CN113957344B

CN113957344B - 一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN113957344B
Application number: CN202111221699.0A
Authority: CN
Inventors: 金璐; 胡淑娥; 李灿明; 侯东华; 周兰聚; 刘熙章; 孙毓磊; 胡晓英; 牛宏波; 李东岳; 张康; 徐国军; 刘坤; 丛林
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: CN113957344A

Abstract

本发明属于中厚板生产技术领域，尤其涉及一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板及其生产方法；钢板厚度≤80mm；钢板的化学成分及重量百分比为C：0.14％‑0.16％、Si：0.15％‑0.30％、Mn：1.0％‑1.3％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.040％‑0.060％、Cu：0.30％‑0.40％、Cr：0.50％‑0.60％、Ni：0.15％‑0.20％、Als：0.015％‑0.050％，余量为Fe及其他杂质；生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、矫直及冷却。本发明生产的钢板强度高，低温冲击韧性优良，耐大气腐蚀性能好，焊接性能优异。

Description

一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产技术领域，尤其涉及一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板及其生产方法。

背景技术

随着经济的发展，耐候钢以其绿色环保、维护成本低、综合力学性能优良以及使用寿命时间长等优势，在桥梁、建筑、铁路及集装箱等领域逐渐获得广泛应用，其使用过程中维护成本较普通钢板节省了约1.5倍，前景广阔。基于此，国内外开展了大量关于耐候钢的生产技术研究，并形成了大量的专利技术。

专利号CN 111235464 A公开了“一种钛微合金化经济型高强耐候钢及其生产方法”，钢的成分质量百分比为：C：0.08-0.14％；Si：0.25％-0.50％；Mn：0.40-0.70％；P：≤0.012％；S：≤0.005％；Cr：0.40-0.70％；Ni：0.02-0.07％；Cu：0.20-0.40％；Alt：0.020-0.045％；Ti：0.025-0.050％；N≤0.0040％；余量为Fe及不可避免的夹杂。采用低Mn和Ti微合金化设计，结合控轧控冷工艺，获得综合力学性能、焊接性能和成形性能优异的高强耐候钢产品。其不足之处在于：Ni含量较低Cu脆导致裂纹风险高；Ti含量较高引起韧性下降，钢板性能稳定性差；采用控轧控冷工艺，对产线设备要求较高。

公开号为CN 111926254 A的中国专利公开了一种“440MPa级高磷高铬耐候钢及其制备方法和应用”，钢的成分质量百分比为：C≤0.12％，Si：0.20～0.60％，Mn≤1.50％，P：0.060～0.150％，S≤0.015％，Cr：1.20～2.00％，Ni：0.10～0.40％，Cu：0.20～0.60％，Als≥0.010％，其余为Fe和不可避免杂质。其采用铁水脱硫-转炉冶炼-LF-RH-LF-板坯连铸-热轧-层流冷却-卷取的方法生产出屈服强度为440～520MPa，抗拉强度为610～710MPa，延伸率为≥18％，-40℃冲击值为≥27J。其不足之处在于：在Cu-Cr-Ni-P传统成分体系基础上提高Cr含量，Cr元素形成的金属间化合物含量提高降低钢板的低温韧性，另外P含量较高冷脆风险提高，采用热连轧工艺生产钢板厚度规格受限。

公开号CN 111850408 A公开了一种“450MPa级高硅高磷耐候钢及其制备方法”，钢板及其化学成分：C≤0.12％，Si：1.20～2.00％，Mn≤1.50％，P：0.060～0.150％，S≤0.015％，Cr：0.20～0.80％，Ni：0.10～0.40％，Cu：0.20～0.60％，Als≥0.010％，余量为Fe和不可避免地杂质；通过铁水脱硫→转炉冶炼→LF→RH→板坯连铸→热轧→层流冷却→卷取，获得屈服强度450～530MPa，抗拉强度640～740MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击值≥27J。其不足之处在于采用高Si、P的元素设计，高Si成分冶炼控制困难，钢板的稳定性不足，高P含量引起冷脆并降低钢板韧性，热连轧工艺生产钢板厚度受限。

发明内容

针对现有的钢板性能不够优异的问题，本发明提供一种具有一定耐腐蚀性能、强度高、低温冲击韧性良好的厚规格(≤80mm)耐腐蚀结构用钢板。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板，钢板厚度≤80mm；钢板的化学成分及重量百分比为C：0.14％-0.16％、Si：0.15％-0.30％、Mn：1.0％-1.3％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.040％-0.060％、Cu：0.30％-0.40％、Cr：0.50％-0.60％、Ni：0.15％-0.20％、Als：0.015％-0.050％，余量为Fe及其他杂质。

进一步的，所述钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥22％，屈强比≤0.75，-20℃低温冲击功≥200J。

进一步的，所述一种屈服强度450MPa级耐大气腐蚀结构用钢耐侯指数I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²≥6.0。

本发明采用Cu+Cr+Ni成分体系设计并添加一定量的Nb元素，Cu+Cr+Ni成分体系可以有效提高结构钢板的耐腐蚀性能及强度，同时Ni元素的加入可以有效防止铜脆及焊接过程中钢板中热裂纹的形成，提升钢板的综合性能，另外，添加适量Nb元素，配合控轧工艺，细化钢板晶粒，提升钢板的强塑韧性。

钢板中各组分及其作用分别为:

Als：0.015％-0.050％，钢中有效的脱氧元素，对晶粒细化、提升低温冲击韧性有显著作用，但是含量过高时会降低热加工性能及焊接性能，因此将Als含量控制在0.015％-0.050％。

Nb：0.040％-0.060％，固溶强化作用，是钢中细晶强化的主要元素之一，Nb的碳氮化物颗粒阻碍奥氏体晶界的迁移，起到固定奥氏体晶界作用进而阻止奥氏体晶粒长大，有效的提升钢板强度以及低温冲击韧性。

Cu：0.30％-0.40％，含Cu 0.2的钢较其他普碳钢耐蚀性可提高20倍，Cu元素的加入可以起到活化阴极的作用，使其发生阳极钝化以显著提高钢的耐腐蚀性能，同时Cu对S的腐蚀有一定的防护作用。

Cr：0.50％-0.60％，Cr元素可以提高钢板的淬透性，同时提高钢板的硬度、耐磨性及腐蚀性能，本发明采用Cu、Cr同时作用，起到提升钢板耐腐蚀性能的作用，但是Cr含量过多会影响钢板的焊接性能及韧性，因此将Cr含量控制在0.50％-0.60％。

Ni：0.15％-0.20％，Ni是一种有效的耐腐蚀元素，一般与Cu同时存在，可以减少铜脆、焊接过程中的热裂纹敏感性，减少裂纹的产生，但是Ni资源较少且价格昂贵，因此将添加量控制在0.15％-0.20％。

一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构用钢的生产方法，包括如下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、矫直及冷却。

进一步的，所述转炉冶炼步骤包括：铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，将S含量控制在≤0.003、P≤0.015％，禁止点吹出钢，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，CAS站在出钢过程进行到1/4处加入合金，合金配比按目标值控制，加完合金后随钢流加入顶渣，出钢后保证钢水镇定时间大于10分钟。

进一步的，所述精炼步骤包括：采用LF+RH双联精炼处理，RH处理时真空度≤133Pa，环流气体流量≥80m³/h，保压时间≥10min，纯脱气时间≥8min，软吹时间≥10min。

进一步的，所述连铸步骤包括：全流程氩气保护浇注，过热度控制在10-20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，提高钢水纯净度进而提升铸坯质量，连铸坯的厚度为150-300mm。

进一步的，所述加热步骤包括：采用步进式双蓄热加热炉三阶段加热工艺，板坯出炉温度控制在1170℃-1250℃，为确保板坯在加热炉中充分加热，板坯在加热炉内加热时间系数为10-13min/cm。

进一步的，所述轧制步骤包括：粗轧阶段采用放开轧制力、大压下量轧制工艺，粗轧阶段处于奥氏体再结晶区，总道次压下率之和≥60％，中间坯厚度在成品钢板厚度2倍以上；精轧开轧温度820-880℃，在低温下开始精轧，累积轧制道次压下量，增加铁素体形核位置和位错密度，获得细小的铁素体晶粒提升钢板的塑韧性，使最后几个轧制道次处于奥氏体未再结晶区轧制，减少轧制周期，精轧终轧温度为780℃-800℃。

进一步的，所述矫直步骤包括：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力。

进一步的，所述冷却步骤包括：钢板快速下线堆垛冷却。

本发明的有益效果在于：

(1)钢板的厚度规格适应范围更大，覆盖10-80mm，满足大多数工程对不同规格产品的需求。

(2)不采用水冷，工艺控制简单，有利于生产制造和产品稳定性。

(3)在满足耐腐蚀性的基础上，钢板力学性能更加优良，具有较低的屈强比和较高的断后伸长率，钢板的寿命更长。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构用钢的生产方法，包括如下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、精炼处理、连铸、加热、轧制、矫直及冷却。

本实施例耐腐蚀用结构钢板厚度为80mm；钢板的化学成分及百分比含量为：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.28％、P：0.013％、S：0.002％、Nb：0.056％、Als：0.025％，Cu：0.38％、Cr：0.55％、Ni：0.19％，余量为Fe及其他不可避免杂质；钢板的耐候指数I＝6.54。

转炉冶炼：铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，将S含量控制在≤0.003、P≤0.015％，禁止点吹出钢，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，CAS站在出钢过程进行到1/4处加入合金，合金配比按目标值控制，加完合金后随钢流加入顶渣，出钢后钢水镇定时间为15分钟。

精炼：采用LF+RH双联精炼处理，RH处理时真空度≤133Pa，环流气体流量≥80m³/h，保压时间10min，纯脱气时间12min，软吹时间10min。

连铸：全流程氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，提高钢水纯净度进而提升铸坯质量，连铸坯的厚度为300mm。

加热：采用步进式双蓄热加热炉三阶段加热工艺，板坯出炉温度控制在1216℃，保温时间348min。

轧制：粗轧阶段采用放开轧制力、大压下量轧制工艺，粗轧阶段总道次压下率之和65％，中间坯厚度在成品钢板厚度2倍以上；精轧开轧温度在832℃，精轧终轧温度为781℃。

矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力。

冷却：钢板快速下线堆垛冷却。

实施例2

本实施例耐腐蚀用结构钢板厚度为50mm；钢板的化学成分及百分比含量为：C：0.15％、Si：0.26％、Mn：1.23％、P：0.013％、S：0.002％、Nb：0.052％、Als：0.025％，Cu：0.35％、Cr：0.50％、Ni：0.18％，余量为Fe及其他不可避免杂质；钢板的耐候指数I＝6.47。

转炉冶炼：铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，将S含量控制在≤0.003、P≤0.015％，禁止点吹出钢，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，CAS站在出钢过程进行到1/4处加入合金，合金配比按目标值控制，加完合金后随钢流加入顶渣，出钢后钢水镇定时间为14分钟。

精炼：采用LF+RH双联精炼处理，RH处理时真空度≤133Pa，环流气体流量≥80m³/h，保压时间12min，纯脱气时间12min，软吹时间15min。

连铸：全流程氩气保护浇注，过热度控制在20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，提高钢水纯净度进而提升铸坯质量，连铸坯的厚度为200mm。

加热：采用步进式双蓄热加热炉三阶段加热工艺，板坯出炉温度控制在1204℃，保温时间231min。

轧制：粗轧阶段采用放开轧制力、大压下量轧制工艺，粗轧阶段总道次压下率之和64.3％，中间坯厚度在成品钢板厚度2倍以上；精轧开轧温度在858℃，精轧终轧温度为789℃。

矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力。

冷却：钢板快速下线堆垛冷却。

实施例3

本实施例耐腐蚀用结构钢板厚度为10mm；钢板的化学成分及百分比含量为：C：0.15％、Si：0.25％、Mn：1.26％、P：0.013％、S：0.002％、Nb：0.049％、Als：0.025％，Cu：0.32％、Cr：0.52％、Ni：0.18％，余量为Fe及其他不可避免杂质；钢板的耐候指数I＝6.41。

精炼：采用LF+RH双联精炼处理，RH处理时真空度≤133Pa，环流气体流量≥80m³/h，保压时间13min，纯脱气时间10min，软吹时间15min。

加热：采用步进式双蓄热加热炉三阶段加热工艺，板坯出炉温度控制在1198℃，保温时间209min。

轧制：粗轧阶段采用放开轧制力、大压下量轧制工艺，粗轧阶段总道次压下率之和67.1％，中间坯厚度在成品钢板厚度2倍以上；精轧开轧温度在880℃，精轧终轧温度为796℃。

矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力。

冷却：钢板快速下线堆垛冷却。

对实施例1-3的钢板进行综合性能测试，测试结果如表1和表2所示。

表1-本发明实施例钢板力学性能

根据《TB 2375-1993铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》，配置腐蚀液及制作标准式样，进行50小时和100小时周期浸润试验，结果如表2所示。

表2-周期浸润实验结果

从表1和表2可以看出，本发明实施例得到的钢板具有较好的屈服强度、抗拉强度等力学性能，同时也具有优异的耐腐蚀性。

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims

1.一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板，其特征在于，所述钢板厚度≤80mm；钢板的化学成分及重量百分比为C：0.14％-0.16％、Si：0.15％-0.30％、Mn：1.0％-1.3％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.040％-0.060％、Cu：0.30％-0.40％、Cr：0.50％-0.60％、Ni：0.15％-0.20％、Als：0.015％-0.050％，余量为Fe及其他杂质；

所述钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥22％，屈强比≤0.75，-20℃低温冲击功≥200J，耐候性指数I≥6.0；

所述屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板的生产方法，包括如下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、矫直及冷却；

所述转炉冶炼步骤包括：铁水经KR脱硫预处理后，将S含量控制在≤0.003、P≤0.015％，禁止点吹出钢，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，CAS站在出钢过程进行到1/4处加入合金，合金配比按目标值控制，加完合金后随钢流加入顶渣，出钢后保证钢水镇定时间大于10分钟；

所述精炼步骤包括：采用LF+RH双联精炼处理，RH处理时真空度≤133Pa，环流气体流量≥80m³/h，保压时间≥10min，纯脱气时间≥8min，软吹时间≥10min；

所述连铸步骤包括：全流程氩气保护浇注，过热度控制在10-20℃，控制结晶器液面波动≤±3mm，连铸坯的厚度为150-300mm；

所述加热步骤包括：采用步进式双蓄热加热炉三阶段加热工艺，板坯出炉温度控制在1170℃-1250℃，板坯在加热炉内加热时间系数为10-13min/cm；

所述轧制步骤包括：粗轧阶段采用放开轧制力、大压下量轧制工艺，粗轧阶段总道次压下率之和≥60％，中间坯厚度在成品钢板厚度2倍以上；精轧开轧温度在820-880℃，精轧终轧温度为780℃-800℃。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板，其特征在于，所述矫直步骤包括：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力。

3.根据权利要求1所述的一种屈服强度450MPa级耐腐蚀结构钢板，其特征在于，所述冷却步骤包括：钢板快速下线堆垛冷却。