CN110923548A - 一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带及其生产方法，所述管线钢热轧钢带包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Mo0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、Ti 0.012～0.020％、N≤50ppm；采用以下工艺生产：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到550MPa以上、抗拉强度650MPa以上，‑20℃夏比冲击韧性冲击功150J以上，且具有良好的耐海水冲刷腐蚀性能，完全可以满足严苛环境的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于钢板热轧领域，涉及到一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带及其生产方法，这种产品广泛应用于与海洋气候接触工程的紧固结构，例如海洋平台紧固结构件、海滨城市输送管道紧固结构等。
背景技术
海洋腐蚀是构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲刷，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。
对于应用于与海洋气候接触工程的紧固结构，多是应用在结构容易活动的部位，需要承载较大的拉伸立、扭力，因此不仅要求此类钢种有较高的强度、优秀的塑韧性和焊接性能，保证在海洋环境中能起到抗海水冲刷腐蚀的作用，还要保证材料具有较好的机械加工性能。工程类别的紧固件是应用在紧固结构的关键部件承担了更多的安全风险，目前国内处在海洋环境作业的钢材为了抗击海水腐蚀还需要刷耐海水腐蚀的涂层才能工作，增加了作业工序时间导致成本增加，因此开发一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢是十分有必要的。
由于海水环境中的腐蚀是由构件表面开始局部开始蔓延的，这就要求不仅要采用合理的合金添加提高钢材的耐腐蚀性，还要保证较高的钢水洁净度控制夹杂物的产生抑制钢材的局部腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带及其生产方法，采用低碳合金成分和恰当的炼钢及合适的TMCP工艺，生产出具有较好的力学性能及耐海水冲刷腐蚀性能的热轧板带。钢板生产是通过炼钢、连铸、加热、控轧控冷和相关工艺而生产。
本发明采取的技术方案为：
一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带，包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Mo0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、Ti0.012～0.020％、N≤50ppm。
所述具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的金相组织为针状铁素体+粒状贝氏体，其中粒状贝氏体的含量为50％-40％；所述具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的屈服强度达到550MPa以上、抗拉强度650MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功150J以上。
本发明还提供了所述具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72小时。
进一步地，铸坯冷装入炉，在炉时间≥3小时，优选为4小时；钢坯出炉温度按1250℃控制。
板卷中间坯目标厚度60mm。
粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用。
精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.5控制。
轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度控制为35℃/s。
均热温度1250℃，精轧终轧温度850℃，卷取位置温度600℃。
本发明提供的技术方案中，成分设计上采用在降C控低Si的合金成分中，选择添加Ni、Mo、Ti合金作为此类产品的钢种组。Ni元素能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，且对酸碱有较高的耐腐蚀能力。Mo元素能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力并能提高机械性能。Ti元素能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在炼钢的过程中要严格控制钢水的洁净度，降低钢水成分中S、P的含量，避免夹杂物的产生，并在后续的轧制过程中需要使用恰当的生产工艺来控制钢材的最佳性能。并在后续的轧制过程中，采用增加精轧机组压下率，在层流冷却阶段采用全冷却段冷却来增加冷却速率及降低卷取段温度的生产工艺来控制钢材的最佳性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明的耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带不仅具有良好的化学成分稳定性、表面质量及较好的塑韧性性能，相比较传统的热轧板带还具有较好的耐海水冲刷腐蚀性能。
2)按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到550MPa以上、抗拉强度650MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功150J以上，且180度冷弯试验全部合格，具有优良的塑韧性。
3)通过户外海水飞溅区域挂片实验，对传统的合金钢和具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢进行了对比观察，具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢的抗海水腐蚀能力要远远好于传统钢材，完全可以满足严苛环境的使用要求。
附图说明
图1为实施例1的紧固件用钢热轧钢带的金相组织图；
图2为实施例2的紧固件用钢热轧钢带的金相组织图；
图3为实施例1中紧固件用钢热轧钢带(a)、对比例1中的传统合金钢(b)经180天海水飞溅区域挂片试验图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例中的用于制备紧固件用钢热轧钢带冶炼钢水的化学成分见表1。
表1钢水化学成分wt％
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| C | 0.050 | 0.055 | 0.051 | 0.050 | 0.040 | 0.045 |
| Si | 0.25 | 0.22 | 0.30 | 0.28 | 0.27 | 0.26 |
| Mn | 1.77 | 1.71 | 1.71 | 1.75 | 1.76 | 1.75 |
| P | 0.001 | 0.0009 | 0.0005 | 0.0006 | 0.0009 | 0.0008 |
| S | 0.0020 | 0.0015 | 0.0010 | 0.0013 | 0.0010 | 0.0010 |
| Als | 0.030 | 0.030 | 0.025 | 0.035 | 0.030 | 0.031 |
| Mo | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 0.14 |
| Ni | 0.075 | 0.075 | 0.076 | 0.078 | 0.075 | 0.076 |
| Ti | 0.013 | 0.012 | 0.014 | 0.014 | 0.013 | 0.013 |
| N | 10ppm | 8ppm | 7ppm | 7ppm | 9ppm | 6ppm |
成分设计上采用在降C控低Si的合金成分中，选择添加Ni、Mo、Ti合金作为此类产品的钢种组。Ni元素能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，且对酸碱有较高的耐腐蚀能力。Mo元素能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力并能提高机械性能。Ti元素能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在炼钢的过程中要严格控制钢水的洁净度，降低钢水成分中S、P的含量，避免夹杂物的产生，并在后续的轧制过程中需要使用恰当的生产工艺来控制钢材的最佳性能。并在后续的轧制过程中，采用增加精轧机组压下率，在层流冷却阶段采用全冷却段冷却来增加冷却速率及降低卷取段温度的生产工艺来控制钢材的最佳性能。
各实施例中紧固件用钢热轧钢带的生产工艺控制及轧制细节如下：
1)铁水预处理要求前后扒渣；
2)转炉生产处要加强出钢挡渣工作，出渣过程中进行脱氧合金化；
3)合金微调站加入铝粒并强搅对顶渣初步还原；
4)LF炉处使用FeTi70，并保证喂钙线前后总弱搅时间大于11min；
5)连铸区中包目标温度控制在液相线温度以上30℃；
6)钢种铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72小时，72小时后要对铸坯进行检查；
7)铸坯冷装入炉，在炉时间4小时；钢坯出炉温度按1200℃控制；
8)板卷中间坯目标厚度：60mm；
9)粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用；
10)精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.5控制；
11)轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度按35℃/s控制；
12)均热温度1250℃，精轧终轧温度850℃，卷取位置温度600℃。
将各实施例中的紧固件用钢热轧钢带分别进行拉伸、冲击、冷弯试验，结果见表2。
表2试验结果数据
将各实施例制备得到的紧固件用钢热轧钢带在海水飞溅区域进行挂片试验，并以对比例中的普通合金紧固件钢进行对比，将试验试样除锈后测量平均重量，根据其试验前的试样重量数值，计算出损失重量，再与其试验前的试样重量相除，得到试样的失重率，结果见表3。
表3各实施例及比较例中的试样在海水腐蚀试验试样除锈后失重率
对比例
6例普通合金紧固件钢的成分如表4所示，制备工艺与各实施例中相同，性能如表5所示。
表4普通合金紧固件钢化学成分
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
| C | 0.051 | 0.053 | 0.052 | 0.045 | 0.042 | 0.045 |
| Si | 0.24 | 0.23 | 0.31 | 0.29 | 0.28 | 0.25 |
| Mn | 1.85 | 1.70 | 1.81 | 1.70 | 1.70 | 1.72 |
| P | 0.0009 | 0.0015 | 0.0016 | 0.001 | 0.002 | 0.001 |
| S | 0.0010 | 0.0016 | 0.0011 | 0.0016 | 0.0015 | 0.0015 |
| Als | 0.022 | 0.023 | 0.023 | 0.030 | 0.031 | 0.021 |
| Cr | 0.20 | 0.23 | —— | —— | 0.21 | 0.23 |
| Mo | 0.12 | 0.13 | 0.10 | 0.15 | 0.14 | 0.13 |
| Ni | —— | —— | —— | —— | —— | —— |
| V | 0.022 | —— | 0.020 | 0.021 | —— | —— |
| Ti | 0.010 | 0.012 | 0.013 | 0.010 | 0.010 | 0.010 |
| N | 9ppm | 9ppm | 8ppm | 8ppm | 8ppm | 7ppm |
表5 6例普通合金紧固件钢力学性能
由表4与表5可知，对比于传统的普通合金紧固件钢Ni元素添加与合理配比是使得管线钢耐腐蚀性能提高的关键，其次钢水中P、S含量的低含量控制可以有效的降低钢带中的夹杂，从而进一步的提高钢水纯净度，提高耐腐蚀性。从表5的海水腐蚀试验试样除锈后失重率数据可知，如改变了本发明的钢成分组成或者含量，就会导致钢材的耐腐蚀性能降低。其次本发明钢种合金元素的配比使得钢种的冲击韧性得以提高，符合紧固件用钢的使用环境。
实例说明：
1)本发明的耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带不仅具有良好的化学成分稳定性、表面质量及较好的塑韧性性能，相比较传统的热轧板带还具有较好的耐海水冲刷腐蚀性能。
2)金相组织可见，此钢种的金相组织由针状铁素体、粒状贝氏体构成。这种组织的存在一定程度上增加了材料的塑韧性，增加了对变形、开裂和磨损的抗力，贝氏体实为铁素体与碳化物的非层状混合组织，增加了材料的强度和塑韧性配合。细小的晶粒，提高了材料的焊接性能。
3)按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到550MPa以上、抗拉强度650MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功150J以上，180度冷弯d＝2a全部合格。具有优秀的塑韧性。
4)通过户外海水飞溅区域挂片实验，耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢试样除锈后失重率要远小于普通管线钢，耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢的抗海水腐蚀能力要远远好于传统钢材。
上述参照实施例对一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Mo 0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、Ti 0.012～0.020％、N≤50ppm。
2.根据权利要求1所述的具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带，其特征在于，所述具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的金相组织为针状铁素体+粒状贝氏体，其中粒状贝氏体的含量为50％-40％；所述具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的屈服强度达到550MPa以上、抗拉强度650MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功150J以上。
3.一种如权利要求1或2所述的具有耐海水冲刷腐蚀性能紧固件用钢热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为72小时。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，铸坯冷装入炉，在炉时间≥3小时；钢坯出炉温度按1250℃控制。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，板卷中间坯目标厚度60mm。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用。
7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.5控制。
8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度控制为35℃/s。
9.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，均热温度1250℃，精轧终轧温度850℃，卷取位置温度600℃。
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