CN112159921A

CN112159921A - 一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法

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Publication number: CN112159921A
Application number: CN202011052272.8A
Authority: CN
Inventors: 胡学文; 何博; 张建; 朱涛; 郭锐; 王海波; 汪飞; 石践; 李雄杰
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: CN112159921B

Abstract

本发明公开了一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法，其主要化学成分组成及其重量百分比含量为：C 0.06～0.08％；Si 0.20％～0.40％；Mn 0.80～1.20％；P≤0.012％；S≤0.005％；Cr 0.70～1.20％；Ni 0.10～0.30％；Cu 0.20～0.40％；Alt 0.020～0.045％；Nb 0.015～0.030％；Ti 0.010～0.025％；Sb 0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂；本发明采用微合金化控制技术结合控制轧制和控制冷却原理，基于显微组织类型控制，在铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→堆垛缓冷→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取的热连轧板带生产线开发出屈强比低、成形性能和耐酸腐蚀性能优异的高强耐酸钢产品，可应用于交通运输、烟草、电力、化工能源、冶金等行业在酸性腐蚀介质环境下服役的钢结构制造。

Description

一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料及其生产技术领域，尤其涉及一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法。

背景技术

在冶金、石化、电力等行业以重油或者煤为主要燃料的烟气处理系统中，燃料中的硫在燃烧过程中生产大量SO₃、SO₂等酸性介质气体，酸性介质气体与水蒸气结合生成硫酸蒸汽，遇到低温构件时在表面结露容易造成严重的硫酸露点腐蚀，大大缩短构件的服役寿命。耐硫酸露点腐蚀用钢由于具有良好的耐硫酸腐蚀性能，在上述行业高含硫烟气中服役的空气预热器、热交换器、省煤器、脱硫脱硝装置、煤气管道等得到广泛应用。

目前常用的耐酸钢屈服强度级别主要集中在345MPa以下，代表牌号为09CrCuSb。然而随着耐酸钢使用范围的不断扩大，尤其是用作承载结构件时，对材料强度的要求不断提高，同时还需要具有较低的屈强比，一方面提高成形性能，另一方面在遇到超过屈服极限的大载荷时能通过塑性变形吸收能量，避免立即断裂失效，从而提高构件的服役安全性。

专利公开号为CN 109321819 A的发明专利公开了一种低屈强比高韧性耐硫酸露点腐蚀用薄钢板及其生产方法，其化学成分为C：0.11～0.14％；Si：0.35～0.50％；Mn：0.80～0.90％；P≤0.008％；S≤0.002％；Al：0.020～0.040％；Cr：0.65～0.85％；Cu：0.35～0.45％；Ca：0.0015～0.0030％；其余为Fe和不可避免的杂质。所述钢板采用宽厚板轧机轧制，厚度8～35mm，屈服强度345MPa～400MPa，抗拉强度480MPa～520MPa，屈强比0.72～0.80，常温冲击功平均250～300J，耐硫酸露点腐蚀性能：腐蚀速率5.60～5.80mg/cm²·h。

专利公开号为CN102409266A的发明专利公开了一种低温韧性优异的耐酸腐蚀钢及其制造方法，其化学成分为：C：0.02％～0.15％、Si：0.15％～0.55％、Mn：0.40％～1.60％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Ni：0.08％～0.30％、Cu：0.20％～0.60％、Cr：0.30％～1.50％、Mo：0.10％～0.60％、Als：0.015％～0.045％，并含有Sb、Bi中的一种或二种，总量为0.02％～0.60％，还含有Nb、Ti、V中的一种或二种以上，总量≤0.22％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述专利采用宽厚板轧机轧制，屈服强度370～425MPa，抗拉强度490～585MPa，延伸率25.5～32.5％。且添加了贵重金属元素Mo，制造成本较高。

专利公开号为CN109628843A的发明专利公开了一种屈服强度450MPa级运煤敞车用耐蚀钢及其制造方法，其化学成分为C：0.034％～0.069％，Si：0.21％～0.29％，Mn：0.45％～1.0％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.015％～0.045％，Cr：0.35％～0.89％，Ni：0.11％～0.19％，Cu：0.25％～0.38％，Ti：0.012％～0.021％，Sb：0.041％～0.089％，Sn：0.028％～0.069％，Mo：0～0.19％，B：0～0.0019％，Ca：0.0008％～0.0030％，余量为铁和不可避免的杂质。屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥60J。所述耐酸钢的屈强比＞0.80，且添加了贵重金属元素Mo，制造成本较高。

如上所述，前2个专利(CN 109321819 A、CN102409266A)所涉及的耐酸腐蚀钢板采用宽厚板轧机轧制。第3个专利(CN109628843A)所涉及的耐酸钢屈强比较高，且添加贵重合金Mo，制造成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法，钢成分中不添加贵重的Mo元素，采用微合金化控制技术结合控制轧制和控制冷却原理，基于显微组织类型控制，在热连轧板带生产线开发出屈强比低、成形性能和耐酸腐蚀性能优异的高强耐酸钢产品，可应用于交通运输、烟草、电力、化工能源、冶金等行业在酸性腐蚀介质环境下服役的钢结构制造。

本发明采取的技术方案为：

一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→堆垛缓冷→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取；

所述控制冷却步骤中，钢带出F7后以≤10℃/s的冷却速度冷却至770～820℃，然后以30℃/s～50℃/s的冷却速度冷却至400～500℃进行卷取。

进一步地，所述炉外精炼为LF炉精炼，精炼的过程中造白渣还原钢包顶渣，脱硫和降低非金属夹杂物含量，喂入钙线。

所述连铸步骤中，投用电磁搅拌和动态轻压下。

所述堆垛缓冷步骤中，堆垛缓冷至室温进行铸坯检查清理。

所述板坯加热步骤中，均热温度控制在1180℃～1250℃，保温时间≥180min。

所述控制轧制步骤中，粗轧温度控制在1050℃以上；精轧开轧温度控制在1000℃～1050℃，累计变形量≥85％；精轧终轧温度控制在850～900℃。

根据本发明的生产方法生产得到的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的金相组织为铁素体+贝氏体+马氏体，其R_eL≥450MPa，R_m≥650MPa，屈强比≤0.75，A≥21.0％，-60℃KV₂≥40J。

本发明还提供了根据本发明的生产方法生产得到的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板，其主要化学成分组成及其重量百分比含量为：C 0.06～0.08％；Si 0.20％～0.40％；Mn 0.80～1.20％；P≤0.012％；S≤0.005％；Cr 0.70～1.20％；Ni 0.10～0.30％；Cu 0.20～0.40％；Alt 0.020～0.045％；Nb 0.015～0.030％；Ti 0.010～0.025％；Sb0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

进一步地，为保证钢板具有良好的焊接性能，本发明的化学成分设计还需同时满足以下焊接冷裂纹敏感系数Pcm要求，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％。

本发明的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板，其主要化学元素设计思路在于：

1)碳(C)：C是提高钢材强度最经济的元素，但是C含量过高一方面在钢水浇铸过程中易发生包晶反应导致板坯产生纵裂纹；另一方面降低材料的焊接性能和塑韧性。因此本发明将C含量控制在0.06～0.08％。

2)锰(Mn)：Mn是固溶强化元素，提高钢材强度；还能提高奥氏体稳定性，便于在冷却过程中生成贝氏体和马氏体硬相组织，但是Mn含量过高会恶化焊接热影响区低温韧性降低焊接性能，因此本发明将Mn含量控制在0.80～1.20％。

3)铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)：通过三种元素之间的协同作用，促进阳极钝化，抑制阳极溶解；同时在基体表面富集形成致密的稳定性锈层，阻止腐蚀介质向基体扩散，提高材料的耐酸腐蚀性能。Cr还能提高钢材淬透性和强度；Cu在冷却过程中析出细小的第二项粒子，提高钢材强度。本发明将Cr、Ni、Cu含量分别控制在0.70～1.20％、0.10～0.30％和0.20～0.40％。

4)锑(Sb)：Sb是提高耐硫酸腐蚀性能的有效元素，但其含量过高会恶化钢材的热加工性能和焊接性能。因此，本发明将Sb含量控制在0.06～0.12％，以进一步提高材料的耐硫酸腐蚀性能。

5)铌(Nb)、钛(Ti)：采用Nb、Ti元素复合微合金化，结合控轧控冷工艺细化晶粒尺寸，在轧制和冷却过程中析出纳米级的铌钛碳氮化物，通过细晶强化和析出强化作用提高材料的强度和塑韧性；Ti还能抑制焊接过程中热影响区晶粒粗化，提高焊接性能。本发明将Nb、Ti含量分别控制在0.015～0.030％和0.010～0.025％。

6)磷(P)、硫(S)。P、S是钢中残余元素。P易于在晶界偏析，增加钢的冷脆性，降低低温韧性和焊接性能。S在钢中易形成低熔点的FeS产生热脆现象，降低韧性；形成硫化物夹杂，引起点蚀。但是P、S含量过低会导致冶炼成本增加，因此将P含量控制在0.012％以下，S含量控制在0.005％以下。

本发明的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板生产时进行如下控制：

1)冶炼、精炼、连铸工艺

按照上述化学成分进行钢水冶炼。LF炉精炼造白渣还原钢包顶渣，脱硫和降低非金属夹杂物含量；喂入钙线进行非金属夹杂物变性处理，控制夹杂物形态，减少非金属夹杂物引起的点蚀，提高耐腐蚀性能。连铸过程中投用电磁搅拌和动态轻压下，减少铸坯内部缺陷，提高材料塑韧性。板坯切割完成后进行堆垛缓冷促进合金元素扩散均匀化，待板坯冷却后进行表面检查清理，避免热轧过程中带钢产生边部缺陷。

2)控制轧制和控制冷却工艺

板坯首先入加热炉进行加热，均热温度控制在1180℃～1250℃，促进奥氏体均匀化和微合金元素在奥氏体中充分固溶，同时避免奥氏体晶粒过分粗化。板坯出炉经过高压水除鳞去除表面氧化铁皮后进行轧制，轧制分为粗轧和精轧两个阶段。粗轧阶段在奥氏体再结晶区进行多道次轧制，轧制温度控制在1050℃以上，促进形变奥氏体晶粒进行多次回复再结晶细化。精轧开轧温度控制在1000℃～1050℃，累计变形量≥85％，通过累计大变形增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，从而增加相变形核点细化晶粒尺寸。精轧终轧温度控制在850～900℃，避免在低温双相区轧制导致轧机负荷过大，同时避免造成混晶；也要避免终轧温度过高导致奥氏体晶粒粗化。钢带出F7后以≤10℃/s的冷却速度冷却至770～820℃，过冷奥氏体首先转变为软相先共析铁素体组织；然后以30℃/s～50℃/s的冷却速度冷却至400～500℃卷取，剩余过冷奥氏体转变为硬相贝氏体和马氏体组织，从而降低材料屈强比。

本发明的低屈强比高强度耐酸腐蚀热轧钢板，其控轧控冷工艺设计思路在于：

1)通过形变和温度控制微合金元素铌钛碳氮化物的析出类型和尺寸，提高二相粒子析出强化效果；

2)采用后段集中快速冷却控制软相组织为强度较低的铁素体，而硬相组织为强度较高的贝氏体+马氏体，从而获得较低的屈强比。

本发明所述低屈强比高强度耐酸腐蚀热轧钢板具有如下优点：

1)本发明钢板的力学性能：R_eL≥450MPa，R_m≥650MPa，屈强比≤0.75，A≥21.0％，-60℃KV₂≥40J(冲击试样尺寸：5×10×55mm)，具有低屈强比、优良的强度和塑韧性。

2)本发明钢板的具有优良的焊接性能和冷弯成形性能。焊接冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％；经过双倍冷弯后，弯曲试样没有裂纹出现(如图1所示)，

具有较好的冷弯成形性能，便于下游用户的加工成形。

本发明钢板兼具优良的耐硫酸腐蚀性能和耐大气腐蚀性能，在硫酸全浸试验条件下相对Q345B腐蚀率低于10％，在周期浸润腐蚀试验条件下相对Q345B腐蚀速率小于45％。

附图说明

图1为本发明实施例生产的钢板经过双倍冷弯后的图片；

图2为本发明实施例生产的钢板在光学显微镜下的显微组织形貌。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法，所述钢带的主要化学成分组成及其重量百分比含量(wt％)为C：0.06～0.08％；Si：0.20％～0.40％；Mn：0.80～1.20％；P：≤0.012％；S：≤0.005％；Cr：0.70～1.20％；Ni：0.10～0.30％；Cu：0.20～0.40％；Alt：0.020～0.045％；Nb：0.015～0.030％；Ti：0.010～0.025％；Sb：0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂，且Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％。

本发明采用传统热连轧工艺生产，工艺流程包括：铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→堆垛缓冷→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取。

1)按照上述化学成分进行钢水冶炼。LF炉精炼控制[S]≤0.0050％，精炼后进行钙处理，连铸过程中投用电磁搅拌和动态轻压下，提高铸坯内部质量，板坯拉速控制在0.6～1.3m/min，板坯切割完成后进行堆垛缓冷，待板坯冷却后进行表面检查清理。

2)热连轧首先对板坯进行加热，加热温度为1180℃～1250℃，保温时间≥180min。板坯出炉经过高压水除鳞然后在热连轧机组进行粗轧和精轧，轧制温度控制在1050℃以上，精轧开轧温度控制在1000℃～1050℃，累计变形量≥85％，精轧终轧温度控制在850～900℃，钢带出F7后以≤10℃/s的冷却速度冷却至770～820℃，然后以30℃/s～50℃/s的冷却速度冷却至400～500℃进行卷取，卷取后空冷至室温。本发明实施例及对比例的化学成分如表1所示。

表1本发明实施例的化学成分

实施例及对比例钢的主要轧制工艺参数如表2所示，力学性能如表3所示。

表2实施例及对比例轧制工序主要工艺参数

表3实施例及对比例性能

按照JB/T 7901《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》对发明实施例钢种和Q345B对比样进行了耐硫酸腐蚀性能检验，试验时间24h。各实施例钢种及对比样的耐硫酸腐蚀性能如表4所示。

表4实施例耐硫酸腐蚀性能检验结果

按照TB/T 2375《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》对本发明各实施例钢种进行了实验室加速腐蚀试验模拟大气环境腐蚀，试验周期72h，与Q345B和Q450NQR1高强耐候钢进行对比。Q450NQR1高强耐候钢及各实施例钢种相对于Q345B对比样的耐大气腐蚀性能如表5所示。可见实施例钢种的耐大气腐蚀性能优于Q450NQR1耐候钢。

表4实施例耐大气腐蚀性能检验结果

	平均腐蚀失重速率(g/m<sup>2</sup>·h)	相对腐蚀率(％)
			Q345B	4.60	100
Q450NQR1	2.48	54
			实施例1	1.76	38
实施例2	1.84	40
			实施例3	1.89	41
对比例1	1.88	41
			对比例2	1.89	41
对比例3	1.84	40
			对比例4	1.85	40

本发明实施例所述耐酸钢不仅拥有良好的耐硫酸露点腐蚀性能，同时具有良好的耐大气腐蚀性能。可应用于烟草、石化、电力、冶金等具有较强的酸性腐蚀性介质的行业；也可应用于大气环境下，尤其是工业大气环境，满足铁道车辆、输电铁塔、桥梁等户外结构件的制造需求。

上述参照实施例对一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板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

1.一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→堆垛缓冷→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取；

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述炉外精炼为LF炉精炼，精炼的过程中造白渣还原钢包顶渣，脱硫和降低非金属夹杂物含量，喂入钙线。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述连铸步骤中，投用电磁搅拌和动态轻压下。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述板坯加热步骤中，均热温度控制在1180℃～1250℃，保温时间≥180min。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述控制轧制步骤中，粗轧温度控制在1050℃以上；精轧开轧温度控制在1000℃～1050℃，累计变形量≥85％；精轧终轧温度控制在850～900℃。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的金相组织为铁素体+贝氏体+马氏体。

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的R_eL≥450MPa，R_m≥650MPa，屈强比≤0.75，A≥21.0％，-60℃KV₂≥40J。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的生产方法生产得到的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板。

9.根据权利要求8所述的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板，其特征在于，所述热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板的主要化学成分组成及其重量百分比含量为：C 0.06～0.08％；Si 0.20％～0.40％；Mn 0.80～1.20％；P≤0.012％；S≤0.005％；Cr 0.70～1.20％；Ni 0.10～0.30％；Cu 0.20～0.40％；Alt 0.020～0.045％；Nb 0.015～0.030％；Ti 0.010～0.025％；Sb 0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

10.根据权利要求9所述的热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板，其特征在于，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B≤0.20％。