CN108456822A - 一种海洋用高强钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海洋用高强钢，属于海洋用材料领域。本发明对原有的BR1500HS钢原料配比进行改进，加入了Cr，Mo和Ni，通过制备过程中的电磁搅拌处理以及连铸连轧工艺，一方面降低了自身的残余应力，另一方面因为引入了铬、钼和镍元素大大提升了材料抵御氯离子侵蚀的能力；本发明通过均匀化退火以及热处理加强了海洋用高强钢的力学性能，制备的海洋用高强钢既符合高强钢的使用要求，又具备一定抵御氯化物侵蚀，耐应力腐蚀的能力，用于舰艇结构材料时，对涂装要求低，维护周期短，使用时间长更加经济节约。

Description

一种海洋用高强钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及海洋用材料技术领域，尤其涉及一种海洋用高强钢及其制备方法。
背景技术
高强钢具有高强度和抗腐蚀性，还要有优良的韧性、焊接性、低磁性、加工性、抗疲劳性及稳定性，是海军舰艇发展的重要基础材料，其耐腐蚀性是舰艇先进性和安全性的决定性因素之一。因此海军舰艇用高强钢的发展和应用具有重要的意义和价值。随着舰艇用钢强度的不断提高，尤其是潜艇下潜深度的逐渐增大，压力的不断提升，舰艇的腐蚀问题变得更加复杂化和多样化。
现有技术中，海军舰艇常用的超高强度钢是BR1500HS，其屈服强度可以达到1300MPa，并且具有自身材料轻量化，用在舰艇制造方面，不仅可以降低船体重心，减轻重量。同时因为更好的力学性能，可以应用在潜艇制造，下潜深度更深，探索范围更广。但是现有的超高强度钢存在应力腐蚀的问题，应力腐蚀是在拉应力或者极少数情况下在压应力下和特定的腐蚀介质长期共存是引起的腐蚀，严重的情况会导致应力腐蚀开裂的产生，目前的应力腐蚀事故统计显示，超过80％的事故都是由氯化物引起。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海洋用高强钢及其制备方法。本发明提供的海洋用高强钢耐应力腐蚀性能优异，同时具有优良的力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.22％，Si 0.25％，Mn 1.3～1.5％，Cr 1.8～2％，Mo 0.8～1％，Ni 2.4～2.8％，B0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
优选地，所述步骤(1)中电磁搅拌的磁场强度为0.3T，电磁搅拌的时间为45min。
优选地，所述步骤(1)中电磁搅拌在结晶器中进行。
优选地，所述连轧依次包括粗轧、精轧和冷轧，所述粗轧和精轧的轧制压缩比为85％，所述冷轧的轧制压缩比为30％。
优选地，所述粗轧的温度为1080℃，粗轧的轧制道次为5～7次。
优选地，所述精轧的温度为950℃，精轧的轧制道次为5～8次。
优选地，所述冷轧的温度为室温，冷轧的轧制道次为5次。
优选地，所述步骤(3)中均匀化退火的温度为570℃，均匀化退火的时间为85s。
优选地，所述步骤(3)中热处理包括：将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h。
本发明还提供了上述技术方案所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.22％，Si 0.25％，Mn 1.3～1.5％，Cr 1.8～2％，Mo 0.8～1％，Ni 2.4～2.8％，B0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
本发明对原有的超高强度钢(BR1500HS钢)原料配比进行改进，加入了1.8～2wt％的Cr，0.8～1wt％的Mo和2.4～2.8wt％的Ni，通过制备过程中的电磁搅拌处理以及连铸连轧工艺，一方面降低了自身的残余应力，另一方面因为引入了铬、钼和镍元素大大提升了材料抵御氯离子侵蚀的能力；本发明通过均匀化退火以及热处理加强了海洋用高强钢的力学性能，制备的海洋用高强钢既符合高强钢的使用要求，又具备一定抵御氯化物侵蚀，耐应力腐蚀的能力，用于舰艇结构材料时，对涂装要求低，维护周期短，使用时间长更加经济节约。实施例的数据表明，本发明提供的海洋用高强钢屈服强度达到了1210MPa，极化电阻高达410Ω·cm2，在3.5％的NaCl溶液中的腐蚀电位为-0.54V。
具体实施方式
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：
C 0.22％，Si 0.25％，Mn 1.3～1.5％，Cr 1.8～2％，Mo 0.8～1％，Ni 2.4～2.8％，B 0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
本发明提供了一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.22％，Si 0.25％，Mn 1.3～1.5％，Cr 1.8～2％，Mo 0.8～1％，Ni 2.4～2.8％，B0.003％,S 0.006％，P 0.015％，余量的Fe。本发明对原有的超高强度钢(BR1500HS钢)原料配比进行改进，加入了1.8～2wt％的Cr，0.8～1wt％的Mo和2.4～2.8wt％的Ni，铬、钼和镍元素大大提升了材料抵御氯离子侵蚀的能力。
本发明将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液。本发明对所述BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明对所述熔化的温度、时间没有特殊的限定，能够使原料熔化即可。
在本发明中，所述电磁搅拌的磁场强度优选为0.3T，电磁搅拌的时间优选为45min。本发明中，所述电磁搅拌实现了成分均匀化，有效细化钢坯晶粒，减少成分偏析，从而改善钢坯的表面质量。
在本发明中，所述电磁搅拌优选在结晶器中进行。
得到钢液后，本发明将所述钢液进行连铸连轧，得到轧制板料。在本发明中，所述钢液在进行连铸前还优选包括：对所述钢液进行熔融、扒渣、转炉冶炼和RH炉精炼。本发明对所述熔融、扒渣、转炉冶炼和RH炉精炼的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
RH炉精炼完成后，本发明优选将精炼产物进行连铸，得到初期钢坯。本发明对所述连铸的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的连铸方式即可，具体的，如采用保护渣吹氩气保护连铸。
得到钢坯后，本发明对所述初期钢坯进行连轧，得到轧制板料。在本发明中，所述连轧优选依次包括粗轧、精轧和冷轧，所述粗轧和精轧的轧制压缩比之和优选为85％；所述冷轧的轧制压缩比优选为30％。本发明中，所述连轧能够有效减小初期钢坯的内部张力，也使得初期钢坯屈服强度提高。
在本发明中，所述粗轧的温度优选为1080℃，粗轧的轧制道次优选为5～7次；所述精轧的温度优选为950℃，精轧的轧制道次优选为5～8次；所述冷轧的温度优选为室温，冷轧的轧制道次优选为5次。本发明对所述粗轧、精轧和冷轧的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的轧制装置即可，具体的，如热轧机和五机架冷轧机。
得到轧制板料后，本发明将所述轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。在本发明中，所述均匀化退火的温度优选为570℃，均匀化退火的时间优选为85s。本发明中，所述均匀化退火能够有效消除轧制板料内的残余应力，同时提高轧制板料的力学性能。
均匀化退火完成后，本发明将均匀化退火产物进行热处理，得到海洋用高强钢。在本发明中，所述热处理优选包括：将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h。本发明通过均匀化退火以及热处理加强了海洋用高强钢的力学性能，制备的海洋用高强钢既符合高强钢的使用要求，又具备一定抵御氯化物侵蚀，耐应力腐蚀的能力，用于舰艇结构材料时，对涂装要求低，维护周期短，使用时间长更加经济节约。
本发明还提供了所述海洋用高强钢的制备方法，按照上述技术方案所述制备过程进行，在此不再赘述。
下面结合实施例对本发明提供的海洋用高强钢及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
基于BR1500HS确定新的成分配方(wt.％):C:0.22，Si:0.25，Mn:1.3，Cr:1.8，Mo:0.8，Ni:2.4，B:0.003，S:0.006，P:0.015，余量为铁，对熔融钢液在中间包内，加入磁场强度为0.3T的稳恒磁场进行电磁搅拌，使成分均匀化。通过熔融、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸这些初期步骤得到初期钢坯，初期钢坯采用保护渣吹氩气保护浇铸，在轧制过程中分为两部分，首先将连铸板坯加热至1080℃，进行粗轧，连续轧制7个道次，之后再950℃进行精轧，连续轧制7个道次，轧制完的压缩比为85％。之后使用五机架冷轧机对热轧带钢进行冷轧5道次，冷轧的轧制压缩比为30％。通过后续的570℃下均匀化退火85s，将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h，得到海洋用高强钢。
实施例2
基于BR1500HS确定新的成分配方(wt.％):C:0.22，Si:0.25，Mn:1.5，Cr:2，Mo:1，Ni:2.8，B:0.003，S:0.006，P:0.015，余量为铁，对熔融钢液在中间包内，加入磁场强度为0.3T的稳恒磁场进行电磁搅拌，使成分均匀化。通过熔融、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸这些初期步骤得到初期钢坯，初期钢坯采用保护渣吹氩气保护浇铸，在轧制过程中分为两部分，首先将连铸板坯加热至1080℃，进行粗轧，连续轧制5个道次，之后再950℃进行精轧，连续轧制5个道次，轧制完的压缩比为85％。之后使用五机架冷轧机对热轧带钢进行冷轧5道次，冷轧的轧制压缩比为30％。通过后续的570℃下均匀化退火85s，将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h，得到海洋用高强钢。
实施例3
基于BR1500HS确定新的成分配方(wt.％):C:0.22，Si:0.25，Mn:1.3，Cr:1.8，Mo:1，Ni:2.8，B:0.003，S:0.006，P:0.015，余量为铁，对熔融钢液在中间包内，加入磁场强度为0.3T的稳恒磁场进行电磁搅拌，使成分均匀化。通过熔融、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸这些初期步骤得到初期钢坯，初期钢坯采用保护渣吹氩气保护浇铸，在轧制过程中分为两部分，首先将连铸板坯加热至1080℃，进行粗轧，连续轧制7个道次，之后再950℃进行精轧，连续轧制8个道次，轧制完的压缩比为85％。之后使用五机架冷轧机对热轧带钢进行冷轧5道次，冷轧的轧制压缩比为30％。通过后续的570℃下均匀化退火85s，将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h，得到海洋用高强钢。
实施例4
基于BR1500HS确定新的成分配方(wt.％):C:0.22，Si:0.25，Mn:1.5，Cr:2，Mo:0.8，Ni:2.4，B:0.003，S:0.006，P:0.015，余量为铁，对熔融钢液在中间包内，加入磁场强度为0.3T的稳恒磁场进行电磁搅拌，使成分均匀化。通过熔融、扒渣、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸这些初期步骤得到初期钢坯，初期钢坯采用保护渣吹氩气保护浇铸，在轧制过程中分为两部分，首先将连铸板坯加热至1080℃，进行粗轧，连续轧制7个道次，之后再950℃进行精轧，连续轧制5个道次，轧制完的压缩比为85％。之后使用五机架冷轧机对热轧带钢进行冷轧5道次，冷轧的轧制压缩比为30％。通过后续的570℃下均匀化退火85s，将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h，得到海洋用高强钢。
对比例
市售超高强度钢BR1500HS。
表1实施例1～4以及对比例高强钢的性能测试结果
序号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
屈服强度(MPa) 1210 1080 940 1125 1200
极化电阻(Ω·cm2) 410 378 406 354 320
腐蚀电位/v -0.54 -0.55 --0.54 -0.56 -0.68
腐蚀电位测试，是在模拟海洋环境下的3.5％NaCl溶液中进行的测试。腐蚀电位主要表征材料的腐蚀倾向。具体的，将所有测试样品，通过拉伸试验机，拉制力为10KN，保持5min后取出样品。之后对样品进行切割得到1mm×1mm的标准样品，用环氧树脂封装后测试得到各样品的腐蚀电位。
由表1可以看出，本发明制得的海洋用高强钢在保证自身力学性能的基础上，具有很好的抵御氯离子侵蚀的能力，适用于海洋环境下的恶劣条件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋用高强钢，按照元素组成，包括以下重量百分含量的组分：C 0.22％，Si0.25％，Mn 1.3～1.5％，Cr 1.8～2％，Mo 0.8～1％，Ni 2.4～2.8％，B 0.003％,S0.006％，P 0.015％，余量的Fe；
所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
2.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(1)中电磁搅拌的磁场强度为0.3T，电磁搅拌的时间为45min。
3.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(1)中电磁搅拌在结晶器中进行。
4.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述连轧依次包括粗轧、精轧和冷轧，所述粗轧和精轧的轧制压缩比之和为85％，所述冷轧的轧制压缩比为30％。
5.根据权利要求4所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述粗轧的温度为1080℃，粗轧的轧制道次为5～7次。
6.根据权利要求4所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述精轧的温度为950℃，精轧的轧制道次为5～8次。
7.根据权利要求4所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述冷轧的温度为室温，冷轧的轧制道次为5次。
8.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(3)中均匀化退火的温度为570℃，均匀化退火的时间为85s。
9.根据权利要求1所述的海洋用高强钢，其特征在于，所述步骤(3)中热处理包括：将均匀化退火产物在1020℃空冷1.5h，之后加热至800℃油淬2h，油淬温度为80℃，最后在640℃下进行时效处理4h。
10.权利要求1～9任意一项所述海洋用高强钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将BR1500HS钢、纯镍、纯铬和纯钼熔化后进行电磁搅拌，得到钢液；
(2)将所述步骤(1)得到的钢液进行连铸连轧，得到轧制板料；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制板料依次进行均匀化退火和热处理，得到海洋用高强钢。
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CN101280352A (zh) * 2008-05-21 2008-10-08 钢铁研究总院 高安全高精度热成型马氏体钢零件制备方法
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