CN113604748B - 一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板及其生产方法，所述钢板是由下述质量百分比含量的化学成分组成：C：≤0.30%；Si：0.25～0.40%；Mn：0.30～0.80%；Cr：0.20～0.30%；P≤0.025%；S≤0.015%；Als≤0.020%，As≤0.005%；余量为Fe及不可避免杂质；本发明制得的钢板的厚度为40～80mm，屈服强度为295MPa以上，抗拉强度460MPa以上，‑20℃低温冲击功大于120J，且具有良好耐候耐腐蚀性能；本发明钢板性能均匀，且具有一定的耐候耐磨性能，可用于加工零件或制作低压管道；本发明在现有设备上即可实施，成本低廉，具有良好的经济效益，可实现大规模生产。

Description

一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及黑色金属制备技术领域，特别是一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板及其生产方法。

背景技术

Cr系钢作为合金结构钢中最典型品种，市场需求量较大。作为钢板产品，可应用于渗碳零件整体加工，如齿轮、齿轮轴、蜗杆等，也可应用于核电管道低压给水加热系统、给水除氧器系统、凝结水抽取系统、电动主给水系统和给水及抽汽管道。

随着经济不断发展，环境保护压力加大，碳达峰、碳中和等理念深入人心，为效提高零件及管道使用寿命，减少碳排放，开发一种强韧性匹配合理，具有耐候耐腐蚀性能的钢板，成为研究热点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板及其生产方法。本发明制备的钢板厚度为40～80mm，屈服强度为295MPa以上，抗拉强度460MPa以上，-20℃低温冲击功大于120J，且具有良好耐候耐腐蚀性能。

本发明的一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板，所述合金钢板由以下质量百分比含量的化学成分组成：C：≤0.30%；Si：0.25～0.40%；Mn：0.30～0.80%；Cr：0.20～0.30%；P≤0.025%；S≤0.015%；Als≤0.020%，As≤0.005%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明的一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板的生产方法，包括下述步骤：

（1）铁水预处理后S含量≤0.05%，进转炉铁水中Si含量0.30～0.85%；

（2）130t顶底复吹转炉冶炼，控制终点C0.05～0.07％；铬铁随铁水加入，当出钢量达到28～35%时加入锰铁、硅锰铁，加入0.2～0.4kg/吨钢的铝锭进行预脱氧；

（3）LF炉全程吹氩，精炼时间≥30min，白渣保持时间≥20min；采用硅铁、碳粉对成分进行微调；

（4）RH真空炉处理极限真空保持时间≥12min，完成成分微调，起吊前，喂入200～400m的Ca-Fe线。其中Ca-Fe线直径12mm，按重量百分比Ca含量为28～35%；

（5）连铸成铸坯，铸坯断面200～300mm；铸坯缓冷时间不低于24h；

（6）铸坯加热出炉温度1200～1280℃，出炉进行一次高压水除鳞；

（7）采用两阶段轧制，一阶段终轧温度≥1000℃，中间坯待温厚度80～150mm，二阶段开轧温度≤970℃，终轧温度850～910℃；

（8）采用9辊矫直机进行预矫直，矫直温度为760～840℃，快冷下线；

（9）对轧制完成的钢板，采用真空辐射热处理炉进行正火处理，正火处理温度：850～930℃，到温保温时间8～15min/mm。

以下详述本发明钢的成分和生产工艺设定理由。

1、化学成分（C、Si、Mn、P、S、Alt、As）限定量的理由

考虑该钢主要是要保证强度、韧性和良好的耐候耐腐蚀。因此，炼钢时要严格控制钢水的纯净度。C、Si、Mn、Cr的设计成分保证了钢的强度、韧性和耐腐蚀性能，防止P、S含量对该钢低温韧性的影响。设置P≤0.025%，S≤0.015%，考虑到这几个元素对钢脆性影响较大，要严格限制其含量，减少钢的组织偏析倾向。

（1）合金元素对钢性能的影响

C是提高钢材强度最有效的元素，随着C含量的增加，钢中Fe₃C增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。但是，增加钢中C含量，会增加钢板组织偏析程度，不利于低温韧性。因此，本发明钢的C含量应控制在≤0.30%。

Si具有固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但塑性和韧性却有所下降。脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。因此本发明钢的Si含量限制在0.25～0.40%可满足要求。

Mn与碳的亲和力较强，是扩大奥氏体相区、细化晶粒和保证综合性能的有效元素，Mn元素是一种易偏析的元素，当偏析区Mn、C含量达到一定比例时，在钢材生产和焊接过程中会产生马氏体相，该相会表现出很高的硬度。因此，在设计该钢时将Mn含量限制在0.30～0.80%范围内。

Cr是铁素体形成元素，缩小γ区，所以在没A体化元素存在时，高Cr钢将呈铁素体组织。具有许多有价值的性能：高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，高的抗氧化性，耐蚀性。Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好。因此将钢中Cr含量控制在0.20～0.30%范围内。

Al是钢中的主要脱氧元素，在奥氏体中的最大溶解度大约0.6%。当Al含量偏高时，易导致钢中夹杂增多，对钢的韧性不利，同时会降低钢的韧性，提高钢中带状组织级别。本专利中主要以Si脱氧为主，因此将钢中Als含量控制在0.020%以内。

P是钢中有害元素，但同时研究表明一定的P可提高钢的耐候性。因此将钢中P含量控制在0.025%以内。

S、As是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，易形成偏析、夹杂物等缺陷，因此在钢中越低越好。

2、生产工艺设定的理由

（1）炼钢工艺

铁水预处理可降低铁水中S含量，控制进转炉铁水Si、S含量。经130t顶底复吹转炉冶炼控制出钢C含量并在出钢量达到28～35%时加入合金，使合金有效溶于钢水中，采用铝锭进行预脱氧，使钢中生成适量的AlN颗粒，利用高熔点的AlN颗粒阻碍晶粒在加热过程中的长大倾向；LF炉控制钢水中的S含量，调整C含量，并采用Si脱氧；RH真空炉处理极限真空保持时间≥12min，可较好的降低钢中杂质、气体含量。加入Ca-Fe线用于提高脱氧效果，改变钢水内部夹杂物类型，使夹杂物球化变细，改善钢水流动性。

连铸坯断面200～300mm，可保证压缩比≥3.5。铸坯缓冷可改善坯料内部偏析。

（2）轧钢工艺

本发明所制造的为厚规格钢板，按低合金钢工艺进行轧制。轧制前铸坯加热温度为1200～1280℃,确保铸坯温度均匀钢。粗轧时，根据成品钢板厚度，控制本阶段轧制结束时中间坯的厚度。精轧时，待温避开奥氏体部分再结晶区温度后，开始奥氏体未再结晶区控制轧制。此时，未再结晶区的轧制有足够的压缩比，使得变形奥氏体中产生高畸变的变形积累，形成大量形变带和高密度位错。精轧终轧后，形变位错将发生回复和多边形化，从而细化组织，提高钢板的强度和韧性。轧制时，要考虑钢的临界点温度，避免出现混晶现象。因此综合考虑，钢的一阶段终轧温度不小于1000℃，二阶段轧开轧温度不大于970℃，精轧轧终轧温度850℃～910℃。为保证水冷之前钢板板形良好，需经过预矫直处理。

（3）热处理工艺

由于本发明所制造的钢板可用于加工零件或用于低压管道制作，除要求钢板整体均匀性外，还要求具有良好的冲击韧性。因此设计热处理工艺为正火，正火后该钢的组织是一种较稳定的铁素体+珠光体组织，钢中不会出现对低温韧性有较大影响的马氏体组织。正火温度设计为850～920℃，是为了让钢充分奥氏体化，获得稳定的组织。

本发明优点在于炼钢过程中利用铝锭预脱氧，再用Si脱氧，并进行真空循环保证钢水纯净度，同时采用在成分设计上采用低碳和低硅，严格控制P、S含量，使钢具有良好的强度和冲击韧性，加入Ca-Fe线用于提高脱氧效果，改变钢水内部夹杂物类型，使夹杂物球化变细，改善钢水流动性。轧制厚规格钢板，经正火处理后，钢板性能均匀，且具有一定的耐候耐磨性能，可用于加工零件或制作低压管道。本发明在现有设备上即可实施，成本低廉，具有良好的经济效益，可实现大规模生产。

具体实施方式

为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。

下表1为本发明各实施例及对比例钢板中所含化学成分的质量百分含量列表；

下表2为本发明各实施例及对比例钢板的冶炼工艺中主要工艺参数的取值列表；

下表3为本发明各实施例及对比例钢板的轧制工艺中主要工艺参数的取值列表；

下表4为本发明各实施例及对比例钢板的热处理工艺参数的取值列表；

下表5为本发明各实施例及对比例钢板的主要力学性能测试结果；

下表6为本发明各实施例及对比例钢板的抗硫化氢腐蚀检验结果。

下述各实施例均是按照本发明钢化学成分及生产工艺要求，进行冶炼和轧制的。

本发明各实施例的一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板的生产方法，包括下述步骤：

（1）铁水预处理后S含量≤0.05%，进转炉铁水中Si含量0.30～0.85%；

（2）130t顶底复吹转炉冶炼，控制终点C0.05～0.07％；铬铁随铁水加入，当出钢量达到28～35%时加入锰铁、硅锰铁，加入0.2～0.4kg/吨钢的铝锭进行预脱氧；

（3）LF炉全程吹氩，精炼时间≥30min，白渣保持时间≥20min；采用硅铁、碳粉对成分进行微调；

（4）RH真空炉处理极限真空保持时间≥12min，完成成分微调，起吊前，喂入200～400m的Ca-Fe线。其中Ca-Fe线直径12mm，按重量百分比Ca含量为28～35%；

（5）连铸成铸坯，铸坯断面200～300mm；铸坯缓冷时间不低于24h；

（6）铸坯加热出炉温度1200～1280℃，出炉进行一次高压水除鳞；

（7）采用两阶段轧制，一阶段终轧温度≥1000℃，中间坯待温厚度80～150mm，二阶段开轧温度≤970℃，终轧温度850～910℃；

（8）采用9辊矫直机进行预矫直，矫直温度为760～840℃，快冷下线；

（9）对轧制完成的钢板，采用真空辐射热处理炉进行正火处理，正火处理温度：850～930℃，到温保温时间8～15min/mm。

表1 本发明各实施例及对比例钢板中所含化学成分的质量百分含量列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例钢板的冶炼工艺中主要工艺参数的取值列表

表3 本发明各实施例及对比例钢板的轧制工艺中主要工艺参数的取值列表

表4 本发明各实施例及对比例钢板的热处理工艺参数的取值列表

经以上工序制造的钢板性能见表5，抗硫化氢腐蚀检验结果见表6。

表5 本发明各实施例及对比例钢板的主要力学性能测试结果

表6 本发明各实施例及对比例钢板的抗硫化氢腐蚀检验结果

由表5~6可以看出，本发明钢板力学性能屈服强度≥295MPa，抗拉强度在460MPa以上，-20℃低温冲击功大于120J，而且抗酸腐蚀性能优异。其中实施例钢板抗氢致开裂性能（HIC）裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、裂纹敏感率CSR均满足Ⅰ级要求，H₂S应力腐蚀性能最小载荷与最小屈服强度比值大于0.80，性能优异。完全满足制造零件及低压管道等。

Claims (1)

1.一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板，其特征在于所述合金钢板由以下质量百分比含量的化学成分组成：C：≤0.30%；Si：0.31～0.40%；Mn：0.30～0.80%；Cr：0.20～0.30%；P≤0.025%；S≤0.015%；Als≤0.019%，As≤0.005%，余量为Fe及不可避免杂质；

所述合金钢板的厚度为45～80mm，屈服强度为295MPa以上，抗拉强度460MPa以上，-20℃低温冲击功大于120J，且具有良好耐候耐腐蚀性能；

所述的一种厚规格耐候耐腐蚀的Cr系合金钢板的生产方法，包括下述步骤：

（1）铁水预处理后S含量≤0.05%，进转炉铁水中Si含量0.30～0.85%；

（2）130t顶底复吹转炉冶炼，控制终点C0.05～0.07％；铬铁随铁水加入，当出钢量达到28～35%时加入锰铁、硅锰铁，加入0.2～0.4kg/吨钢的铝锭进行预脱氧；

（3）LF炉全程吹氩，精炼时间≥30min，白渣保持时间≥20min；采用硅铁、碳粉对成分进行微调；

（4）RH真空炉处理极限真空保持时间≥12min，完成成分微调，起吊前，喂入200～400m的Ca-Fe线；其中Ca-Fe线直径12mm，按重量百分比Ca含量为28～35%；

（5）连铸成铸坯，铸坯断面200～300mm；铸坯缓冷时间不低于24h；

（6）铸坯加热出炉温度1200～1280℃，出炉进行一次高压水除鳞；

（7）采用两阶段轧制，一阶段终轧温度≥1000℃，中间坯待温厚度80～150mm，二阶段开轧温度≤970℃，终轧温度850～910℃；

（8）采用9辊矫直机进行预矫直，矫直温度为760～840℃，快冷下线；

（9）对轧制完成的钢板，采用真空辐射热处理炉进行正火处理，正火处理温度：850～930℃，到温保温时间8～15min/mm。