CN113549825B

CN113549825B - 一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN113549825B
Application number: CN202110730767.XA
Authority: CN
Inventors: 王晓航; 严玲; 李文斌; 王�华; 韩鹏; 隋松言; 李广龙; 张鹏; 齐祥羽; 李博雍
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN113549825A

Abstract

本发明涉及一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢，钢板的化学成分及质量百分比如下：C 0.001％～0.03％，Si 0.3％～0.6％，Mn 0.6％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.002％，Cr 24％～26％，Ni 1.6％～3％，Mo 3％～4％，N 0.24％～0.32％，Cu 0.01％～0.50％，余量为铁及不可避免的杂质。所述钢板的抗点蚀当量＞40。本发明通过合理的成分设计，特殊的加热、轧制及固溶处理工艺，生产出的超级双相不锈钢具有高强度、高耐蚀性及良好的低温韧性，钢板具有良好的组织性能，且性能均匀，可满足在恶劣且苛刻的海洋环境中应用。

Description

一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及海工钢生产技术领域，尤其涉及一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢及其制造方法。

背景技术

近年来，在海洋工程装备行业快速增长的带动下，海洋工程装备用不锈钢的需求量也逐年上升。海洋工程装备用不锈钢通常服役于恶劣的海洋环境，在耐蚀性上，除应满足普通的耐海洋环境腐蚀外，还需满足耐化学品腐蚀等环境。我国海洋工程装备用不锈钢钢板因缺乏设计和制造经验，与国外钢厂生产的同类钢板相比仍有很大差距。

为保证海洋工程装备的安全性，海洋工程装备用不锈钢通常需要具有高耐腐蚀性、高强度、良好的低温韧性及易焊接的性能。良好的抗腐蚀能力和良好的力学性能，可以降低后续维护保养的费用。目前，该类产品国内只有少数中厚板企业具备批量生产的能力。

授权公告号为CN 109487060 B的中国发明专利公开了“一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺”；其钢板中主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量按重量百分比计分别为：22.5％、5.5％、3.1％、1.18％、0.496％、0.162％。

授权公告号为CN 109440020 B的中国发明专利公开了“一种双相不锈钢及其制备方法”，其钢板的化学成分包括Cr：16～18wt％、Mo：1～2wt％、Ni：5～10wt％、C≤0.03wt％、Mn≤1.5wt％、P≤0.035wt％、S≤0.01wt％、Si≤0.5wt％、O≤0.006wt％和余量的Fe。其不锈钢板是由金属粉料混合静压成型。

授权公告号为CN 109295387 B的中国发明专利公开了“一种耐腐蚀性能良好的双相不锈钢板及其制造方法”，其化学成分按质量百分比为：C：0.001％～0.01％，Si：0.2％～0.8％，Mn：0.5％～2.0％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：21％～23％，Ni：4％～9％，Mo：2％～5％，N：0.13％～0.2％，Cu：2％～3％，余量为铁和不可避免的杂质，抗点蚀当量PRE＞35，PRE％＝Crwt％+3.3Mowt％+30Nwt％。该双相不锈钢板的屈服强度及抗拉强度较低，且仅记载了-20℃冲击性能，没有记载材料的低温韧性。

发明内容

本发明提供了一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢及其制造方法，通过合理的成分设计，特殊的加热、轧制及固溶处理工艺，生产出的超级双相不锈钢具有高强度、高耐蚀性及良好的低温韧性，钢板具有良好的组织性能，且性能均匀，可满足在恶劣且苛刻的海洋环境中应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢，钢板的化学成分按质量百分比计为：C0.001％～0.03％，Si 0.3％～0.6％，Mn 0.6％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.002％，Cr 24％～26％，Ni 1.6％～3％，Mo 3％～4％，N 0.24％～0.32％，Cu 0.01％～0.50％，余量为铁及不可避免的杂质。

所述钢板的抗点蚀当量＞40，抗点蚀当量PREN＝％Cr+(3.3×％Mo)+(30×％N)。

所述钢板的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥800MPa，-60℃夏比冲击功≥150J，-80℃夏比冲击功≥120J，韧脆转变温度≤-80℃。

所述钢板的金相组织为铁素体+奥氏体的双相组织，其中，铁素体组织占比为40％～60％，奥氏体组织占比为40％～60％。

所述钢板的厚度为5～100mm。

一种所述海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢的制造方法，包括钢坯冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、固溶处理过程，其中：

1)冶炼；钢水依次经电炉冶炼、AOD炉脱碳、LF炉二次精炼，精炼处理25～30min，中包钢水过热度≤25℃，连铸过程全程保护浇铸；

2)铸坯加热；铸坯在炉温700～750℃进行热装，保温2～2.5小时；铸坯升温过程中，升温速率控制在8～15℃/min，均热温度1220～1250℃，保温2.5～3.0小时；

3)轧制；开轧温度1180～1200℃，第一道次压下率为10％～15％，后续各道次压下率为21％～25％，终轧温度≥920℃；轧后空冷至室温；

4)固溶处理；固溶温度控制在1150～1180℃，保温时间为4～8min/mm，冷却速度为40℃/s以上，冷却至室温。

连铸坯成型过程采用轻压下，压下量为4～8mm。

精炼后，钢中夹杂物含量级别满足：A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤1.0级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。

采用步进式固溶炉进行固溶处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)可生产规格为5～100mm厚度双相不锈钢板，满足大厚度双相不锈钢钢板的需求；

(2)采用本发明成分体系的不锈钢钢板，力学性能良好，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥800MPa，-60℃夏比冲击功≥150J，-80℃夏比冲击功≥120J，韧脆转变温度≤-80℃；

(3)采用本发明成分体系的不锈钢钢板，耐晶间腐蚀性能良好，耐点腐蚀性能良好，耐蚀性能稳定且良好；

(4)本发明所生产的高耐蚀性超级不锈钢，具有优异的耐蚀性、耐化学品腐蚀性能及耐生物附着性，可满足海洋工程装备、化学品船及特种船舶关键部位、海水淡化、海工石油管道等用钢的需求。

(5)合金添加量少，经济性高。

附图说明

图1是本发明实施例1所生产海洋工程装备用高耐蚀超级不锈钢的金相组织图。

具体实施方式

本发明所述一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢，钢板的化学成分按质量百分比计为：C 0.001％～0.03％，Si 0.3％～0.6％，Mn 0.6％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.002％，Cr 24％～26％，Ni 1.6％～3％，Mo 3％～4％，N 0.24％～0.32％，Cu 0.01％～0.50％，余量为铁及不可避免的杂质。

所述钢板的厚度为5～100mm。

连铸坯成型过程采用轻压下，压下量为4～8mm。

采用步进式固溶炉进行固溶处理。

本发明从合金元素筛选与配比、钢质洁净度控制、轧制工艺优化、固溶工艺控制、显微组织强韧性匹配等几个方面，进行了大量而系统的试验研究，最终确定了可满足发明目的的成分体系及配套的制造工艺。

本发明所述钢板中各化学成分的作用机理如下：

C：是钢中基本元素。在钢中主要起强化作用，以碳化物的形式存在，主要强化机理为固溶强化和析出强化，通过增加碳含量，钢的强度会有明显的提高，但是过高的碳含量会降低钢的耐腐蚀性、韧性、塑性和焊接性能。为了保证钢的综合性能，本发明钢中的碳含量控制在0.001％～0.03％。

Si：是炼钢过程中的脱氧成分，适量的加入可以通过固溶强化提高钢的强度，可以提高钢的抗蚀能力。但如果Si元素过量，会导致钢的韧性降低，而且会影响钢的焊接性能。因此，本发明钢中硅含量控制在0.3％～0.6％。

Mn：是保证钢强度和韧性的重要元素。加入适量的Mn可以提高钢的淬透性，提高钢的强度。但如果Mn的含量过高，会使钢材变脆变硬，焊接性能和抗蚀性能会有所下降。Mn还可以与钢中的S元素结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹。本发明钢中锰含量控制在0.6％～1.5％。

Cr：是不锈钢中常用的添加元素。铬可以与钢中的氧元素结合形成致密氧化膜Cr₂O₃，有效改善钢板的耐蚀性能，且适量的加入铬元素可以与钢中的碳元素结合形成化合物，提高钢的强度和硬度，但铬的加入会提高钢的韧脆转变温度。因此，本发明钢中的铬含量严格控制在24％～26％。

Ni：是不锈钢中添加元素，在钢中加入Ni，具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，本发明中Ni含量控制在1.6％～3％。

Mo：是不锈钢中添加元素。在钢中加入Mo元素，可以有效提高钢板的强度及耐蚀性能，本发明将Mo含量控制在3％～4％。

N：是不锈钢中添加元素，是使钢材母材组织微细化的元素。N元素可以显著增加不锈钢的强度和耐蚀性，稳定奥氏体相，合理的控制N元素的含量，能够起到细化晶粒的作用。但是当N含量过大时，钢材韧性、焊接性能下降。因此，本发明将N含量限制在0.24％～0.32％。

Cu：是钢中添加元素。在钢中加入Cu，可以提高钢的强度和耐蚀性，改善焊接性、成型性与机加工性等。但含量高会使钢板发生热脆现象，适量的Ni与Cu同时使用，可以避免热脆性。为避免钢板发生热脆现象，本发明严格控制Cu的含量为0.01％～0.50％。

P:是钢中常见元素，过量的P会与钢中的Cr反应生成脆性的铬化物，同时也会降低钢的点蚀性能。为了保证不锈钢的性能，本发明钢中磷含量控制在0.02％以下。

S:是钢中的有害元素，能与钢中的Fe结合形成FeS，会导致晶界处形成热裂纹。为了保证钢的性能，本发明钢中硫含量控制在0.002％以下。

钢水冶炼过程包括冶炼和炉外精炼，将钢水通过电炉(EAF)冶炼、加氩氧脱碳(AOD)炉脱碳、LF炉二次精炼，使P、S等元素含量尽可能低，严格控制非金属夹杂物含量。连铸坯成型过程采用轻压下技术，按目标值控制熔炼成分，严格控制残余元素含量。轧制工序通过大压下改善轧态组织。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例】

本实施例中，海洋工程装备用高耐蚀超级不锈钢板的化学成分见表1，钢板轧制及固溶处理工序的工艺参数见表2，成品钢板的力学性能和点腐蚀性能见表3，成品钢板的晶间腐蚀性能见表4。

表1各实施例钢板化学成分(质量百分比)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	Cu
											1	0.029	0.37	0.67	0.015	0.0020	25.54	2.50	3.57	0.25	0.43
2	0.019	0.42	1.43	0.012	0.00035	24.82	1.65	3.76	0.31	0.06
											3	0.015	0.42	1.29	0.015	0.0011	24.97	2.92	3.15	0.28	0.27
4	0.027	0.39	1.08	0.018	0.00071	25.79	1.87	3.99	0.26	0.35
											5	0.024	0.51	0.96	0.020	0.0010	24.25	2.65	3.92	0.30	0.09

表2各实施例轧制及固溶处理工艺参数

表3各实施例成品钢板的力学性能和点腐蚀性能

表4各实施例成品钢板的晶间腐蚀性能

实施例1所生产的海洋工程装备用高耐蚀超级不锈钢的金相组织如图1所示，由铁素体和奥氏体组成，相比例约为1：1，两相组织细小且分布均匀。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢，其特征在于，钢板的化学成分按质量百分比计为：C 0.001％～0.03％，Si 0.3％～0.6％，Mn 0.6％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.002％，Cr 25.54％～26％，Ni 1.6％～2.92％，Mo 3％～4％，N 0.31％～0.32％，Cu0.01％～0.50％，余量为铁及不可避免的杂质；

所述钢板的抗点蚀当量＞40，抗点蚀当量PREN＝％Cr+(3.3×％Mo)+(30×％N)；

所述钢板的屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥800MPa，-60℃夏比冲击功≥150J，-80℃夏比冲击功≥120J，韧脆转变温度≤-80℃；

所述钢板的金相组织为铁素体+奥氏体的双相组织，其中，铁素体组织占比为40％～60％，奥氏体组织占比为40％～60％；

所述钢板的厚度为5～100mm。

2.如权利要求1所述一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢的制造方法，其特征在于，包括钢坯冶炼、钢坯加热、钢坯轧制、固溶处理过程，其中：

3.根据权利要求2所述一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢的制造方法，其特征在于，连铸坯成型过程采用轻压下，压下量为4～8mm。

4.根据权利要求2所述一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢的制造方法，其特征在于，精炼后，钢中夹杂物含量级别满足：A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤1.0级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级。

5.根据权利要求2所述一种海洋工程装备用高耐蚀性超级不锈钢的制造方法，其特征在于，采用步进式固溶炉进行固溶处理。