CN113584398A - 耐蚀钢板以及耐蚀钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种耐蚀钢板以及耐蚀钢板的生产方法。钢板中：C:0.01~0.05%，Si:0.15~0.3%，Mn:1.2~1.5%，Cr:8.5~10.5%，Mo:0.8~1.1%，Ni:0.5~0.8%，Al:0.01~0.05%，Sb:0.01~0.15%，11.2%≤Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al≤12.8%，0.35%≤C+2.5N+0.25Mn+0.1Si≤0.45%，余量铁。钢板通过铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控轧、控冷和矫直精整而成。如此，本发明在较低的生产难度和成本下，获得抗腐蚀性能、强韧性、焊接性能均优异的海洋工程用耐蚀钢板。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种耐蚀钢板，以及一种耐蚀钢板的生产方法。
背景技术
随着社会的发展，建筑将逐渐向沿海、深海、极地、内陆等地质环境恶劣区域扩展，由于海洋环境高盐、高湿热，以及周期性的潮汐变化加上海洋微生物作用，钢铁材料的耐蚀性能面临着更苛刻的要求。
而除了耐蚀性能之外，钢板的强韧性、焊接性能、生产制造成本等方面也是影响钢板的实际生产和应用的重要方面。例如，现有技术中会通过添加大量合金元素、或者对元素含量范围要求严格，导致炼钢难度和生产成本增加。故此，综合提高钢板的耐蚀性能、强韧性、焊接性能等综合性能，并降低生产制造成本，是耐蚀钢板的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐蚀钢板以及一种耐蚀钢板的生产方法，其在较低的生产难度和生产成本的情况下，获得具有较佳的抗腐蚀性能、强韧性的钢板，大大改善钢板的广泛应用。
为实现上述发明目的，一实施方式提供了一种耐蚀钢板，所述钢板的化学成分以质量百分比计包括：C:0.01%~0.05%，Si:0.15%~0.30%，Mn:1.20%~1.50%，Cr:8.5%~10.5%，Mo:0.8%~1.1%，Ni:0.5%~0.8%，Al:0.01%~0.05%，Sb:0.01%~0.15%，P≤0.012%，S≤0.002%，N≤0.005%，并且，11.2%≤Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al≤12.8%，0.35%≤C+2.5N+0.25Mn+0.1Si≤0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的化学成分以质量百分比计还进一步包括：Nb:0.01%~0.05%，V:0.01%~0.05%，Ti:0.01%~0.10%，Cu:0.05%~0.30%中的任意一种或两种以上组合。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的组织为40%~60%铁素体和40%~60%贝氏体的两相组织。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的晶粒尺寸为6.5μm~9μm。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的屈服强度为370MPa~550MPa，屈强比≤0.85，断后伸长率≥25%。
作为一实施方式的进一步改进，所述钢板的-60℃冲击功≥100J，-60℃断后伸长率≥15%。
作为一实施方式的进一步改进，在盐雾腐蚀试验中，所述钢板的失重腐蚀速率为0.4~0.8g/(m2·h)。
为实现上述发明目的，一实施方式提供了一种耐蚀钢板的生产方法，其依序通过铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却和矫直精整制备成钢板成品；
LF精炼工序中：全程以400~600L/min的流量进行底吹氩气；钢水到达LF炉后，按照每吨钢水添加5~8kg石灰、1~2.5kg萤石进行调白渣，软搅拌15~20min，随后合金化，终点出钢温度为1600~1630℃；
RH精炼工序中：在真空模式下精炼，真空室真空度控制在2mbar以内，真空脱气时间≥18min，净循环处理时间≥10min，控制N≤0.0050%、H≤0.0002%，随后破真空出钢，RH出钢温度1590~1610℃；
连铸工序中：中间包温度1540~1580℃，连铸坯的厚度为320mm；在二次冷却区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，其中，电磁搅拌频率3~8Hz、电流300~400A并液面波动控制在±2mm以内，压下量3~7mm；所得连铸坯进行切割、堆垛缓冷、冷至100℃时拆垛，堆垛温度≥600℃；
控制轧制工序中：将连铸坯通过第一阶段轧制、待温冷却、第二阶段轧制，制备成厚度为20~100mm的钢板；在第一阶段轧制时，开轧温度为1050~1120℃，轧制过程中的部分相邻道次期间进行水冷，所得中间坯厚度为钢板成品厚度的2.5~3倍；在待温冷却时，对中间坯进行水冷冷却；在第二阶段轧制时，开轧温度为840~880℃，终轧温度为790~830℃；
控制冷却工序中：以2.5bar水压对钢板进行水冷冷却，期间辊道速度为0.5~1.5m/s，终冷温度为350~500℃；
矫直精整工序中：冷却后的钢板在矫直机上进行矫直，而后堆垛48小时之后进行拆垛、切割精整，得到钢板成品。
作为一实施方式的进一步改进，转炉冶炼工序中：出钢温度为1650~1680℃，出钢前对钢包进行氩气吹扫5~8min，出钢1/4后依次加入低碳铬铁、钼铁、镍板、硅铁、金属锰、金属锑及铝锭进行初步合金化。
作为一实施方式的进一步改进，连铸工序中：连铸过程中采用大包长水口及氩封、碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇筑，氩封时的氩气流量为100~200L/min。
作为一实施方式的进一步改进，控制轧制工序中：在第二阶段轧制时，最后一道次的压下量控制在2~5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
（1）化学成分设计中，在C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Al、Sb等元素含量的分别精准控制下，通过Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al、C+2.5N+0.25Mn+0.1Si协调各个元素的含量关系，一方面既可以保证钢板的合金成本较低，避免生产难度大而造成的生产成本高，另一方面还可以利于钢板的组织控制，提升钢板的强韧性、耐蚀性能和焊接性能，以全面提升钢板在海洋工程中的综合性能；
（2）另外，基于化学成分的设计，结合生产工艺的工序改进，还可以在保证优异的力学强度、强屈比和耐腐蚀性能的同时，以较低的生产难度和生产成本，实现对钢板综合性能的改善，具有极高的社会意义和经济效应。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本实施方式提供了一种耐蚀钢板，所述钢板的化学成分以质量百分比计包括：C:0.01%~0.05%，Si:0.15%~0.30%，Mn:1.20%~1.50%，Cr:8.5%~10.5%，Mo:0.8%~1.1%，Ni:0.5%~0.8%，Al:0.01%~0.05%，Sb:0.01%~0.15%，P≤0.012%，S≤0.002%，N≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质。
并且，所述钢板的化学成分中，11.2%≤Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al≤12.8%，基于此，既可以保证低成本的同时，又可以综合保证钢板的耐蚀性和韧性；并且，所述钢板的化学成分中，0.35%≤C+2.5N+0.25Mn+0.1Si≤0.45%，基于此，可以保证钢板强度、韧性，进而保证钢板的屈强比。
如此，本发明的化学成分设计中，在C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Al、Sb等元素含量的分别精准控制下，通过Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al、C+2.5N+0.25Mn+0.1Si协调各个元素的含量关系，一方面既可以保证钢板的合金成本较低，避免生产难度大而造成的生产成本高，另一方面还可以利于钢板的组织控制，提升钢板的强韧性、耐蚀性能和焊接性能，以全面提升钢板在海洋工程中的综合性能。
其中，尤其是通过添加Sb来增强锈层致密性，提升钢板耐蚀性；同时综合考虑各元素对耐蚀性和强韧性的影响，建立起多个元素之间的关联关系，保证钢板具备优异的抗腐蚀性能、较高的强度和较好的韧性，并且合金成本较低。
具体地，在微观组织方面，钢板的组织为40%~60%铁素体和40%~60%贝氏体的两相组织，其晶粒尺寸为6.5μm~9μm。
在力学性能方面，钢板的屈服强度为370MPa~550MPa，屈强比≤0.85，断后伸长率≥25%；在低温韧性方面，钢板-60℃冲击功≥100J，-60℃断后伸长率≥15%；在耐蚀性能方面，在盐雾腐蚀试验中，例如在5%的NaCl盐雾气氛中处理720h，得到钢板的失重腐蚀速率为0.4~0.8g/(m2·h)，相较于传统Q345B钢板的耐蚀性能提高了10倍以上。
进一步地，在一优选实施方式中，所述钢板的化学成分以质量百分比计还进一步包括：Nb:0.01%~0.05%，V:0.01%~0.05%，Ti:0.01%~0.10%，Cu:0.05%~0.30%中的任意一种或两种以上组合。如此，基于Nb、V、Ti、Cu任一种或以上的选择性添加，可以使得所述钢板在性能方面得到进一步地改善，该钢板具有更加优异的抗腐蚀性能、力学强度、塑性。
本实施方式还提供了所述钢板的一种优选生产方法，所述生产方法的工艺路线包括依序进行的铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却和矫直精整等工序，矫直精整工序结束即得到钢板成品。下面按照步骤顺序对所述生产方法进行详细介绍。
（1）铁水预脱硫工序
将高炉来的铁水进行KR法脱硫，终点铁水可允许的硫含量上限为0.0010%，终点铁水温度≥1350℃，脱硫渣的扒渣率控制在98%以上。
（2）转炉冶炼工序
将铁水预脱硫工序中所得铁水吊运至转炉处，并注入转炉中进行冶炼，冶炼终点钢水中C≤0.06%，出钢温度为1650~1680℃，出钢前对钢包进行氩气吹扫5~8min，出钢1/4后依次加入低碳铬铁、钼铁、镍板、硅铁、金属锰、金属锑及铝锭进行初步合金化。
（3）LF精炼工序
将转炉冶炼工序所出的钢水注入LF炉中进一步进行冶炼，全程以400~600L/min的流量进行底吹氩气；钢水到达LF炉后，按照每吨钢水添加5~8kg石灰、1~2.5kg萤石进行调白渣，软搅拌15~20min，随后合金化，终点出钢温度为1600~1630℃。
（4）RH精炼工序
将LF精炼工序所出的钢水立即注入RH精炼炉中，在真空模式下精炼，真空室真空度控制在2mbar以内，真空脱气时间≥18min，净循环处理时间≥10min，控制N≤0.0050%、H≤0.0002%，随后破真空出钢，RH出钢温度1590~1610℃。
RH精炼工序的终点钢水的化学成分决定了最终所得钢板的化学成分，也即，终点钢水的化学成分与最终钢板的化学成分相一致。
（5）连铸工序
将RH精炼工序所出的钢水采用连铸机连浇成连铸坯，中间包温度1540~1580℃，连铸坯的厚度为320mm；在二次冷却区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，其中，电磁搅拌频率3~8Hz、电流300~400A并液面波动控制在±2mm以内，压下量3~7mm；所得连铸坯进行切割、堆垛缓冷、冷至100℃时拆垛，堆垛温度≥600℃。
优选地，连铸过程中采用大包长水口及氩封、碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇筑，氩封时的氩气流量为100~200L/min。
（6）加热工序
将连铸坯装入加热炉中进行加热，加热温度为1180~1250℃，加热总时长为270~320min，其中均热段的维持时间≥90min，保证所添加的合金元素有效固溶。
（7）控制轧制工序
连铸坯离开加热炉后，通过第一阶段轧制、待温冷却、第二阶段轧制，制备成厚度为20~100mm的钢板。
在第一阶段轧制时，开轧温度为1050~1120℃，轧制过程中的部分相邻道次期间进行水冷，例如，第一阶段轧制若总共N道次轧制，可以在其中1个道次结束后或者2个道次结束后进行水冷，如此，可以提高轧制过程中钢板心部变形。第一阶段轧制结束，所得中间坯厚度为钢板成品厚度的2.5~3倍。
在待温冷却时，对中间坯进行水冷冷却。具体地，在第一阶段轧制的轧机和第二阶段轧制的轧机之间辊道上布置冷却水箱，在中间坯沿辊道行进时，开启冷却水箱对中间坯进行水冷冷却。
在第二阶段轧制时，开轧温度为840~880℃，终轧温度为790~830℃。
如此，通过温度、冷却等的控制，可以实现对钢板的组织控制，进而为最终钢板成品的综合性能奠定基础。
优选地，在第二阶段轧制时，最后一道次的压下量控制在2~5mm，以及采用机前抛钢（也即第二阶段轧制的道次数为偶数次），如此可以减少钢板头尾翘曲，保证钢板在进入控制轧制工序之前具有良好板形。
（8）控制冷却工序
在第二阶段轧制完成后，以2.5bar水压对所得钢板进行水冷冷却，期间辊道速度为0.5~1.5m/s，终冷温度为350~500℃。
（9）矫直精整工序
冷却后的钢板在矫直机上进行矫直，而后堆垛48小时之后进行拆垛、切割精整，得到钢板成品。
如此，本实施方式的生产方法，在前述化学成分的基础上，通过LF精炼工序、RH精炼工序的炼钢工艺手段，以及连铸工序中浇铸工艺手段，实现对钢水纯净度、夹杂物的精确控制，再结合控制轧制工序和控制冷却工序的温度、冷却等工艺的调控，保证所得钢板的综合性能优异，包括强度高、屈强比低、韧性佳且耐蚀性能优异。
综上所述，本发明一实施方式的有益效果包括：
（1）化学成分设计中，在C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Al、Sb等元素含量的分别精准控制下，通过Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al、C+2.5N+0.25Mn+0.1Si协调各个元素的含量关系，一方面既可以保证钢板的合金成本较低，避免生产难度大而造成的生产成本高，另一方面还可以利于钢板的组织控制，提升钢板的强韧性、耐蚀性能和焊接性能，以全面提升钢板在海洋工程中的综合性能；
（2）另外，基于化学成分的设计，结合生产工艺的工序改进，还可以在保证优异的力学强度、强屈比和耐腐蚀性能的同时，以较低的生产难度和生产成本，实现对钢板综合性能的改善，具有极高的社会意义和经济效应。
以下通过6个实施例，进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。当然，这6个实施例仅为本实施方式所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。在前述实施方式的基础上进行的其它实施例，未脱离本发明的技艺宗旨。
首先，实施例1~6均提供了一种钢板，所述钢板的化学成分如表1所示。
[表1]
对于各个实施例的生产方法，均是采用包括依序进行的依序进行的铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却和矫直精整的工艺路线，其中各个工序的具体操作请参前文所述，在此不再重复。
对实施例1~6的钢板，按照相同的测试方法进行取样并进行金相组织检测、力学检测和盐雾腐蚀试验，得到：（1）组织方面，实施例1~6的组织均为贝氏体和铁素体的两相组织，其中贝氏体和铁素体的百分比分别如表2所示，另外，实施例1~6的晶粒尺寸均在6.5μm~9μm范围内；（2）力学方面，实施例1~6的钢板的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、屈强比、-60℃冲击功以及-60℃断后伸长率分别如表2所示；（3）盐雾腐蚀方面，实施例1~6的钢板均在5%的NaCl盐雾气氛中处理720h，得到失重腐蚀速率、相对失重率以及相较于传统Q345B钢板的耐蚀性能的提升倍数分别如表2所示。
[表2]
表2可以看出，按照本实施方式予以生产的实施例1~6中的钢板，综合性能非常优异：为40%~60%铁素体和40%~60%贝氏体的两相组织，其晶粒尺寸为6.5μm~9μm；屈服强度为370MPa~550MPa，屈强比≤0.85，断后伸长率≥25%，-60℃冲击功≥100J，-60℃断后伸长率≥15%，强韧性优异；且盐雾腐蚀试验中，耐海水腐蚀性能相较于传统Q345B钢板提高了10倍以上；另外，钢板的焊接性能优异。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (12)
1.一种耐蚀钢板，其特征在于，其化学成分以质量百分比计包括：C:0.01%~0.05%，Si:0.15%~0.30%，Mn:1.20%~1.50%，Cr:8.5%~10.5%，Mo:0.8%~1.1%，Ni:0.5%~0.8%，Al:0.01%~0.05%，Sb:0.01%~0.15%，P≤0.012%，S≤0.002%，N≤0.005%，并且，11.2%≤Cr+1.5Mo+1.8Ni+0.8Cu+1.2Al≤12.8%，0.35%≤C+2.5N+0.25Mn+0.1Si≤0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，其化学成分以质量百分比计还进一步包括：Nb:0.01%~0.05%，V:0.01%~0.05%，Ti:0.01%~0.10%，Cu:0.05%~0.30%中的任意一种或两种以上组合。
3.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，其组织为40%~60%铁素体和40%~60%贝氏体的两相组织。
4.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，其晶粒尺寸为6.5μm~9μm。
5.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，其屈服强度为370MPa~550MPa，屈强比≤0.85，断后伸长率≥25%。
6.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，其-60℃冲击功≥100J，-60℃断后伸长率≥15%。
7.根据权利要求1所述的耐蚀钢板，其特征在于，在盐雾腐蚀试验中，所述钢板的失重腐蚀速率为0.4~0.8g/(m2·h)。
8.根据权利要求1~7任一项所述的耐蚀钢板，其特征在于，所述钢板依序通过铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却和矫直精整制备而成；
LF精炼工序中：全程以400~600L/min的流量进行底吹氩气；钢水到达LF炉后，按照每吨钢水添加5~8kg石灰、1~2.5kg萤石进行调白渣，软搅拌15~20min，随后合金化，终点出钢温度为1600~1630℃；
RH精炼工序中：在真空模式下精炼，真空室真空度控制在2mbar以内，真空脱气时间≥18min，净循环处理时间≥10min，控制N≤0.0050%、H≤0.0002%，随后破真空出钢，RH出钢温度1590~1610℃；
连铸工序中：中间包温度1540~1580℃，连铸坯的厚度为320mm；在二次冷却区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，其中，电磁搅拌频率3~8Hz、电流300~400A并液面波动控制在±2mm以内，压下量3~7mm；所得连铸坯进行切割、堆垛缓冷、冷至100℃时拆垛，堆垛温度≥600℃；
控制轧制工序中：将连铸坯通过第一阶段轧制、待温冷却、第二阶段轧制，制备成厚度为20~100mm的钢板；在第一阶段轧制时，开轧温度为1050~1120℃，轧制过程中的部分相邻道次期间进行水冷，所得中间坯厚度为钢板成品厚度的2.5~3倍；在待温冷却时，对中间坯进行水冷冷却；在第二阶段轧制时，开轧温度为840~880℃，终轧温度为790~830℃；
控制冷却工序中：以2.5bar水压对钢板进行水冷冷却，期间辊道速度为0.5~1.5m/s，终冷温度为350~500℃；
矫直精整工序中：冷却后的钢板在矫直机上进行矫直，而后堆垛48小时之后进行拆垛、切割精整，得到钢板成品。
9.一种权利要求1~7任一项所述的耐蚀钢板的生产方法，其特征在于，依序通过铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却和矫直精整制备成钢板成品；
LF精炼工序中：全程以400~600L/min的流量进行底吹氩气；钢水到达LF炉后，按照每吨钢水添加5~8kg石灰、1~2.5kg萤石进行调白渣，软搅拌15~20min，随后合金化，终点出钢温度为1600~1630℃；
RH精炼工序中：在真空模式下精炼，真空室真空度控制在2mbar以内，真空脱气时间≥18min，净循环处理时间≥10min，控制N≤0.0050%、H≤0.0002%，随后破真空出钢，RH出钢温度1590~1610℃；
连铸工序中：中间包温度1540~1580℃，连铸坯的厚度为320mm；在二次冷却区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，其中，电磁搅拌频率3~8Hz、电流300~400A并液面波动控制在±2mm以内，压下量3~7mm；所得连铸坯进行切割、堆垛缓冷、冷至100℃时拆垛，堆垛温度≥600℃；
控制轧制工序中：将连铸坯通过第一阶段轧制、待温冷却、第二阶段轧制，制备成厚度为20~100mm的钢板；在第一阶段轧制时，开轧温度为1050~1120℃，轧制过程中的部分相邻道次期间进行水冷，所得中间坯厚度为钢板成品厚度的2.5~3倍；在待温冷却时，对中间坯进行水冷冷却；在第二阶段轧制时，开轧温度为840~880℃，终轧温度为790~830℃；
控制冷却工序中：以2.5bar水压对钢板进行水冷冷却，期间辊道速度为0.5~1.5m/s，终冷温度为350~500℃；
矫直精整工序中：冷却后的钢板在矫直机上进行矫直，而后堆垛48小时之后进行拆垛、切割精整，得到钢板成品。
10.根据权利要求9所述的耐蚀钢板的生产方法，其特征在于，转炉冶炼工序中：出钢温度为1650~1680℃，出钢前对钢包进行氩气吹扫5~8min，出钢1/4后依次加入低碳铬铁、钼铁、镍板、硅铁、金属锰、金属锑及铝锭进行初步合金化。
11.根据权利要求9所述的耐蚀钢板的生产方法，其特征在于，连铸工序中：连铸过程中采用大包长水口及氩封、碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇筑，氩封时的氩气流量为100~200L/min。
12.根据权利要求9所述的耐蚀钢板的生产方法，其特征在于，控制轧制工序中：在第二阶段轧制时，最后一道次的压下量控制在2~5mm。
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