CN111020387A - 一种耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl及其生产方法，其厚度为40～60mm，化学成分包括：C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Al、Cu、其它为Fe和残留元素，碳当量：0.77％～0.87％；经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸、钢锭加热、开坯轧制、大坯正火处理、大坯分割及清理、小坯轧制、堆冷、热处理等生产工艺，获得的钢板具有85％～90％的回火索氏体+10％～15％的贝氏体回火组织，下屈服强度ReL不低于857MPa，抗拉强度Rm不低于1004MPa，伸长率A不低于16％，20℃冲击吸收功AKu2不低于102J，综合性能优良，可以更好地满足了用户使用要求。

Description

一种耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种耐海水腐蚀氮化钢板 38CrMoAl的生产工艺。
背景技术
38CrMoAl是一种专用氮化钢，调质热处理再进行加工，加工成型后再经过氮化处理，可提高表面的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性及耐热性，是一种耐海水腐蚀的专用钢材，主要用来制作管道及设备。具有很强的耐腐蚀性，安装也很方便等优点。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl及其生产方法。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是所述耐海水腐蚀氮化钢板 38CrMoAl的化学成分按照质量百分比计为：C：0.36～0.38、Si：0.30～0.40、 Mn：0.4～0.5、P≤0.015、S≤0.005、Cr：1.4～1.6、Mo：0.15～0.20、Al：0.9～ 1.0，Cu：0.20～0.30，其它为Fe和残留元素，碳当量：0.77％～0.87％；所述钢板厚度为40～60mm；所述钢板具有85％～90％的回火索氏体+10％～15％的贝氏体回火组织。
为得到上述产品，本发明采取的生产方法还包括转炉冶炼、LF精炼、VD 真空脱气、水冷模铸、钢锭加热、开坯轧制、大坯热处理、大坯分割及清理、小坯轧制、堆冷、热处理，具体如下：
a.转炉冶炼：冶炼结束出钢C含量＞0.08％，点吹次数2～3次，出钢后吹氩 8～10min；
b.LF精炼：加入铝粒及电石作为钢水脱氧剂，造渣后要求渣料变白，加热时间按照三次控制，一加热时间6～8min，加入中碳锰铁及碳粉，一加热结束钢水温度达到1580±10℃；二加热时间16～18min，二加热过程加入中碳铬铁、钼铁及金属铜，根据钢水重量调配Cr、Mo、Cu元素含量，二加热结束钢水温度达到1620±10℃；三加热时间8～10min，进行钢水合金成分微调；LF精炼过程不加入Al线，减少VD过程Al损；
c.VD真空脱气：要求真空度≤67Pa，预真空脱气时间8～10min，真空时间 18～20min，真空后H值＜1.2PPm；VD破空后按照30-35m/吨钢加入Al线，调配钢水成分；
d.水冷模铸：锭模厚度760～840mm，锭模宽度1800～2200mm，浇铸前吹氩流量50～60NL/min，时间控制在20～30min，保证Al2O3夹杂物上浮并吸附在渣层中，浇铸温度控制在1550～1555℃之间，本体浇铸时间15～17min，冒口浇铸时间5～8min，浇铸完毕后在冒口均匀覆盖保护渣及碳化稻壳，保证保温效果；
e.钢锭加热：钢锭装炉温度200～400℃，装炉时炉温＜700℃，加热过程中 700℃以下升温速度＜60℃/h，升温至880～920℃进行保温5～6h，高温段按照1220～1240℃保温，保温时间按照H×11～12min/cm计算，其中H为钢锭厚度值，以厘米计；
f.开坯轧制：轧制过程采用热轧工艺，轧制到500mm以下时采用大压下轧制工艺，末道次压下率＞15％，大坯晾钢厚度230～270mm，钢锭至大坯压缩比≥3；
g.大坯正火处理：正火温度880～900℃，保温系数t＝1.8～2.0min/mm；
h.大坯分割及清理：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净后再次加热；
i.小坯轧制：分两阶段轧制，第一阶段开轧温度960～1020℃，粗轧阶段均匀压下30-40mm，轧制到100～140mm厚度晾钢，进行第二阶段轧制，第二阶段道次压下量8～10mm均匀分配，终轧温度800～840℃，终轧结束空冷40～60S后入 ACC水冷，控制返红温度680～720℃；
j.堆冷：空冷至400℃以上堆垛，以＜10℃/h的速度缓慢冷却至常温；
k.热处理：钢板淬火温度：920～940℃，保温系数t＝2.2～2.4min/mm；回火温度：620～640℃，保温系数：t＝4.0～4.2min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、在成分设计方面，Al是良好的脱氧剂，可有效进行钢水脱氧，同时钢板加工后进行表面氮化处理，可形成氮化铝，具有优异的耐热、耐磨性及良好的耐腐蚀性能；Cu能明显提高钢的耐大气腐蚀性能，也可以提高钢的强度及和韧性。
2、钢水冶炼过程通过控制LF精炼加热工艺、造渣工艺保证了钢水的纯净度，VD破空后加Al线可稳定钢中的Al含量，减少过程Al损，提高了Al的金属收得率。
3、浇铸前钢水进行吹氩处理，可使钢中大量的Al2O3夹杂物充分上浮并吸附在渣层中，采用水冷模浇铸，通过控制锭模宽厚比、浇铸温度保证了钢水凝固效果，有利于改善钢锭内部疏松情况及偏析情况。
4、开坯轧制过程提高压缩比＞3，提高末道次压下率至15％，可以将轧制力充分渗透。
5、大坯厚度在230～270mm之间，厚度1/2、1/4及表层三个位置的晶粒级差大，晶粒不均匀，采用大坯正火热处理可减少中间坯厚度1/2、1/4及表层三个位置晶粒级差，使大坯晶粒均匀。轧成成品钢板后形成均匀、细小的组织。
6、大坯分割及清理工艺要点：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净，分割成小坯有利于后续控轧工艺及板材控制，火切渣清理可防止小坯轧制时产生重皮。
7、小坯轧制采用控轧控冷技术，提高轧制累计压下率可使未再结晶区奥氏体均匀拉长，冷却后形成细小的铁素体组织。
8、钢板堆垛缓慢冷却充分释放了轧后形成的内应力，避免了热处理过程钢板内部应力裂纹。
9、热处理过程中采用淬火+回火工艺，保证了钢板最终获得85％～90％的回火索氏体+10％～15％的贝氏体回火组织。
本发明通过对钢板成分的合理设计，以及生产工艺的改进、参数精准控制等，生产出的厚度达40～60mm的38CrMoAl钢，下屈服强度ReL不低于857MPa，抗拉强度Rm不低于1004MPa，伸长率A不低于16％，20℃冲击吸收功AKu2 不低于102J，综合性能优良，可以更好地满足了用户使用要求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例：
本发明包含以下化学成分：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.45、P：0.012、S： 0.003、Cr：1.5、Mo：0.18、Al：0.95，Cu：0.25，其余为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量为(0.80)％。(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu) /15)。
通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸、钢锭加热、开坯轧制、大坯正火处理、大坯分割及清理、小坯轧制、堆冷、热处理等工艺获得的38CrMoAl 钢，其中水冷模铸获得的锭模厚度820mm，锭模宽度2200mm，其力学性能如表1所示：
表1力学性能结果
Figure BDA0002336760680000041
通过实施例，得到无损探伤结果如表2所示：
表2无损探伤结果
厚度mm 生产块数 探伤合格块数 探伤合格率 执行标准 级别
40 100 98 98％ JB/T4730.3-2005 Ⅰ级
50 100 97 97％ JB/T4730.3-2005 Ⅰ级
60 100 97 97％ JB/T4730.3-2005 Ⅰ级
对比例1
本对比实施例所描述的40～60mm厚度合金钢38CrMoAl的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
成分设计：C：0.42、Mn：0.3、Cr：1.6，其余为Fe和残留元素。
通过对比例1，得到力学性能结果如表3所示：
表3力学性能结果
Figure BDA0002336760680000051
采用对比例1生产的40～60mm厚度合金钢38CrMoAl，力学性能指标方面强度偏高，伸长率、冲击韧性偏低，不符合GB/T3077-2015标准要求。
对比例2
本对比实施例所描述的40～60mm厚度合金钢38CrMoAl的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
1、成分设计：C：0.35、Mn：0.3、Cr：1.35，其余为Fe和残留元素。
2、步骤i：终轧温度880℃，不进行快速冷却；
3、步骤k：采用640℃回火热处理工艺；
通过对比例2，得到力学性能结果如表4所示：
表4力学性能结果
Figure BDA0002336760680000052
采用对比例2生产的40～60mm厚度合金钢，强度偏低，冲击韧性不均匀，不符合GB/T3077-2015标准要求。
对比例3
本对比实施例所描述的40～60mm厚度合金结构钢38CrMoAl的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
1、步骤d：锭模550～620mm，锭模宽度2200mm，浇铸前不进行吹氩；
2、步骤g：不采用中间坯热处理工艺；
3、步骤i：晾钢厚度80mm，二阶段单道次压下量4～6mm；
4、步骤k：热处理淬火温度860～880℃，回火温度600～620℃。
通过对比例3，得到力学性能结果如表5所示：
表5力学性能结果
Figure BDA0002336760680000061
采用对比例3生产的40～60mm厚度合金结构钢，冲击韧性不均匀，尤其是厚度1/2处冲击韧性明显比厚度1/4处低，不符合GB/T3077-2015标准要求。
对比例4
本对比实施例所描述的40～60mm厚度合金结构钢38CrMoAl的生产工艺，与实施例基本相同，所不同的是：
1、步骤d：采用连铸生产，厚度断面230mm～270mm，浇铸温度1510℃～1520℃，典型拉速0.70～0.72m/min；
2、步骤f、g、h：不采用开坯轧制、大坯热处理、大坯分割等工艺；
通过对比例4，得到力学性能结果如表6所示：
表6力学性能结果
Figure BDA0002336760680000062
Figure BDA0002336760680000071
采用对比例4生产的40～60mm厚度合金结构钢，厚度1/4位置冲击功不均匀。由于中心偏析影响，厚度1/2位置强度明显偏高，伸长率不合格，且拉伸断口出现轻微分层现象，冲击功降低明显。力学性能达不到GB/T3077-2015标准要求。
综上所述，采用本发明生产方法生产40～60mm厚度合金钢38CrMoAl效果显著，各步骤相互配合，协同增效，获得了综合性能、内部质量优异的40～60mm 厚度合金钢38CrMoAl。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl，其特征在于：所述钢板的化学成分按照质量百分比计为：C：0.36～0.38、Si：0.30～0.40、Mn：0.4～0.5、P≤0.015、S≤0.005、Cr：1.4～1.6、Mo：0.15～0.20、Al：0.9～1.0，Cu：0.20～0.30，其它为Fe和残留元素，碳当量：0.77％～0.87％；所述钢板厚度为40～60mm；所述钢板具有85％～90％的回火索氏体+10％～15％的贝氏体回火组织。
2.根据权利要求1所述耐海水腐蚀氮化钢板38CrMoAl的生产方法，所述钢板的生产方法还包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气、水冷模铸、钢锭加热、开坯轧制、大坯正火处理、大坯分割及清理、小坯轧制、堆冷、热处理，其特征在于：
a.转炉冶炼：冶炼结束出钢C含量＞0.08％，点吹次数2～3次，出钢后吹氩8～10min；
b.LF精炼：加入铝粒及电石作为钢水脱氧剂，造渣后要求渣料变白，加热时间按照三次控制，一加热时间6～8min，加入中碳锰铁及碳粉，一加热结束钢水温度达到1580±10℃；二加热时间16～18min，加热过程根据钢水重量调配合金，二加热结束钢水温度达到1620±10℃；三加热时间8～10min，进行钢水合金成分微调；
c.VD真空脱气：要求真空度≤67Pa，预真空脱气时间8～10min，真空时间18～20min，真空后H值＜1.2PPm；VD破空后按照30-35m/吨钢加入Al线，调配钢水成分；
d.水冷模铸：浇铸前吹氩流量50～60NL/min，时间控制在20～30min，浇铸温度控制在1550～1555℃之间，本体浇铸时间15～17min，冒口浇铸时间5～8min，浇铸完毕后在冒口均匀覆盖保护渣及碳化稻壳，保证保温效果；
e.钢锭加热：钢锭装炉温度200～400℃，装炉时炉温＜700℃，加热过程中700℃以下升温速度＜60℃/h，升温至880～920℃进行保温5～6h，高温段按照1220～1240℃保温，保温时间按照H×11～12min/cm计算，其中H为钢锭厚度值，以厘米计；
f.开坯轧制：轧制过程采用热轧工艺，轧制到500mm以下时采用大压下轧制工艺，末道次压下率＞15％，大坯晾钢厚度230～270mm，钢锭至大坯压缩比≥3；
g.大坯正火处理：正火温度880～900℃，保温系数t＝1.8～2.0min/mm；
h.大坯分割及清理：按成品要求将大坯分割成小坯，小坯表面裂纹、表面麻点、四周火切渣清理干净后再次加热；
i.小坯轧制：分两阶段轧制，第一阶段开轧温度960～1020℃，粗轧阶段均匀压下30-40mm，轧制到100～140mm厚度晾钢，进行第二阶段轧制，第二阶段道次压下量8～10mm均匀分配，终轧温度800～840℃，终轧结束空冷40～60S后入ACC水冷，控制返红温度680～720℃；
j.堆冷：空冷至400℃以上堆垛，以＜10℃/h的速度缓慢冷却至常温；
k.热处理：钢板淬火温度：920～940℃，保温系数t＝2.2～2.4min/mm；回火温度：620～640℃，保温系数：t＝4.0～4.2min/mm，出炉后以＜20℃/h的速度缓慢冷却至常温。
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