CN111471932A

CN111471932A - 一种高强耐腐蚀耐火钢板、其制备方法及其应用

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Publication number: CN111471932A
Application number: CN202010518908.7A
Authority: CN
Inventors: 潘辉; 刘锟; 郭慧敏; 王海全; 梁江涛; 张旭; 李飞; 田志红
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: CN111471932B

Abstract

本发明属于冶金和钢板制备领域，具体涉及一种高强耐腐蚀耐火钢板，其包含：C 0.056～0.075％，Si 0.31～0.55％，Mn 1.8～2.2％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cu 0.41～0.65％，Cr 0.4～0.55％，Ni 0.41～0.7％，Mo 0.31～0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。该制备方法包括冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热、热轧、层流冷却、卷取、缓冷、平整处理、酸轧、退火处理和平整处理，得到所述高强耐腐蚀耐火钢板；本发明采用中低含量C元素和高含量Mn元素的成分设计，通过控制C、Si元素的添加量来控制碳当量，并适当提高Mn含量能够保证钢板的强度；同时配合以最适当的加热、热轧、退火工艺，可获得同时具有超高的强度、良好的耐腐蚀耐火性能、优异的成形性的高强耐腐蚀耐火钢板。

Description

一种高强耐腐蚀耐火钢板、其制备方法及其应用

技术领域

本发明属于冶金和钢板制备领域，具体涉及一种高强耐腐蚀耐火钢板、其制备方法及其应用

背景技术

随着今年来钢材产量的稳步增加，钢结构的使用越来越多。钢结构建筑较钢筋混凝土具有施工便捷、抗震性能好、对环境污染少、环保可回收等诸多方面的优势，它适合于各种工程结构。近年来钢产量逐渐增加，应用技术逐渐深入，其已经成为国际上的发展趋势所在。

但是，钢结构建筑的抗火灾能力和防腐蚀能力相对相差，虽然其本身不会燃烧，但是不耐火，耐火极限时间很短。由于在发生火灾时高温的影响将使钢材料的强度急剧下降而不能保证建筑结构的稳固性要求。当这些材质的钢结构本身问题超过550℃时，钢材屈服强度将显著下降，甚至会超过50％以上；而当温度超过600℃时，钢材将完全丧失承载能力。

此外，在涉及桥梁、铁塔和建筑物等钢结构中所使用的钢材应用中，需要钢材保持有较高的耐腐蚀性，以便在盐分腐蚀环境下具有高的耐腐蚀性能，从而延长使用寿命并减少维护成本。

现有技术领域中的耐腐蚀耐火钢板的主要缺陷体现在以下几方面：

(1)抗拉强度级别低，最高强度级别为700MPa，不利于构件的减重；

(2)存在耐腐蚀性和耐火性的功能匹配问题，单一耐腐蚀性钢和单一耐火性钢的发展较快，但缺乏同时具备超高的耐腐蚀耐火性的钢板；

(3)产品的规格较厚、制备工艺单一，主要集中在热轧工艺生产的厚规格的钢板；

(4)传统高强钢的成形性能差，折弯易开裂。

因此，亟需一种具备强度级别高的耐蚀性耐火性能钢材的开发，使其在温度为600℃下的屈服强度＞300MPa强度级别，同时具备优良的成形性，从而保证钢结构建筑的抗震能力、抗火灾以及防腐蚀性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种具有超高耐腐蚀性和耐火性的钢板、其制备方法及其应用。本发明提供的超高耐腐蚀耐火钢板的厚度为0.5～2.0mm，屈服强度＞900MPa，抗拉强度＞1000MPa，180°D＝a冷弯合格，腐蚀速率≤1.250g/m²·h，并且在温度为600℃下的屈服强度＞310MPa，不易折弯开裂，具有超高的抗拉强度、耐腐蚀性、耐火性和优异的成形性。

用于实现上述目的的技术方案如下：

本发明提供一种高强耐腐蚀耐火钢板，其特征在于，按质量百分比计，所述高强耐腐蚀耐火钢板包含：C 0.056～0.075％，Si 0.31～0.55％，Mn1.8～2.2％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cu 0.41～0.65％，Cr 0.4～0.55％，Ni0.41～0.7％，Mo 0.31～0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板中，按质量百分比计，所述高强耐腐蚀耐火钢板包含：C 0.075％，Si 0.40％，Mn 2.13％，P0.01％，S 0.002％，Cu0.49％，Cr 0.47％，Ni 0.62％，Mo 0.61％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板中，所述高强耐腐蚀耐火钢板的厚度为0.5～2.0mm，屈服强度＞900MPa，抗拉强度＞1000MPa，180°D＝a冷弯合格，腐蚀速率(酸性腐蚀环境下)≤1.250g/m²·h；

在进一步优选的实施方案中，所述高强耐腐蚀耐火钢板相比于Q355B钢板(所述Q355B钢板的执行标准为GB/T1591-2018《低合金高强度结构钢》)的相对腐蚀速率≤40％；

在进一步优选的实施方案中，所述高强耐腐蚀耐火钢板在温度为600℃下的屈服强度＞310MPa。

本发明还提供本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热和热轧，得到热轧板；将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取，得到钢卷；将所述钢卷进行缓冷，得到缓冷后的钢卷；将所述缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧，得到带钢；将所述带钢依次进行退火处理和平整处理，得到所述高强耐腐蚀耐火钢板；

其中，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.056～0.075％，Si 0.31～0.55％，Mn 1.8～2.2％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cu 0.41～0.65％，Cr 0.4～0.55％，Ni 0.41～0.7％，Mo 0.31～0.65％，余量为铁和不可避免的杂质；

在进一步优选的实施方案中，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.075％，Si0.40％，Mn 2.13％，P 0.01％，S 0.002％，Cu 0.49％，Cr 0.47％，Ni 0.62％，Mo 0.61％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法中，所述将所述钢板坯进行加热的过程中，加热温度为1260～1290℃，保温时间为210～220min；

在进一步优选的实施方案中，所述加热温度为1280℃，保温时间为210min。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法中，所述热轧包括粗轧和精轧；

所述精轧的入口温度为1050～1100℃；所述精轧的终轧温度为860～900℃；

在进一步优选的实施方案中，所述粗轧后的所述热轧板的厚度为4～24mm；

在进一步优选的实施方案中，所述精轧后的所述热轧板的厚度为2.5～3.5mm；

在进一步优选的实施方案中，所述精轧的入口温度为1090℃；所述精轧的终轧温度为890℃；所述精轧后的所述热轧板的厚度为2.7mm。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法中，所述层流冷却为前段冷却模式，所述层冷冷却的速率为40～50℃/s；所述卷取温度为420～520℃；在进一步优选的实施方案中，所述卷取温度为480℃；

在进一步优选的实施方案中，所述缓冷时间为72～75h，所述缓冷后的钢卷温度为140～150℃；

在进一步优选的实施方案中，所述将所述缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧的过程中，所述平整处理的延伸率为1～1.5％；所述酸轧后的带钢厚度为0.5～2.0mm。

在一个实施方案中，本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法中，所述退火处理包括：

(1)将所述带钢加热至温度为680～700℃(本说明书实施例中也表述为加热温度)，后缓冷至温度为590～620℃(缓冷结束温度)；

(2)将经步骤(1)处理后的带钢进行过时效处理，所述过时效处理温度为270～360℃，后快冷至温度为140～180℃(终冷温度)；

在进一步优选的实施方案中，所述退火处理包括：

(1)将所述带钢加热至温度为690℃，后以冷却速率为5～7℃/s缓冷至温度为590℃；

(2)将经步骤(1)处理后的带钢进行过时效处理，所述过时效处理温度为280℃，后以冷却速率为35～40℃/s快冷至温度为160℃；

在进一步优选的实施方案中，所述退火处理后的平整处理的延伸率为0.2-0.4％。

本发明另外还提供本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法制备得到的高强耐腐蚀耐火钢板。

本发明另外又提供本发明所述的高强耐腐蚀耐火钢板在制备建筑用钢材料中的应用。

本发明提供的高强耐腐蚀耐火钢板的化学成分采用中低含量C元素和高含量Mn元素的成分设计思路，通过控制C、Si元素的添加量来控制碳当量，并适当提高Mn含量来保证钢板的强度。其中，合金元素成分还采用Ni、Cr、Cu、Mo元素的复合添加而不添加Nb、V、Ti元素来进一步保证钢板的强度。其中，Ni、Cr和Cu能够提高钢板的耐腐蚀性能，而Mo、Cr能够提高钢板的耐火性能。本发明基于上述各合金元素的成分优化设计，并配合以最适当的加热、热轧和退火工艺后，可获得同时具有超高的强度、良好的耐腐蚀耐火性能的并具有优异的成形性的高强耐腐蚀耐火钢板。

本发明所述高强耐腐蚀耐火钢板针对合金成分的设计思路如下：

C：C元素的主要作用是提高钢的强度，但过高的C含量将对塑性及成形性能产生不利影响，因此需要对上下限做明确限定，在本发明中，C元素含量被设定在0.056～0.075％，以获得本发明所述的性能。

Si：Si为固溶强化元素，然而添加过高含量的Si元素将会对钢的塑性产生负面影响。在本发明中，Si元素含量被设定在0.31～0.55％，以获得本发明所述的性能。

Mn：Mn元素具有固溶强化作用，其同时还可提高钢材料的淬透性，成为提高钢材料强度的重要元素之一。然而Mn元素的含量过高则容易使钢材料产生偏析并会降低钢材料的韧性，从而导致其性能恶化。本发明在合理控制C元素和Mn元素的添加量的基础上，适当提高了Mn元素的添加量。在本发明中，Mn元素含量被设定在1.8～2.2％，以获得本发明所述的性能。

P和S：P和S元素的含量过高会对钢材料的韧性和塑性产生不利影响。在本发明中，S元素的含量被设定为S≤0.004％，且P元素的含量被设定为P≤0.015％，以获得本发明所述的性能。

Mo：Mo可提高钢材料的常温力学性能和高温力学性能，但过高的Mo含量将导致成本增加。因此，在本发明中，Mo元素的含量被设定为0.31～0.65％，以获得本发明所述的性能。

Cu：本发明加入Cu元素的目的是提高钢材料的耐腐蚀性能，同时也可提高钢材料的高温力学性能；发明人经过大量平衡优化试验，将本发明中铜元素的含量设定为0.41～0.65％，以获得本发明所述的性能。

Ni：本发明添加Ni元素的目的是改善钢材料的耐腐蚀性能，并避免添加过高Cu元素所导致的裂纹缺陷；同时，高含量Ni的添加有利于提高钢材料的高温性能并提高了钢材料的韧性，发明人经过大量平衡优化试验，将本发明中的Ni元素含量设定为0.41～0.7％，以获得本发明所述的性能。

Cr：Cr元素是作为耐腐蚀性的元素添加的，其可同时提高钢材料的耐腐蚀性和耐火性能，发明人经过大量平衡优化试验，将本发明中Cr元素的含量设定为0.4～0.55％，以获得本发明所述的性能。

本发明针对发明目的，为制备出高强度的耐腐蚀耐火钢板，在所述钢板的冶炼过程中严格控制P和S的含量，以保证钢板坯的质量符合要求。并在后续的轧制过程中严格控制热轧板的层流冷却工艺，并将进行卷取后的钢卷置入缓冷坑中进行缓冷处理，极大提高了热轧钢卷性能的均匀性和板形质量。

在本发明所述制备过程中，将加热温度限定为1260～1290℃，保温时间大于210分钟，该工艺设计的目的在于保证钢微观结构奥氏体的均匀化并保证后续轧制工艺的稳定进行。

本发明所述热轧工艺采用两阶段控制轧制，经粗轧后的中间坯厚度为8～12倍的最终产品厚度，这可以保证粗轧钢坯具有足够的奥氏体未再结晶区的压下量，有利于细化晶粒，从而提高最终产品的高温性能；而增加中间坯的厚度同时还可以缩短该中间坯的长度，从而减小精轧过程的头尾温度差，防止尾部温度降低过大而增加轧机负荷。

所述精轧过程需按照最终产品的厚度(0.5～2.0mm)来严格控制精轧工艺，本发明将精轧的入口温度设定为1050～1100℃，将精轧的终轧温度设定为860～900℃，从而保证后续轧制工艺的稳定性，获得具有超高强度的耐腐蚀耐火性能的钢板。

本发明得到的所述热轧板采用的层流冷却方式为前段冷却模式，其中所述层冷冷却的速率为40～50℃/s，这一方面有利于加强相变后的组织强化和细晶组织强化，另一方面有利于增强位错的强化效果，从而有效提高了最终产品在高温下的强度。进一步而言，本发明选择了温度为420～520℃的卷取温度，保证了所得到的钢卷的微观组织以贝氏体组织为主。

将本发明所述经卷取后的钢卷置于缓冷坑中进行缓冷处理，该缓冷时间需保证大于72小时，并保证钢卷出坑温度(缓冷后的钢卷温度)为140～150℃。采用上述缓冷处理，可以使钢材料的通卷力学性能更加均匀，并可以使钢材料的内应力有效地得到释放和均匀化，从而改善最终产品的板形质量，并有利于对后续的残余应力的控制。此外，本发明还将经缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧，其中，平整延伸率为1～1.5％，酸轧后的带钢厚度为0.5～2.0mm，极好地解决了本发明所述热轧带钢的浪形问题。

在本发明所述的退火处理工艺中，关键在于对退火加热温度的控制，从而保留钢微观结构中大量的位错并避免完全奥氏体化，从而提高最终产品的高温力学性能，并通过设定最适当的过时效处理温度来显著改善带钢的成形性能。

本发明为进一步提高所述钢板的高温力学性能，对进行退火处理后的带钢进行平整，平整延伸率为0.2％-0.4％。

本发明的技术效果：

本发明基于以上所限定的各合金元素成分的优化设计，充分发挥了钢微观组织的强化、位错效果，制备得到了厚度为0.5～2.0mm的高强耐腐蚀耐火钢板，屈服强度＞900MPa，抗拉强度＞1000MPa，180°D＝a冷弯合格，腐蚀速率≤1.250g/m²·h，并且在温度为600℃下的屈服强度＞310MPa，不易折弯开裂，具有超高的抗拉强度、耐腐蚀性、耐火性和优异的成形性。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了本发明实施例1试验组6所制备得到的高强耐腐蚀耐火钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例1：

本实施例采用8个试验组，在试验组1～8中通过本发明所述方法制备所述高强耐腐蚀耐火钢板；

一、冶炼并连铸得到钢板坯，按质量百分比计，所述钢板坯包含的实际化学成分如表1所示；

表1：本发明所述钢板坯包含的实际化学成分

二、采用本发明所述制备方法制备高强耐腐蚀耐火钢板(具体制备工艺参数如表2和表3所示)：

(1)将所述钢板坯依次进行加热和热轧，得到热轧板；

其中，加热温度为1260～1290℃，保温时间为210～220min；

热轧包括粗轧和精轧；精轧的入口温度为1050～1100℃；精轧的终轧温度为860～900℃；粗轧后的所述热轧板的厚度为4～24mm；精轧后的所述热轧板的厚度为2.5～3.5mm；所述精轧的入口温度为1090℃；精轧的终轧温度为890℃；精轧后的所述热轧板的厚度为2.7mm。

(2)将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取，得到钢卷；

其中，所述层流冷却为前段冷却模式，该层冷冷却的速率为40～50℃/s；冷流冷却后的卷取温度为420～520℃。

(3)将所述钢卷进行缓冷，得到缓冷后的钢卷；

其中，所述缓冷时间为72～75h，所述缓冷后的钢卷温度(缓冷至≤150℃时出坑)为140～150℃。

(4)将所述缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧，得到带钢；

其中，平整处理的延伸率为1～1.5％；酸轧后的带钢厚度为0.5～2.0mm(将带钢轧制成厚度为0.5～2.0mm)。

(5)将所述带钢依次进行退火处理和平整处理，得到所述高强耐腐蚀耐火钢板；其中，退火处理包括：

(5-1)将所述带钢加热至温度为680～700℃(加热温度)，后以冷却速率为5～7℃/s缓冷至温度为590～620℃(缓冷结束温度)；

(5-2)将经步骤(5-1)处理后的带钢进行过时效处理，所述过时效处理温度为270～360℃，后以冷却速率为35～40℃/s快冷至温度为140～180℃(终冷温度)；

退火处理后的平整处理的延伸率为0.2-0.4％。

表2：本发明所述高强耐腐蚀耐火钢板的制备工艺参数

表3：本发明所述高强耐腐蚀耐火钢板的退火和平整工艺参数

本发明附图1示出了本发明实施例1试验组6所制备得到的高强耐腐蚀耐火钢板的金相组织照片。

对比例1：

一、本对比例采用2个对比组，其钢板坯的实际化学成分如表4所示：

表4：对比组9～10的钢板坯的实际化学成分

二、上述对比组9～10制备的钢板所使用的制备工艺参数如表5和表6所示：

表5：对比组产品的制备工艺参数

针对上述实施例1和对比例1中所制备得到的产品进行力学性能测试，结果见表6：

表6：钢板力学性能测试结果

针对上述实施例1和对比例1中所制备得到的产品进行周期浸润试验验证耐腐蚀性，结果见表7：

试验方法为：采用(1.0±0.05)×10^-2mol/L浓度的NaHSO₃溶液进行周期浸润，试验时间为72小时，试验标准为TB/T2375-1993。

表7：钢板耐腐蚀性测试结果

综上，本发明所述方法制备得到的高强耐腐蚀耐火钢板，通过合理的合金元素及其含量的设计，充分发挥了各合金元素的固溶强化、相变强化以及位错强化等强化效果，使最终所获得的钢板成品具有超高的强度、良好的冷成形性能、优良的耐火性能和耐腐蚀性能。相比于传统1000MPa级冷轧产品，本发明获得的产品的高温力学性能和耐腐蚀性能大幅度提高，并且获得了以下优良的效果：屈服强度＞900MPa，抗拉强度＞1000MPa，180°D＝a冷弯合格，腐蚀速率≤1.250g/m²·h，并且在温度为600℃下的屈服强度＞310MPa。

总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims

1.一种高强耐腐蚀耐火钢板，其特征在于，按质量百分比计，所述高强耐腐蚀耐火钢板包含：C 0.056～0.075％，Si 0.31～0.55％，Mn 1.8～2.2％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cu0.41～0.65％，Cr 0.4～0.55％，Ni 0.41～0.7％，Mo 0.31～0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀耐火钢板，其特征在于，按质量百分比计，所述高强耐腐蚀耐火钢板包含：C 0.075％，Si 0.40％，Mn 2.13％，P 0.01％，S 0.002％，Cu0.49％，Cr 0.47％，Ni 0.62％，Mo 0.61％，余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的高强耐腐蚀耐火钢板，其特征在于，所述高强耐腐蚀耐火钢板的厚度为0.5～2.0mm，屈服强度＞900MPa，抗拉强度＞1000MPa，180°D＝a冷弯合格，腐蚀速率≤1.250g/m²·h；

优选地，所述高强耐腐蚀耐火钢板相比于Q355B钢板的相对腐蚀速率≤40％；

优选地，所述高强耐腐蚀耐火钢板在温度为600℃下的屈服强度＞310MPa。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热和热轧，得到热轧板；将所述热轧板依次进行层流冷却和卷取，得到钢卷；将所述钢卷进行缓冷，得到缓冷后的钢卷；将所述缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧，得到带钢；将所述带钢依次进行退火处理和平整处理，得到所述高强耐腐蚀耐火钢板；

其中，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.056～0.075％，Si 0.31～0.55％，Mn1.8～2.2％，P≤0.015％，S≤0.004％，Cu 0.41～0.65％，Cr 0.4～0.55％，Ni 0.41～0.7％，Mo 0.31～0.65％，余量为铁和不可避免的杂质；

优选地，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.075％，Si 0.40％，Mn 2.13％，P0.01％，S 0.002％，Cu 0.49％，Cr 0.47％，Ni 0.62％，Mo 0.61％，余量为铁和不可避免的杂质。

5.根据权利要求4所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述将所述钢板坯进行加热的过程中，加热温度为1260～1290℃，保温时间为210～220min；

优选地，所述加热温度为1280℃，保温时间为210min。

6.根据权利要求4或5所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述热轧包括粗轧和精轧；

优选地，所述粗轧后的所述热轧板的厚度为4～24mm；

优选的，所述精轧后的所述热轧板的厚度为2.5～3.5mm；

优选地，所述精轧的入口温度为1090℃；所述精轧的终轧温度为890℃；所述精轧后的所述热轧板的厚度为2.7mm。

7.根据权利要求4或5所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述层流冷却为前段冷却模式，所述层冷冷却的速率为40～50℃/s；所述卷取温度为420～520℃；优选地，所述卷取温度为480℃；

优选地，所述缓冷时间为72～75h，所述缓冷后的钢卷温度为140～150℃；

优选地，所述将所述缓冷后的钢卷依次进行平整处理和酸轧的过程中，所述平整处理的延伸率为1～1.5％；所述酸轧后的带钢厚度为0.5～2.0mm。

8.根据权利要求4或5所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述退火处理包括：

(1)将所述带钢加热至温度为680～700℃，后缓冷至温度为590～620℃；

(2)将经步骤(1)处理后的带钢进行过时效处理，所述过时效处理温度为270～360℃，后快冷至温度为140～180℃；

优选地，所述退火处理包括：

优选地，所述退火处理后的平整处理的延伸率为0.2-0.4％。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的高强耐腐蚀耐火钢板的制备方法制备得到的高强耐腐蚀耐火钢板。

10.根据权利要求1-3、9中任一项所述的高强耐腐蚀耐火钢板在制备建筑用钢材料中的应用。