CN112662948A - RE-Cr-Cu复合耐蚀钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种RE‑Cr‑Cu复合耐蚀钢及其制备方法，其中该RE‑Cr‑Cu复合耐蚀钢按质量百分比包括以下化学成分：C：0.05～0.20％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.50％，S：0.005～0.020％，P：0.005～0.020％，Al：0.010～0.06％，O：0.0010～0.0050％，RE：0.01～0.06％，Cr：0.20～0.60％，Cu：0.10～0.50％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。通过将RE‑Cr‑Cu复合加入耐腐蚀钢中，在界面聚集，包括在相界、晶界、自由表面等，能够降低界面能，避免局部锈蚀发生；利用RE‑Cr‑Cu复合强化，稳定与致密表面锈层组织，有效减缓腐蚀速率；RE‑Cr‑Cu复合，降低其与基体的电极电位差，避免点蚀发生。

Description

RE-Cr-Cu复合耐蚀钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐蚀钢技术领域，尤其涉及一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢及其制备方法。

背景技术

我国作为世界钢铁大国，2019年全国粗钢产量近10亿吨，占全球总产量的53.3％，然而，量大面广的普碳钢(占比约70％)和低合金钢(占比约20％)都面临着严重的易腐蚀问题，据统计我国每年因腐蚀造成的损失约占GDP的3-4％，损失巨大。钢铁腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有行业，尤其是基础设施用钢日复一日面对着大气腐蚀，如何以低成本显著提高建筑钢材耐大气腐蚀性能是开发和推广应用新型耐蚀钢的关键问题。

因此，有必要开发一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢及其制备方法，能够提高钢板的耐腐蚀性，降低生产成本。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此本发明提出了一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢及其制备方法。

有鉴于此，本发明的一方面提出了一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢包括以下化学成分：

C：0.05～0.20％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.50％，S：0.005～0.020％，P：0.005～0.020％，Al：0.010～0.06％，O：0.0010～0.0050％，RE：0.01～0.06％，Cr：0.20～0.60％，Cu：0.10～0.50％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

进一步地，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的屈服强度为465MPa至485MPa，抗拉强度为540MPa至575MPa，延伸率为28.5％至33％。

进一步地，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的厚度为3.0mm至8.0mm。

本发明的另一方面提出了一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

铁水预处理，经铁水预处理后，铁水S≤0.005％，扒净渣；

转炉工序，将精料废钢装入炉内，并将经过处理的所述铁水倒入所述炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将所述钢水注入所述钢包内，使所述钢包内0.015％≤Als≤0.045％；

精炼工序，采用LF精炼工序，对所述钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度；

连铸工序，采用LF精炼工序，将所述精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫所述中包，使氮增量N≤5ppm，连铸过热度控制目标不大于30℃，所述连铸工序中进行稀土处理，获得连铸坯；

加热炉加热，加热温度为1180℃至1220℃，保温时间25mim至35min，获得板坯；

热连轧，包括粗轧和精轧，所述精轧的压缩比在3.5以上，所述精轧的终轧温度不低于850℃；

所述热连轧后控制冷却，所述控制冷区后进行卷取。

进一步地，所述转炉工序中拉碳一次命中，避免点吹、补吹，出钢时加入锰铁合金、铬铁合金、纯铜。

进一步地，所述精炼工序中，采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

进一步地，所述稀土处理为在连铸过程中，采用结晶器喂入稀土丝。

进一步地，所述加热炉加热的出炉温度为1180℃至1220℃。

进一步地，所述卷取的卷取温度不高于600℃。

进一步地，所述转炉工序采用顶底复吹转炉。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过RE-Cr-Cu复合，能够降低界面能，避免局部锈蚀发生，能够稳定与致密表面锈层组织，有效减缓腐蚀速率，还能够降低复合耐蚀钢与基体的电极电位差，避免点蚀发生，通过RE-Cr-Cu复合耐蚀替代通过铜铬镍耐候钢，降低生产成本，提高企业经济性，可广泛用于复杂钢结构装配式民居，耐蚀地螺丝，外挂装饰装修框架，集装箱移动房，厂房式实验室建筑等。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

本实施例提供了一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢，该RE-Cr-Cu复合耐蚀钢按质量百分比包括以下化学成分：

C：0.05～0.20％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.50％，S：0.005～0.020％，P：0.005～0.020％，Al：0.010～0.06％，O：0.0010～0.0050％，RE：0.01～0.06％，Cr：0.20～0.60％，Cu：0.10～0.50％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

通过将RE-Cr-Cu复合加入耐腐蚀钢中，在界面聚集，包括在相界、晶界、自由表面等，能够降低界面能，避免局部锈蚀发生；利用RE-Cr-Cu复合强化，稳定与致密表面锈层组织，有效减缓腐蚀速率；RE-Cr-Cu复合，降低其与基体的电极电位差，避免点蚀发生。

具体地，通过RE-Cr-Cu原子向锈层和基体的界面处偏聚，使得碳钢表面形成锈层后，在靠近锈层的基体处形成了具有保护性的原子层，阻碍锈层向基体内部的扩展，有效减缓腐蚀速率，起到“以锈防锈”的作用，随着腐蚀时间的延长，锈层厚度增加，同时锈层颗粒也在发生变化。RE-Cr-Cu微合金化前低合金钢的锈层颗粒整体上较大，表面锈层不同区域存在高度差并且分布不均，有些区域锈层较为致密，而有些区域则相对疏松，这是由浸润过程中水流波动造成的，RE-Cr-Cu微合金化后的锈层较为平整，厚度相比合金化前的锈层要薄很多，锈层颗粒较小且致密性更好。

在一定的配比下，利用RE-Cr-Cu复合微合金化原理，配合控轧控冷工艺，使耐蚀钢具有一定的成形性能、冲击性能、优良的焊接性能和高的耐腐蚀性能等。

采用RE-Cr-Cu复合强化，未加入Ni，耐蚀钢成本较低，钢质纯净，在保证优异性能的基础上，降低耐蚀钢的生产成本，提高企业经济性。

进一步地，RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的屈服强度为465MPa至485MPa，抗拉强度为540MPa至575MPa，延伸率为28.5％至33％。

其中，RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的厚度为3.0mm至8.0mm。

本申请的耐腐蚀钢包括厚钢板、薄钢板等类型，适用于现代冷、热加工成形和焊接操作等。

实施例2

图1示出了根据本发明一个实施例的一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法的流程示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

步骤1，铁水预处理，经铁水预处理后，铁水S≤0.005％，扒净渣；

步骤2，转炉工序，将精料废钢装入炉内，并将经过处理的铁水倒入炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将钢水注入钢包内，使钢包内0.015％≤Als≤0.045％；

步骤3，精炼工序，采用LF精炼工序，对钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度；

步骤4，连铸工序，采用LF精炼工序，将精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫中包，使氮增量N≤5ppm，连铸过热度控制目标不大于30℃，连铸工序加入稀土处理，获得连铸坯；

步骤5，加热炉加热，加热温度为1180℃至1220℃，保温时间25mim至35min，获得板坯；

步骤6，热连轧，包括粗轧和精轧，精轧的压缩比在3.5以上，精轧的终轧温度不低于850℃；

步骤7，热连轧后控制冷却，控制冷区后进行卷取。

其中，连铸过热度控制目标不大于30℃，该温度直接影响凝固后铸坯表面质量，初生坯壳生长的均匀性以及铸坯的内部质量，过热度≤30℃能够减小中间偏析，诱发拉漏事故，避免坯壳较薄而出现裂纹，同时使柱状晶发达的现象发生。

加热炉加热中加热温度为1180℃至1220℃，当加热到1083℃(铜熔点)附近时，加大煤气量，加快升温速度，避免铜在晶界及表面的富集，高温短时快速加热，保温时间25mim至35min，能够避免铜脆的发生。

精轧的压缩比在3.5以上是将连铸坯厚度230mm，轧制中间坯，根据最终产品的厚度不同，如轧成中间坯52mm，通过精轧机组的机架F1～F7轧制，将中间坯52mm轧成所需的产品规格4.5mm，这样精轧压缩比实际为11.5，高于3.5符合要求。

具体地，采用LF精炼工序，对气体含量严格控制，要求LF保持微正压，严格控制LF增N量，其中，严格控制吹氩强度，尽量避免钢液裸露，进而避免钢液与空气接触，增加钢水中氧含量，提高钢水的质量。

连铸工序中，全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露，严格控制水口吸N，控制增N量，采用高碱度中包渣，以便去除钢中夹杂物。浇钢过程投入轻压下功能，其中，轻压下是在连续铸钢炼铁过程中，连铸轧钢坯拉矫采用液芯矫直时，为了获得无缺陷铸坯，对带液芯的铸坯施加小的压力的工艺方法，其中，凝固与冷却收缩就会导致凝固收缩力把周围树枝晶间的富集S、P的液体吸入，产生中心偏析，中心偏析的形成是由于向内生长的凝固前沿形成“搭桥”，阻隔了钢水的向下输送，中心偏析会严重地影响铸坯内部质量。为了减轻中心偏析，在产生中心偏析段(铸坯凝固末段)应用了轻压下技术，即在快要完全凝固处，对铸坯进行轻微地压下，减轻中心偏析，浇钢过程保持恒拉速，恒拉速一般为1m/min至4m/min。

具体地，热连轧中的粗轧工序采用“3+3”模式控制，即生产时两台粗轧机R1和R2，在R1和R2各轧制3道次，做好精轧模型的负荷分配，保证轧制稳定性。

通过本申请的制备方法制备的耐蚀钢在保证具有一定强度的同时，还有效地提高板材的耐大气腐蚀性能、冲击性能和焊接性能等，能够有效地弥补原设计中耐蚀性能差、焊接性能不良和使用寿命短的问题。

RE-Cr-Cu复合所生产钢结构可免除涂装与镀锌，目前钢材镀锌后寿命约为15年，RE-Cr-Cu复合耐蚀钢可延长使用寿命至30年以上，减轻环保负担，利于资源合理化应用。

进一步地，转炉工序中拉碳一次命中，避免点吹、补吹，出钢时加入锰铁合金、铬铁合金、纯铜。

其中，转炉工序中拉碳一次命中，将钢水中的碳降到出钢成分的要求，即0.05～0.08％范围，避免点吹、补吹，避免钢水中的氧含量过高，影响钢水的质量。

具体地，出钢前钢包氩气吹扫，控制出钢口、避免散流，达到提高出钢口使用寿命，稳定出钢时间和出钢温降，减少下渣量和提高合金收得率的效果，为减轻劳动轻度、稳定工艺操作、改善钢质量起到了积极作用，其中，出钢时加入锰铁合金、铬铁合金、纯铜，使耐蚀钢中的锰、铬和铜含量达到内控标准范围。

进一步地，精炼工序中，采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣能够提高精炼钢水顶渣的碱度，一方面能够降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性，另一方面能够消除钢包内衬结渣挂渣、顶渣结壳的现象。

进一步地，稀土处理为在连铸过程中，采用结晶器喂入稀土丝。

按浇注速度的不同，稀土丝的喂入量在12.0cm/min至20.0cm/min之间，保证最终产品RE的含量在0.01％至0.06％的范围内。

其中，采用结晶器喂稀土丝操作，根据拉速和成品稀土含量，采用不同的喂丝速度，以保证成品中RE含量达到要求。

稀土被称之为“工业维生素”，将稀土与铬、铜复合加入到耐蚀钢中，可起到改善凝固组织、细化固态相变组织、使夹杂物变形无害化、偏聚强化界面、钝化表面锈层等作用，从而显著提高钢的韧性、耐腐蚀性能、抗疲劳性能、耐热性能等。

低成本的稀土丝加入耐蚀钢中既能显著提高钢的耐腐蚀性能，也能解决我国富余稀土的出路问题，在大气环境下，相比于传统的低合金耐大气腐蚀性能有显著提高，可避免耐蚀钢运输过程中的锈蚀损失。

进一步地，加热炉加热的出炉温度为1180℃至1220℃。

控制加热温度和保温时间，采用热送热装，加热温度要求在1180℃至1220℃，保温时间25mim至35min，保证稀土对夹杂物的变性和球化作用，以及轧制时具有较好的塑性以及良好的板形，满足轧制工艺要求。

进一步地，卷取的卷取温度不高于600℃。

卷取的卷取温度不高于600℃能够充分发挥RE-Cr-Cu的复合作用，保证最终钢板组织均匀、细小。

进一步地，转炉工序采用顶底复吹转炉。

顶底复吹转炉是从转炉熔池上方供给氧气，从底部供给惰性气体，在顶底同时进行吹炼，与现有的顶吹工艺相比，复吹工艺具有以下优点：降低钢水中氧含量和熔渣中TFe含量；提高吹炼终点钢水参锰含量；提高了脱磷、脱硫效率；吹炼平稳减少喷溅。

根据本实施例的制备方法，制备了三组样本钢，其性能参数如表1所示。

表1三组样本钢的性能参数数据表

其中，样本1的的加热温度1180℃，保温时间27min，终轧温度860℃，卷取温度580℃；样本2的加热温度1200℃，保温时间30min，终轧温度860℃，卷取温度560℃；样本3的加热温度1220℃，保温时间34min，终轧温度860℃，卷取温度550℃。

其中，180°宽冷弯性能代表钢板的冷弯成形性能，弯心直径越小，代表钢板的冷弯成形性越好，该发明中d＝1.0a全部合格，表明钢板的冷弯成形性良好。

通过表1可以看出，根据本实施例的制备方法制备的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢符合该级别耐蚀钢的要求，并具有较好的产品质量。

根据上述制备方法制备的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢经过72小时耐腐蚀实验，获取的数据如表2所示。

表2耐腐蚀实验对照表

表2所示可以看出，经周浸腐蚀试验验证，该发明的相对腐蚀速率平均为54.9％，达到了标准的要求，要优于对比样品Q345。

由此可见，通过本申请的制备方法获取的复合耐蚀钢，以优异的性能和良好耐腐蚀性能，完全满足用户的使用需求，在建筑结构领域提高产品的使用寿命，具有较高的成品质量和成品率。

对比例

将本申请的复合耐蚀钢与同级别其他制备方法的复合耐蚀钢的性能参数比较如表3所示。

表3本申请的复合耐蚀钢与其他耐蚀钢的性能参数比照表

其中：样本1是按照该发明的复合耐蚀钢设计化学成分，轧制工艺如下：加热温度1200℃，保温时间32min，终轧温度860℃，卷取温度560℃。

样本2采用的是原有的成分设计，普通的低合金钢，加热温度1240℃，保温时间50min，终轧温度840℃，卷取温度640℃。

样本3采用的是原有的成分设计，普通的低合金钢，加热温度1230℃，保温时间55min，终轧温度835℃，卷取温度650℃。

由此可见，利用本申请的化学成分和制备方法制备的复合耐蚀钢的各性能指标均高于现有得耐蚀钢。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种RE-Cr-Cu复合耐蚀钢，其特征在于，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢按质量百分比包括以下化学成分：

C：0.05～0.20％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.50％，S：0.005～0.020％，P：0.005～0.020％，Al：0.010～0.06％，O：0.0010～0.0050％，RE：0.01～0.06％，Cr：0.20～0.60％，Cu：0.10～0.50％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢，其特征在于，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的屈服强度为465MPa至485MPa，抗拉强度为540MPa至575MPa，延伸率为28.5％至33％。

3.根据权利要求1所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢，其特征在于，所述RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的厚度为3.0mm至8.0mm。

4.一种如权利要求1至3中任一项所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

铁水预处理，经铁水预处理后，铁水S≤0.005％，扒净渣；

转炉工序，将精料废钢装入炉内，并将经过处理的所述铁水倒入所述炉内，形成钢水，出钢前通过氩气吹扫钢包，将所述钢水注入所述钢包内，使所述钢包内0.015％≤Als≤0.045％；

精炼工序，采用LF精炼工序，对所述钢包内的钢水进行精炼，使氮增量N≤10ppm，制造具有流动性的还原渣，控制吹氩强度；

连铸工序，采用LF精炼工序，将所述精炼后的钢水倒入中包内，开浇前采用氩气吹扫所述中包，使氮增量N≤5ppm，连铸过热度控制目标不大于30℃，所述连铸工序中进行稀土处理，获得连铸坯；

加热炉加热，加热温度为1180℃至1220℃，保温时间25mim至35min，获得板坯；

热连轧，包括粗轧和精轧，所述精轧的压缩比在3.5以上，所述精轧的终轧温度不低于850℃；

所述热连轧后控制冷却，所述控制冷区后进行卷取。

5.根据权利要求4所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述转炉工序中拉碳一次命中，避免点吹、补吹，出钢时加入锰铁合金、铬铁合金、纯铜。

6.根据权利要求4所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述精炼工序中，采用活性石灰、萤石制造具有流动性的还原渣。

7.根据权利要求4所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述稀土处理为在连铸过程中，采用结晶器喂入稀土丝。

8.根据权利要求4所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述加热炉加热的出炉温度为1180℃至1220℃。

9.根据权利要求4所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述卷取的卷取温度不高于600℃。

10.根据权利要求4之9中任一项所述的RE-Cr-Cu复合耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述转炉工序采用顶底复吹转炉。

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