CN107937806B - 服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法 - Google Patents

服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法；它化学成分的重量百分数为：C：0.01～0.15％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.7～1.5％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cu：0.20～0.60％、Ni：0.50～1.5％、Cr：0.50～2.0％、Sb：0.030～0.010％、Mo：0～0.25％、Nb：0～0.05％、V：0～0.05％、Ti：0～0.10％、B：0～0.005％；其余为Fe及杂质；且C、Cr、Ni需满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％。该方法通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取十大步骤制造得到，该高强耐磨蚀钢板具有耐磨蚀性能，其在pH为4‑6的弱酸性环境下，相对磨损腐蚀速率可以达到目前主流用钢Q450NQR的15‑25％。

Description

服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及铁路车辆、煤矿机械等行业用热轧钢板的工艺制造领域，具体地指一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法。
背景技术
随着铁路运煤车辆高速化和重载化的迅速发展，车体减重、高强度和高耐蚀性已成为发展趋势，高强度可以减少满足强度要求的车辆壁厚，高耐蚀可以减少满足腐蚀寿命的壁厚裕量，并进一步提高车体的使用寿命。
国内如大秦线，主要以煤炭运输为主，运煤车辆所用的主流耐蚀钢板Q450NQR、S450EW等的交货技术条件里规定的腐蚀评价标准主要是1993年发布的《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀实验方法》，所采用的实验溶液为1.0×10-2mol/L的NaHSO3溶液，此评价标准的腐蚀条件是按照工业大气环境制定的，未考虑煤水对钢板的磨损腐蚀。但国内外研究表明，钢材在与煤炭接触时的腐蚀形式与工业大气环境有着很大的不同，煤炭运输车辆在使用过程中：雨水淋湿煤车所形成的煤水中Cl－、
Figure BDA0001471366730000011
容易在弱酸性环境下(pH值4-6)腐蚀箱体钢板；另外钢板表面形成的保护膜也容易在煤炭的装卸过程中受到磨损破坏，加之煤粒的不断磨损，使得腐蚀不断深入，箱体钢板磨损腐蚀情况不断加重，严重影响了耐蚀钢板的使用寿命。因此，采用合理的生产方法制造出性能优异且耐大气腐蚀、耐煤水磨损腐蚀的铁路运煤车辆用钢成为耐蚀钢研究的重点方向。
中国专利CN104105806公布了一种用于煤船或煤炭/矿石兼用船船舱的耐腐蚀钢，该钢的服役环境特点为低PH值的干湿交替环境，它通过在钢种加入Sb，控制Cr的含量在0.050％以下，并控制终轧温度和冷却速度，获得了低PH环境下具有高耐蚀性的热轧钢板。其主要考虑了成分对低PH值运煤环境下钢板腐蚀性能的影响，并未考虑组织对钢板耐腐蚀性能的影响。
中国专利CN101423916A公布了一种低合金耐磨耐蚀钢及其制造方法，它通过适当调节碳含量并加入有助于提高合金钢耐蚀性的元素Al、Nb，以及稀土变质处理，形成Mn-Si-Cr-Mo-Al系无碳化物贝氏体钢，从而获得了一种适合海洋泥沙磨损腐蚀环境使用的低合金耐磨耐蚀钢。其主要采用了高Si、高Al的成分设计抑制碳化物的形成，并加入Cr、Ni、Mo等元素提高耐蚀性，但其更多多关注的是耐磨及耐大气腐蚀性能，与煤水磨损腐蚀的服役环境不同。
中国专利CN 104662193A公布了一种低温韧性和耐腐蚀磨损性优异的耐磨损钢板，它通过控制钢中固溶Cr和Mo量，使其满足0.05≤(Cr+2.5Mo)≤2.0(％)，并控制主相为淬火态马氏体相且原奥氏体粒径为30μm以下的组织，达到大幅提高耐腐蚀磨损性的目的，但其使用环境为建筑、土木、矿山等工地中含有水分的土与沙子接触而产生的磨损，与煤水的磨损腐蚀机理也不相同。
中国专利CN 102268613 A公布了一种铁路货车车辆用耐大气腐蚀热轧钢板及其制造方法，它通过在钢中加入Sb，同时控制Cr和Ni含量满足1.48％≤Ni+0.85Cr≤2.05％，C、Ti、Nb、V含量满足Ti/C≥1.0，(Ti+Nb+V)/C≥3，经连铸、热连轧、卷取方法获得耐蚀性能良好的钢板，但耐蚀能力略有不足。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板及其制造方法。该高强耐磨蚀钢板具有耐磨蚀性能，其在pH为4-6的弱酸性环境下，相对磨损腐蚀速率可以达到目前主流用钢Q450NQR的15-25％，此钢板主要应用于弱酸性环境下服役的铁路运煤车辆、煤矿机械等制造行业。
为实现上述目的，本发明提供的一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板，所述高强耐磨蚀钢板的化学成分的重量百分数为：C：0.01～0.15％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.7～1.5％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cu：0.20～0.60％、Ni：0.50～1.5％、Cr：0.50～2.0％、Sb：0.030～0.010％、Mo：0～0.25％、Nb：0～0.05％、V：0～0.05％、Ti：0～0.10％、B：0～0.005％；其余为Fe及杂质；且C、Cr、Ni需满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％。
进一步地，所述高强耐磨蚀钢板的化学成分的重量百分数为：C：0.03～0.15％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.0～1.5％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cu：0.20～0.55％、Ni：0.70～1.5％、Cr：0.50～1.8％、Sb：0.030～0.080％、Mo：0～0.15％、Nb：0.005～0.035％、V：0～0.035％、Ti：0.010～0.050％、B：0.0003～0.002％，其余为Fe及杂质。
再进一步地，所述高强耐磨蚀钢板的化学成分的重量百分数为：C：0.04％、Si：0.25％、Mn：1.07％、P：0.013％、S：0.005％、Cu：0.25％、Ni：1.23％、Cr：1.38％、Sb：0.04％、Nb：0.026％、V：0.015％、Ti：0.023％和B：0.0006％，其余为Fe及杂质。
再进一步地，所述高强耐磨蚀钢板的厚度为3～25mm、其屈服强度为550～650MPa、抗拉强度为650～750MPa、延伸率为20～32％、相对Q450NQR的磨损腐蚀速率为15～25％。
本发明还提供了一种上述服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板的制造方法，该方法通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取十大步骤制造得到含有上述化学成分的高强耐磨蚀钢板，其特征在于：
板坯连铸工艺过程中，板坯的厚度为220～250mm；
铸坯缓冷工艺过程中，铸坯经清检后装入板坯加热炉加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间200～300min；
热连轧工艺过程中，出炉后经高压水除鳞，然后进入热连轧轧机轧制，板坯粗轧控制温度为980～1100℃，精轧控制终轧温度为800～920℃；
层流冷却工艺过程中，采取前端冷却，冷却速率为10～50℃/s，
卷取工艺过程中，卷取温度：580～700℃；
通过上述控轧控冷工艺，使钢板热轧态显微组织为铁素体+贝氏体。
以下简述本发明中成分范围及工艺要点的理由：
C：含量控制在0.03～0.15wt％范围内。碳是提高硬度、强度和耐磨性的主要元素，含有0.01wt％以上，才能确保钢板的强度。但过高的C会降低钢的延性和焊接性，本发明中碳含量控制范围在0.01～0.15wt％，同时满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％，优选为0.03～0.15wt％。
Si：含量控制在0.10～0.40wt％范围内。硅是炼钢脱氧的必要元素，且以固溶强化形式提高钢的强度，含量太低脱氧效果不佳，含量太高在后续直缝电阻焊时会产生低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，降低焊缝品质，降低焊接性能，优选为0.10～0.40wt％。
Mn：含量控制在1.0～1.5wt％。锰能消除或减弱因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，强化基体；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，生成Mn3C，它与Fe3C能相互溶解，在钢中形成在(Fe Mn)3C型化合物，从而提高钢的强度、硬度，提高钢板的耐磨性能。因此，控制锰含量在0.7wt％以上,保证钢板具有较高的强度。但锰含量较高会造成较严重的中心偏析，并降低韧性，锰选择为0.7～1.5wt％，优选为1.0～1.5wt％。
Cu：含量控制在0.20～0.55wt％。铜是主要的耐工业大气腐蚀元素，含量达到0.20wt％以上时，明显提高刚才的耐大气腐蚀性能，但超过0.60wt％时，明显恶化钢板的焊接性能，本发明中Cu含量控制范围在0.20～0.60wt％，优选为0.20～0.55wt％。
Ni：含量控制在0.70～1.50wt％。Ni元素可显著提高钢的耐磨损腐蚀性能，同时可以显著提高钢的强韧性，改善钢的低温韧性。当Ni的含量在0.5wt％以上时效果明显，过高的Ni经济性较差，本发明中Ni含量控制范围在0.50～1.5wt％，同时为保证耐磨蚀性和力学性能，需满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％，优选为0.70～1.50wt％。
Cr：含量控制在0.50～1.80wt％。Cr对钢板的耐煤水磨损腐蚀性能影响不大，但适量的Cr有利于钢板的耐大气腐蚀性能，并保证钢板的强度，当Cr含量超过2.0wt％时，钢板的低温韧性和延伸率明显降低，本发明中Cr含量控制范围在0.50～2.0wt％，同时为保证耐磨蚀性和力学性能，需满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％，优选为0.50～1.80wt％。
Sb：含量控制在0.03～0.08wt％。0.03wt％以上的Sb可有效的调高钢板的耐酸蚀性能，但过高的Sb大大降低了钢的韧性，本发明中Sb含量控制范围在0.03～0.10wt％，优选为0.03～0.08wt％。
本发明的有益效果在于：
本发明生产一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板，力学性能优异，在PH为4-6的弱酸性环境下，相对磨损腐蚀速率可以达到目前主流用钢Q450NQR的15-25％左右，可大大提高煤水磨损腐蚀环境下钢板的使用寿命，在铁路运煤车辆、煤矿机械等制造行业具有明显的竞争优势。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板，所述高强耐磨蚀钢板的化学成分的重量百分数为：C：0.01～0.15％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.7～1.5％、P：≤0.020％、S：≤0.010％、Cu：0.20～0.60％、Ni：0.50～1.5％、Cr：0.50～2.0％、Sb：0.030～0.010％、Mo：0～0.25％、Nb：0～0.05％、V：0～0.05％、Ti：0～0.10％、B：0～0.005％；其余为Fe及杂质；且C、Cr、Ni需满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％。
上述服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板的制造方法，该方法通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取十大步骤制造得到含有上述化学成分的高强耐磨蚀钢板。
板坯连铸工艺过程中，板坯的厚度为220～250mm；
铸坯缓冷工艺过程中，铸坯经清检后装入板坯加热炉加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间200～300min；
热连轧工艺过程中，出炉后经高压水除鳞，然后进入热连轧轧机轧制，板坯粗轧控制温度为980～1100℃，精轧控制终轧温度为800～920℃；
层流冷却工艺过程中，采取前端冷却，冷却速率为10～50℃/s，
卷取工艺过程中，卷取温度：580～700℃；
通过上述控轧控冷工艺，使钢板热轧态显微组织为铁素体+贝氏体。
根据服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板组份和制造工艺，结合下述具体实施例，检测钢板的性能。
实施例1
本发明的高强耐磨蚀钢板的化学成分如表1所示。按照表1所示的化学成分冶炼后连铸坯或钢锭加热至1217℃，粗轧终轧温度1080℃，精轧终轧温度890℃，冷却速率15℃/s，卷取温度670℃。
实施例2
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1223℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率24℃/s，卷取温度640℃。
实施例3
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1231℃，粗轧终轧温度1060℃，精轧终轧温度870℃，冷却速率31℃/s，卷取温度670℃。
实施例4
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1243℃，粗轧终轧温度1080℃，精轧终轧温度890℃，冷却速率19℃/s，卷取温度660℃。
实施例5
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1226℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率22℃/s，卷取温度660℃。
实施例6
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1231℃，粗轧终轧温度1060℃，精轧终轧温度870℃，冷却速率32℃/s，卷取温度660℃。
实施例7
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1226℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率18℃/s，卷取温度640℃。
实施例8
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1236℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率19℃/s，卷取温度650℃。
实施例9
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1226℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率12℃/s，卷取温度640℃。
对比例1
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1226℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率27℃/s，卷取温度650℃。
对比例2
实施方式如实施例1，其中冶炼后连铸坯或钢锭加热至1226℃，粗轧终轧温度1070℃，精轧终轧温度880℃，冷却速率30℃/s，卷取温度640℃。
每个实施例制成成品后进行力学性能检验，并与Q450NQR进行磨损腐蚀对比试验，具体结果见表2，可见实施例满足本发明设计要求，相对Q450NQR的磨损腐蚀速率都在15-25％之间，无法满足本发明要求的对比例中，Ni含量过高或过低，且不能满足1.6％≤12C+Cr/Ni≤2.8％时，钢的延伸率或相对Q450NQR的磨损腐蚀速率不能满足本发明的要求。
表1实施例1-8及对比例1-2的化学成分(wt％)
项次 C Si Mn P S Cu Ni Cr Sb Mo Nb’ V Ti B
实施例1 0.09 0.25 1.09 0.008 0.005 0.28 1.09 1.80 0.07 — — — — —
实施例2 0.08 0.23 1.45 0.010 0.004 0.55 0.71 1.29 0.07 — — — — —
实施例3 0.05 0.11 1.03 0.015 0.006 0.23 1.50 1.50 0.04 — — — — —
实施例4 0.13 0.23 1.02 0.012 0.008 0.34 1.10 0.72 0.03 — — 0.026 — —
实施例5 0.14 0.38 1.47 0.011 0.003 0.37 1.16 0.50 0.07 — 0.019 — — —
实施例6 0.09 0.11 1.25 0.013 0.006 0.26 0.89 0.95 0.07 0.11 — — — —
实施例7 0.08 0.13 1.32 0.015 0.004 0.37 0.67 1.05 0.04 — 0.026 — 0.045 —
实施例8 0.07 0.12 1.14 0.13 0.005 0.29 0.81 0.92 0.06 — 0.021 — 0.034 0.0008
实施例9 0.04 0.25 1.07 0.013 0.005 0.25 1.23 1.38 0.04 — 0.026 0.015 0.023 0.0006
对比例1 0.09 0.31 1.06 0.011 0.007 0.33 2.15 1.31 0.05 — — — — —
对比例2 0.05 0.25 1.45 0.013 0.005 0.35 0.33 1.37 0.05 — 0.021 0.018 0.033 0.0006
表2实施例1-8及对比例1-2性能及相对磨损腐蚀速率情况。
Figure BDA0001471366730000081
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板，其特征在于：所述高强耐磨蚀钢板的化学成分的重量百分数为：
C：0.04％、Si：0.25％、Mn：1.07％、P：0.013％、S：0.005％、Cu：0.25％、Ni：1.23％、Cr：1.38％、Sb：0.04％、Nb：0.026％、V：0.015％、Ti：0.023％和B：0.0006％，其余为Fe及杂质；所述高强耐磨蚀钢板的厚度为3～25mm、其屈服强度为550～650MPa、抗拉强度为650～750MPa、延伸率为20～32％、相对Q450NQR的磨损腐蚀速率为15～25％；所述高强耐磨蚀钢板通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取十大步骤制造得到；其中，
板坯连铸工艺过程中，板坯的厚度为220～250mm；
铸坯缓冷工艺过程中，铸坯经清检后装入板坯加热炉加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间200～300min；
热连轧工艺过程中，出炉后经高压水除鳞，然后进入热连轧轧机轧制，板坯粗轧控制温度为980～1100℃，精轧控制终轧温度为800～920℃；
层流冷却工艺过程中，采取前端冷却，冷却速率为10～50℃/s，
卷取工艺过程中，卷取温度：580～700℃；
通过上述控轧控冷工艺，使钢板热轧态显微组织为铁素体+贝氏体。
2.一种权利要求1所述服役于弱酸性环境下的高强耐磨蚀钢板的制造方法，该方法通过高炉铁水、铁水预脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取十大步骤制造得到含有上述化学成分的高强耐磨蚀钢板，其特征在于：
板坯连铸工艺过程中，板坯的厚度为220～250mm；
铸坯缓冷工艺过程中，铸坯经清检后装入板坯加热炉加热，加热温度为1200～1250℃，加热时间200～300min；
热连轧工艺过程中，出炉后经高压水除鳞，然后进入热连轧轧机轧制，板坯粗轧控制温度为980～1100℃，精轧控制终轧温度为800～920℃；
层流冷却工艺过程中，采取前端冷却，冷却速率为10～50℃/s，
卷取工艺过程中，卷取温度：580～700℃；
通过上述控轧控冷工艺，使钢板热轧态显微组织为铁素体+贝氏体。
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