腐蚀性能。此外，Mo元素可有效抑制珠光体组织形成，获得较为单一的铁素体组织，也有利于改善耐腐蚀性能，综合考虑本发明实施例中Mo元素含量控制范围是0.05％～0.15％。
本发明实施例耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：
铁水预处理后，进入转炉炼钢，得到钢水；所述钢水通过LF精炼和RH精炼后，连铸获得板坯；对所述板坯进行加热；进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述粗轧采用1+5模式，第一粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞，第二粗轧R2采用五道次轧制、五道次除鳞，第二粗轧R2出口温度为950℃～1000℃；
所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为750℃～850℃；
所述精轧之后进行驰豫处理；
所述卷取温度控制范围是600℃～650℃。
本发明实施例采用低碳成分设计，添加适量的铜、锑、锡、钼以改善耐盐酸和硫酸腐蚀性能，以固溶强化为主要方式，通过低温轧制及驰豫工艺获得具备极佳塑性的耐盐酸和硫酸腐蚀热轧钢板。成品的厚度一般为1.5mm～12.0mm，屈服强度大于等于245MPa，抗拉强度大于等于400MPa，延伸率大于等于40％，屈强比≤0.70。
本发明实施例通过对成分体系和生产工艺的优化设计，在保证优异耐盐酸和硫酸腐蚀性能的前提下，极大提高了钢材的塑性。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法。
本发明实施例1-6提供了耐盐酸和硫酸腐蚀钢(热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢)，其化学成分质量百分比如表1所示。
表1化学成分(wt％)
C Si Mn P S Cu Cr Ni Sb Sn Mo
实施例1 0.022 0.20 0.85 0.008 0.010 0.27 0.35 0.15 0.12 0.10 0.10
实施例2 0.025 0.40 0.80 0.007 0.015 0.32 0.32 0.20 0.07 0.07 0.05
实施例3 0.030 0.25 0.90 0.008 0.007 0.35 0.40 0.13 0.05 0.07 0.10
实施例4 0.035 0.30 1.00 0.005 0.009 0.30 0.30 0.10 0.12 0.12 0.13
实施例5 0.040 0.20 0.95 0.006 0.012 0.32 0.37 0.17 0.15 0.05 0.05
实施例6 0.032 0.25 0.90 0.009 0.005 0.25 0.35 0.10 0.13 0.15 0.15
上述实施例1-6耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，工艺流程如下：铁水预处理→转炉→LF精炼→RH精炼→连铸→板坯加热→粗除鳞→定宽压力机→粗轧→飞剪→精除鳞→精轧→层流冷却→卷取→平整→成品。
以下详细描述各步骤；
本发明实施例中冶炼采用转炉→LF精炼→RH精炼→连铸工艺，转炉冶炼过程中通过合金料仓添加Cu和Ni合金，采用优质废钢和双渣造渣工艺，快速脱磷，转炉冶炼终点目标温度为1655℃～1665℃；LF精炼过程造中碱度精炼渣，LF渣结束碱度3～4，TFe含量控制在2％以下，同时依次分批对Si、Mn、Cu、Cr、Ni、Sb、Sn、Mo进行合金化操作，LF精炼结束Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％；RH精炼过程采用脱气模式对钢液进行脱氢、脱氮和去夹杂操作；RH破真空后，采用板坯连铸机进行浇注。
本发明实施例中为保证钢材表面质量，采用冷装入炉，低温快速加热，出炉温度为1150℃～1200℃，加热时间为150min～210min。
本发明实施例中粗轧采用1+5模式，粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞；粗轧R2采用五道次轧制、五道次除鳞，粗轧R2出口温度为950℃～1000℃，其中R1表示第一粗轧机，R2表示第二粗轧机。
本发明实施例中精轧采用7机架连续轧制，由于精轧之后采用驰豫工艺，驰豫过程中极易出现铁素体晶粒大小不均的情况，所以，精轧过程采用低温轧制，终轧温度控制在Ar3温度附近，以应变诱导相变，提高铁素体形核率，改善驰豫过程中铁素体晶粒不均的情况，终轧温度控制范围是750℃～850℃；
本发明实施例中精轧之后进行驰豫处理，对于厚度规格≤4.0mm的钢板，关闭前10组层流集管，从第11组集管开始开启，对于厚度规格＞4.0mm的钢板，关闭前5组层流集管，从第6组集管开始开启。
本发明实施例中采用中高温卷取，层流冷却之后卷取温度控制在600℃～650℃，以保证得到单一的铁素体组织。
本发明实施例中厚度规格≤4.0mm的钢板热轧后进行平整，平整轧制力为200～250t，通过平整一方面可消除屈服平台，进一步降低屈强比，另一方面可改善薄规格板形。
本实施例成品厚度为1.5mm～12.0mm，屈服强度大于等于245MPa，抗拉强度大于等于400MPa，延伸率大于等于40％，屈强比≤0.70。
具体地，本发明实施例1-6制备方法中的冶炼工艺参数如表2所示：
表2冶炼工艺参数
具体地，本发明实施例1-6制备方法中的板坯加热及粗轧工艺参数如表3所示：
表3板坯加热及粗轧工艺参数
具体地，本发明实施例1-6制备方法中的精轧工艺参数如表4所示：
表4精轧工艺参数
具体地，本发明实施例1-6制备方法中的成品力学性能如表5所示：
表5力学性能
ReL/MPa Rm/MPa A50/％ 屈强比
实施例1 268 420 42 0.64
实施例2 270 415 43 0.65
实施例3 265 408 41 0.65
实施例4 272 430 44 0.63
实施例5 260 415 45 0.63
实施例6 253 405 47 0.62
本发明实施例中屈服强度(ReL)、抗拉强度(Rm)及延伸率(A50)均由拉伸试验测得，测试标准是GB/T228.1；屈强比是屈服强度/抗拉强度，计算得出。
本发明实施例1-6制备方法得到的成品分别在70℃/50％H2SO4/24h、80℃/10.5％HCl/6h及40℃/20％H2SO4+3％NaCl/6h进行全浸腐蚀试验，结果如表6所示。
表6
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明耐盐酸和硫酸腐蚀钢，其化学成分质量百分比为：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明通过上述化学成分的优化设计，采用低碳成分，添加适量的铜、锑、锡、钼从而改善了耐盐酸和硫酸腐蚀性能，另外，通过匹配合适的热轧工艺获得单一的铁素体组织也能在一定程度上改善耐腐蚀性能；而且本发明所选择的C、Si、Mn等微合金元素在钢中主要是固溶于Fe基体，以间隙固溶体或者置换固溶体的形式引起晶格畸变从而提高强度，即固溶强化，固溶强化对于提高抗拉强度更有效果，所以，以固溶强化为主要手段的钢材本身的屈强比就不高，再配合热轧工艺的改进能更有效降低屈强比，改善成型性能；本发明通过制备工艺的优化设计，例如：粗轧模式、低温轧制、驰豫工艺及控制卷取温度，使得成品获得了极佳的塑性，另外，低C的成分设计也是提高塑性的基础条件。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：铁水预处理后，进入转炉炼钢，得到钢水；所述钢水通过LF精炼和RH精炼后，连铸获得板坯；对所述板坯进行加热；进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述粗轧采用1+5模式，第一粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞，第二粗轧R2采用五道次轧制、五道次除鳞，第二粗轧R2出口温度为950℃～1000℃；
所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为750℃～850℃；
所述精轧之后进行驰豫处理；
所述卷取温度控制范围是600℃～650℃；
所述成品钢化学成分质量百分比包括：C：0.02～0.04％；Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；P≤0.01％；S：0.005％～0.015％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述驰豫处理包括：对于厚度规格≤4.0mm的钢板，关闭前10组层流集管，从第11组集管开始开启，对于厚度规格＞4.0mm的钢板，关闭前5组层流集管，从第6组集管开始开启。
3.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述进入转炉炼钢包括：转炉冶炼终点目标温度为1655℃～1665℃。
4.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述LF精炼包括：LF精炼过程造中碱度精炼渣，LF渣结束碱度3～4，TFe含量控制在2％以下，同时依次分批对Si、Mn、Cu、Cr、Ni、Sb、Sn、Mo进行合金化操作，LF精炼结束Si：0.2～0.4％；Mn：0.8～1.0％；Cu：0.25～0.35％；Cr：0.3～0.4％；Ni：0.1-0.2％；Sb：0.05～0.15％，Sn：0.05～0.15％，Mo：0.05～0.15％。
5.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述RH精炼包括：RH精炼过程采用脱气模式对钢液进行脱氢、脱氮和去夹杂操作；RH破真空后，连铸获得板坯。
6.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述板坯进行加热包括：采用冷装入炉，出炉温度为1150℃～1200℃，加热时间为150min～210min。
7.根据权利要求1所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述热轧板卷取成热轧卷后，还包括平整步骤。
8.根据权利要求7所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的制备方法，其特征在于：所述平整包括：厚度规格≤4.0mm的钢板热轧后进行平整，平整轧制力为200～250t。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的耐盐酸和硫酸腐蚀钢，其特征在于：所述耐盐酸和硫酸腐蚀钢的厚度为1.5mm～12.0mm，屈服强度≥245MPa，抗拉强度≥400MPa，延伸率≥40％，屈强比≤0.70。
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