CN109972042A - 一种屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法 - Google Patents

一种屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度800MPa级的耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。所述H型钢的化学成分按质量百分比(％)为：C:0.10～0.20；Si：0.20～0.40；Mn：1.20～1.60；Ni：0.2～0.4；Cr：0.2～0.6；V：0.06～0.10；Nb:0～0.04；Ti：0.01～0.02；N：100～150ppm，P≤0.020，S≤0.020，余量为Fe和不可避免的杂质。制备工艺是先制坯，再热轧、热轧后再进行淬火、回火处理。热轧温度为1180‑1150℃，终轧温度为800℃～890℃。淬火处理温度900℃，冷却速度30～100℃/s。回火处理温度450℃～600℃。得到的H型钢屈服强度≥800MPa，抗拉强度为860～940MPa，断后伸长率≥14.0，‑20℃低温冲击≥50J。

Description

一种屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，介绍了屈服强度800MPa级的耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法。
技术背景
随着《“十三五”国家科技创新规划》的颁布，明确了我国海洋资源开发利用技术的重点，要求大力发展极区资源探测、开发关键核心技术。同时《中国制造2025》中明确指出：海洋工程装备将作为十大重点发展领域之一加速推进，因此未来中国将迫切需要性能优良先进的海洋工程装备。
对于海洋工程装备，H型钢是必不可少的结构材料。随着海洋工程平台向高寒极地地区的快速发展，急切需要高强度、高韧性、耐海洋环境腐蚀的H型钢，这将极大减轻海洋工程平台重量，提高可靠性。目前，国内所用的H型钢的强度级别相对较低，大多数采用Q235和Q345级别，而Q345以上的级别所占比例偏小。因此国内迫切需要开发高强度耐低温耐海洋环境腐蚀的H型钢，不仅可以满足极地范围内各类大型工程结构建设的使用要求，还可以节约材料，保护环境。
在已公开的有关H型钢的专利中，中国专利申请CN 107964626 A公开了“一种屈服强度500MPa级低温高韧性热轧H型钢及其制备方法”的中国专利，公开了屈服强度500MPa级低温高韧性热轧H型钢化学成分及其轧制工艺方法，按质量百分比，其成分为：C:0.10～0.16；Si：0.25～0.40；Mn：0.70～1.55；P≤0.030％，S≤0.025％，B：0.0010～0.0025，余量为Fe和不可避免的杂质。该H型钢生产工艺流程如下：连铸坯加热-粗轧-万能轧制-锯切定尺-热处理。具体为：铸坯加热至1200-1260℃，精轧终轧温度范围为1000-940℃，轧后采用空冷冷却，经过锯切定尺后，通过预热段和加热段两段式加热炉加热处理后，其中预热段温度为600-650℃，加热段温度范围为830-880℃，然后对翼缘和腹板实施30-60℃/s的淬火冷却至室温，然后加热至580-620℃进行回火处理后空冷。与本发明相比，在大致相同的热处理工艺下，本发明采用微Ti(0-0.02％)处理以细化晶粒，并复合加入一定量Nb(0-0.04％)和V(0.06-0.10％)产生析出强化，在提高强度的同时降低对韧性的恶化，同时加入Cr(0.4-0.6％)和Ni(0.2-0.4％)提高H型钢的耐海水腐蚀性能和强度，最终实现屈服强度超过800MPa，断后延伸率≥14.0％，-20℃低温韧性≥50J，进一步提高H型钢的屈服强度。
中国专利申请CN 107034424 A公开了“一种700MPa级高强度热轧H型钢及其制备方法”的中国专利，公开了屈服强度700MPa级高强度热轧H型钢化学成分及其轧制工艺方法，按质量百分比(％)，其成分为：C:0.05～0.10；Si：0.20～0.50；Mn：1.30～1.60；P≤0.020％，S≤0.008％，Cu：0.32-0.50；Cr:0.70～0.90；Ni：0.32～0.50；Nb:0.20～0.30，V：0.45～0.60，余量为Fe和不可避免的杂质。其具体生产工艺：将异形坯升温至1250-1300℃，保温180-240min，终轧温度控制在780-810℃，轧后空冷，最后H型钢屈服强度大于700MPa，抗拉强度大于800MPa。与上述发明相比，本发明所用合金含量远远低于上述专利，生产成本远远低于上述专利，且其屈服强度可达800MPa，断后伸长率≥14.0％，-20℃低温冲击功≥50J，能够满足低温海洋环境使用。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢及其制备方法。
一种屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢，主要成分及其质量百分比含量为：C:0.10～0.20％；Si:0.20～0.40％；Mn:1.20～1.60％；Ni:0.2～0.4％；Cr:0.2～0.6％；V:0.06～0.10％；Nb:0～0.04％；Ti:0.01～0.02％；N:100～150ppm，P≤0.020％，S≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中硅、钒元素质量百分数比Si:V＝2:1～10:1，通过合适搭配硅、钒元素配比，使得H型钢在淬火过程中减少组织应力和比体积变化，减少H型钢淬火变形。
本发明的另一目的是提供上述屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1)：按照所设计的合金系统分别称取各个原料，混合均匀，进行熔炼铸坯，得到板坯；
步骤2)：热轧工艺：将步骤1)的板坯放入加热炉中加热至1200～1220℃，保温120～150min，在温度为1180-1150℃开始进行粗轧，温度为1000-980℃开始进行精轧，在再结晶点附近30℃范围内不施加变形，终轧温度为800℃～890℃，然后直接空冷至室温，热轧后翼缘厚度为9mm～15mm，压缩比为6～8。
步骤3)将热轧后H型钢加热至900℃，保温30-60min，然后对其实施淬火直至室温，冷却速度30～100℃/s，然后再次加热至450℃～600℃范围进行回火处理，保温20～60min，然后空冷至室温，即得到屈服强度800MPa级耐低温耐腐蚀H型钢。
钢中各元素的作用为：
V：主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性。
Nb：与V复合作用形成铌钒的复合析出物，钉扎晶界，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。
Ti：在钢中进行微钛处理，可以细化晶粒，同时也能产生沉淀强化。其中TiN的形成可以钉扎晶界抑制奥氏体晶粒的长大，改善钢的韧性。
Cr：提高的钢的淬透性，提高钢的强度，且使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。
Ni：能够提高钢的强度，同时不降低钢的低温韧性和塑性。且能够使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。
本发明由于采用了以上的技术方案，具有以下优点：
(1)通过合理的成分设计和工艺控制，使H型钢屈服强度≥800MPa，抗拉强度为860～940MPa，断后伸长率≥14.0，-20℃低温冲击≥50J。
(2)本发明制造出来的H型钢的组织类型主要为回火索氏体，以及含有V、Nb、Ti等复合析出物，起到析出强化作用，保持较高强度的同时，不恶化塑性和韧性，具有良好的综合力学性能，满足低温海洋环境使用。
(3)本发明制造的H型钢生产成本低，时间短，效率高，性能稳定，具有优良的强韧性匹配，且经过热处理后H型钢变形量小。可以在某些具备热处理线的型钢企业中进行推广，为实现企业H型钢产品向更高强高韧方向转变奠定基础。
附图说明
图1a为成分1型钢热轧态组织，图1b回火态组织，
图2a为成分2型钢热轧态组织，图2b为回火态组织，
图3a为成分3型钢热轧态组织，图3b为回火态组织。
具体实施方式
实施例1：
按照上述成分范围进行冶炼和浇铸，然后检测铸坯成分，成分1见表1.
表1铸坯的成分(wt.％)
轧制采用以下工艺：将铸坯从室温加热至1210℃，保温120min，粗轧开轧温度为1160℃，精轧开轧温度为1000℃，精轧终止温度为805℃，其中在温度范围850-890℃不进行变形，压缩比为6.3，此时热轧H型钢的组织类型为铁素体和珠光体，见图1(a)所示，热处理工艺如下：将H型钢加热至900℃保温30min，然后以冷却速度约为80℃/s冷却至室温，然后将H型钢升温至600℃保温30min，出炉空冷至室温，此时H型钢组织类型主要为回火索氏体，性能见表2.
表2 H型钢力学性能
实施例2：
按照上述成分范围进行冶炼和浇铸，然后检测铸坯成分，成分2见表3.
表3铸坯的成分(wt.％)
轧制采用以下工艺：将铸坯从室温加热至1210℃，保温130min，粗轧开轧温度为1160℃，精轧开轧温度为1000℃，精轧终止温度为800℃，其中在温度范围860-900℃不进行变形，压缩比为7.2，此时热轧H型钢的组织类型为铁素体和珠光体，见图2(a)所示，热处理工艺如下：将H型钢加热至900℃保温30min，然后以冷却速度约为40℃/s冷却至室温，然后将H型钢升温至550℃保温30min，出炉空冷至室温，此时H型钢组织类型主要为回火索氏体，性能见表4.
表4 H型钢力学性能
实施例3：
按照上述成分范围进行冶炼和浇铸，然后检测铸坯成分，成分3见表5.
表5铸坯的成分(wt.％)
轧制采用以下工艺：将铸坯从室温加热至1210℃，保温150min，粗轧开轧温度为1160℃，精轧开轧温度为1000℃，精轧终止温度为800℃，其中在温度范围860-900℃不进行变形，压缩比为7.2，此时热轧H型钢的组织类型为铁素体和珠光体，见图3(a)所示，热处理工艺如下：将H型钢加热至900℃保温45min，然后以冷却速度约为80℃/s冷却至室温，然后将H型钢升温至600℃保温45min，出炉空冷至室温，此时H型钢组织类型主要为回火索氏体，性能见表6.
表6 H型钢力学性能
最后所应说明的是，实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种屈服强度800MPa级的耐低温耐腐蚀H型钢，其特征在于，所述的H型钢的主要成分的质量百分比(％)为：C:0.10～0.20；Si：0.20～0.40；Mn：1.20～1.60；Ni：0.2～0.4；Cr：0.2～0.6；V：0.06～0.10；Nb:0～0.04；Ti:0.01～0.02；N：100～150ppm，P≤0.020，S≤0.020，余量为Fe和不可避免的杂质，硅钒元素质量百分数比Si:V＝2:1～10:1，通过合适搭配硅、钒元素配比，使得H型钢在淬火过程中减少组织应力和比体积变化，减少H型钢淬火变形。
2.一种如权利要求1所述的屈服强度800MPa级的耐低温耐腐蚀H型钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：按照所设计的合金系统分别称取各个原料，混合均匀，进行熔炼铸坯，得到板坯；
步骤2)：热轧工艺：将步骤1)的板坯放入加热炉中加热至1200～1220℃，保温120～150min，在温度为1180-1150℃开始进行粗轧，温度为1000-980℃开始进行精轧，在再结晶点附近30℃范围内不施加变形，终轧温度为800℃～890℃，然后直接空冷至室温，热轧后翼缘厚度为9mm～15mm，压缩比为6～8；
步骤3)将热轧后H型钢加热至900℃,保温30-60min，然后对其实施淬火处理至室温，冷却速度30～100℃/s，然后再次加热至450℃～600℃范围进行回火处理，保温20～60min，然后空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的屈服强度800MPa级的耐低温耐腐蚀H型钢的制备方法，其特征在于，所述H型钢的屈服强度≥800MPa，抗拉强度为860～940MPa，断后伸长率≥14.0，-20℃低温冲击≥50J。
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