CN114574766A - 一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢材技术领域，提出了一种Ni‑RE系耐腐蚀低碳热轧钢带，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：≤0.04％，Si：≤0.02％，Mn：≤0.12％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ti：0.015％‑0.030％，Als：0.025％‑0.04％，RE：0.04％‑0.05％，Ni：0.80％‑1.00％，余量为铁和不可避免杂质，还提出了一种Ni‑RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺。通过上述技术方案，解决了现有技术中钢带的耐腐蚀性较差的问题。

Description

一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带及生产工艺
技术领域
本发明涉及钢材技术领域，具体的，涉及一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带及生产工艺。
背景技术
耐候钢，作为新一代先进钢铁材料，耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2～5倍，并且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。由于具有耐锈、免涂装、减薄降耗，省工节能等特点，可以应用到建筑、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构，也可以用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台等结构件。
耐候钢具有良好的耐大气腐蚀性能，虽然应用耐候钢前期的投资成本较普碳钢略高，但是与普碳钢表面喷涂防腐涂层等方法比较，普碳钢的后期维护费用是耐候钢的1.5-2倍。因此耐候钢可减少环境污染，属于节能减排重点推广技术。国内耐候钢大都涂装使用，其免涂装和“以锈防锈”的设计初衷并没有得到最大程度的发挥。在苛刻的服役环境下，耐候钢存在锈层难以致密化，另外在服役初期，钢结构的外观锈蚀呈现不均匀等相关问题，因此耐候钢的应用环境和表面处理技术一直困扰耐候钢的应用。
发明内容
本发明提出一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带及生产工艺，解决了现有技术中钢带的耐腐蚀性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：≤0.04％，Si：≤0.02％，Mn：≤0.12％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ti：0.015％-0.030％， Als：0.025％-0.04％，RE：0.04％-0.05％，Ni：0.80％-1.00％，余量为铁和不可避免杂质。
作为进一步的技术方案，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.02％-0.04％， Si：0.01％-0.02％，Mn：0.08％-0.12％，P：0.010％-0.015％，S：≤0.005％，Ti：0.020％-0.030％， Als：0.025％-0.035％，RE：0.04％-0.05％，Ni：0.80％-1.00％，余量为铁和不可避免杂质。
作为进一步的技术方案，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.02％，Si： 0.01％，Mn：0.08％，P：0.012％，S：0.005％，Ti：0.021％，Als：0.026％，RE：0.045％，Ni：0.90％，余量为铁和不可避免杂质。
本发明还提出一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，包括高炉铁水转炉冶炼、吹氩站、LF精炼、连铸、热轧。
作为进一步的技术方案，所述高炉铁水转炉冶炼时，使用钢砂铝脱氧，钛铁合金化，镍板合金随废钢一起加入，控制转炉终点[C]小于0.03％出钢。
作为进一步的技术方案，采用低碳钢冶炼模式，在铁水硫大于0.025％进行铁水预脱硫处理。
作为进一步的技术方案，所述LF精炼过程中，白渣保持时间20-30min，弱搅拌时间8min 以上，弱搅拌流量30～50L/min，白渣形成后，一次加入钛铁。
作为进一步的技术方案，所述连铸时，拉速0.8m/min-1.1m/min，低过热度15-20℃浇铸。
作为进一步的技术方案，所述连铸时，结晶器喂La-Ce稀土线，双丝喂入，钢中稀土含量100-450ppm。
主要通过添加镍板及稀土线起耐蚀作用，镍板在炉后出钢过程中加入，稀土线在连铸结晶器中采用喂丝的方式加入。
作为进一步的技术方案，所述热轧时，加热炉均热段温度1150-1180℃，时间1.5-2.5h。
作为进一步的技术方案，终轧温度800-820℃，卷取温度520-580℃。
作为进一步的技术方案，采用均匀冷却模式，生产的屈强比较低，成型性能良好。
本发明的有益效果为：
1、本发明的钢带可用制造车辆、桥梁、塔架、集装箱等钢结构等，耐大气腐蚀的同时并具有良好的冷成型性能、较好的延伸性、以及焊接性能，焊接不需预热，焊接过程没有出现热裂、冷裂现象。
2、利用Ni及稀土合金元素实现在大气腐蚀环境下的均匀钝化；通过降碳、控轧控冷来使组织单一化，通过平衡组织的电极电位延缓腐蚀的发生和进一步发展；提高钢质纯净度，减少夹杂和气体含量并利用Ti微合金化固氮，防止溶质原子在晶界的偏聚，减缓和抑制腐蚀沿晶界向深层基体扩展的速度。力学性能方面，利用Ti的微合金化和控轧控冷来达到晶粒细化效果和析出强化作用，实现强度、韧性、耐疲劳性能等综合性能的提高。焊接性能方面，主要从元素控制上考虑保持低的碳当量和在纯净度方面考虑尽量降低S、O等杂质元素。
3、本发明采用低C和Ni-RE复合合金化，成分设计合理，耐大气腐蚀性能满足标准要求，不加硅铁及硅锰，不用硅锰脱氧，成分中硅锰为炼钢冶炼残余元素，主要以铝脱氧，钛铁辅助脱氧。钢带强度低，柔性好，屈服强度≥195MPa，抗拉强度315-430MPa，本发明的钢带中碳成分较低，不需要碳、硅、锰提高产品强度，通过微钛合金化及降低卷曲温度提高产品强度，钛与氮结合又可细化晶粒。本发明的钢带[S]≤0.005％、[P]≤0.010％、[O]≤25ppm、[N]≤40ppm，A、B类夹杂均在1.0级以内，钢质纯净度高。
4、本发明采用“低Si、高温加热、快速出钢、采用机械除鳞加粗轧、精轧除鳞多点快速除鳞”的工艺原则，消除了表面氧化铁皮，生产出高表面质量钢带。
5、本发明钢带的主要技术参数
1)钢材中各类夹杂物(A/B/C/D)2.0级以下；
2)钢水有害元素P≤0.015；S≤0.005；
3)低倍质量评级总和≤1.5级；
4)腐蚀速率R≤10mm/a。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带组成成分为：C：0.02％，Si：0.01％，Mn：0.08％，P： 0.012％，S：0.005％，Ti：0.021％，Als：0.026％，RE：0.045％，Ni：0.90％，余量为铁和不可避免杂质。
制备上述Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的方法包括以下步骤：
S1、高炉铁水转炉冶炼，采用低碳钢冶炼模式，在铁水硫大于0.025％进行铁水预脱硫处理，使用钢砂铝脱氧，钛铁合金化，镍板合金随废钢一起加入，控制转炉终点[C]小于0.03％出钢；
S2、吹氩站；
S3、LF精炼，主要目的是控制夹杂物和脱硫，精炼过程中要求白渣保持时间30min，弱搅拌10min，弱搅拌流量40L/min，白渣形成后，一次加入钛铁，取钢水样做全分析，微调成分和温度；
S4、连铸，保护渣采用Q195保护渣，连铸拉速控制在0.8m/min-1.1m/min，低过热度16℃浇铸，保证了铸坯表面和内部质量。铸坯低倍观察结果，中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5 级，其它缺陷未见；铸坯表面质量检查发现，铸坯表面质量良好，表面出现裂纹的概率较低，控制在1％以内；
结晶器喂La-Ce稀土线，规格Φ3.0mm，按照收得率80％加入，双丝喂入(每流板坯在中包水口左右两端各1根丝)，稀土丝喂丝量为m丝/m坯，喂丝工艺见下表：
Figure BDA0003531680960000041
S5、热轧，该钢种由于加入钛铁、稀土丝等，加热时采取高温快烧的加热工艺，加热炉微正压控制且炉内气氛采用还原性气氛，又因该钢种加入一定量的Ni合金，钢坯极易由于温度波动或加热时间过长，造成板坯表面质量缺陷和表面粘性氧化铁皮除鳞不净，因此避免各段炉温波动和板坯在炉时间过长，加热时间2h，加热炉均热段温度控制在1150～1180℃；
由于板坯表面的氧化铁皮粘性较大，容易造成除鳞不尽，采用机械除鳞加高压水除鳞的方式，粗轧五道次均除鳞和精轧除鳞；终轧温度820℃，卷取温度540℃，采用均匀冷却模式。
实施例2
一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带组成成分为：C：0.04％，Si：0.02％，Mn：0.12％，P： 0.010％，S：0.005％，Ti：0.020％，Als：0.025％，RE：0.04％，Ni：0.80％，余量为铁和不可避免杂质。
制备上述Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的方法包括以下步骤：
S1、高炉铁水转炉冶炼，采用低碳钢冶炼模式，在铁水硫大于0.025％进行铁水预脱硫处理，使用钢砂铝脱氧，钛铁合金化，镍板合金随废钢一起加入，控制转炉终点[C]小于0.03％出钢；
S2、吹氩站；
S3、LF精炼，主要目的是控制夹杂物和脱硫，精炼过程中要求白渣保持时间25min，弱搅拌9min，弱搅拌流量35L/min，白渣形成后，一次加入钛铁，取钢水样做全分析，微调成分和温度；
S4、连铸，保护渣采用Q195保护渣，连铸拉速控制在0.8m/min～1.1m/min，低过热度18℃浇铸，保证了铸坯表面和内部质量。铸坯低倍观察结果，中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5 级，其它缺陷未见；铸坯表面质量检查发现，铸坯表面质量良好，表面出现裂纹的概率较低，控制在1％以内；
结晶器喂La-Ce稀土线，与实施例1中喂线工艺方法相同；
S5、热轧，该钢种由于加入钛铁、稀土丝等，加热时采取高温快烧的加热工艺，加热炉微正压控制且炉内气氛采用还原性气氛，又因该钢种加入一定量的Ni合金，钢坯极易由于温度波动或加热时间过长，造成板坯表面质量缺陷和表面粘性氧化铁皮除鳞不净，因此避免各段炉温波动和板坯在炉时间过长，加热时间2h10min，加热炉均热段温度控制在1150～1180℃；
由于板坯表面的氧化铁皮粘性较大，容易造成除鳞不尽，采用机械除鳞加高压水除鳞的方式，粗轧五道次均除鳞和精轧除鳞，温度降低快，故出钢温度增加30℃；终轧温度820℃，卷取温度560℃，采用均匀冷却模式。
分别试制4种产品试验耐腐蚀样品，Q195L为常用普通材质，Q195RE与实施例1相比，在制备过程中只加入稀土元素不加入镍板，Q195Ni与实施例1相比在制备过程中，只加入镍板，Q195LZ为实施例1中所得钢带，待测钢带的牌号及化学组成见表1。
表1 4种钢带的牌号及化学组成
牌号 C Si Mn P S Ti Als RE Ni
Q195L 0.05 0.02 0.19 0.015 0.005 0 0.026 0 0
Q195RE 0.05 0.01 0.23 0.011 0.006 0 0.023 0.043 0
Q195Ni 0.02 0.01 0.09 0.013 0.005 0.018 0.028 0 0.65
Q195LZ 0.02 0.01 0.08 0.012 0.005 0.021 0.026 0.045 0.90
测试结果如表2所示。
表2 4种钢带的耐腐蚀性能
Figure BDA0003531680960000051
Figure BDA0003531680960000061
钢带之所以耐硫酸露点腐蚀，主要是硫酸露点腐蚀过程的电化学行为及腐蚀产物的特性所致，耐硫酸露点腐蚀钢在20℃、20％H2SO4中进行阳极极化曲线测定，结果表明，Q195LZ 钢比Q195钢具有更高的钝化能力，维钝电流比Q195钢种小四倍左右。
通过表2所示，Q195LZ钢腐蚀速率约为Q195腐蚀速率的3.19％，约为Q195RE腐蚀速率的5.69％，约为Q195Ni腐蚀速率的10.73％。经过在H2SO4溶液中腐蚀24小时后Q195LZ 钢表面具有一次很高的Ni/RE等分布，表面的腐蚀产物也比较致密，与其它钢相比，Q195LZ 钢腐蚀后仍然具有金属光泽，而其它钢则不仅无金属光泽甚至侵蚀穿孔。Q195LZ在整个侵蚀过程中随着侵蚀产物的形成(硫酸露点腐蚀第二阶段)Q195LZ钢的腐蚀电位向正方向移动，而且钝化区的维钝电流和随之降低，从而使Q195LZ钢腐蚀速率进一步降低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带，其特征在于，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：≤0.04％，Si：≤0.02％，Mn：≤0.12％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ti：0.015％-0.030％，Als：0.025％-0.04％，RE：0.04％-0.05％，Ni：0.80％-1.00％，余量为铁和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带，其特征在于，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.02％-0.04％，Si：0.01％-0.02％，Mn：0.08％-0.12％，P：0.010％-0.015％，S：≤0.005％，Ti：0.020％-0.030％，Als：0.025％-0.035％，RE：0.04％-0.05％，Ni：0.80％-1.00％，余量为铁和不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带，其特征在于，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.02％，Si：0.01％，Mn：0.08％，P：0.012％，S：0.005％，Ti：0.021％，Als：0.026％，RE：0.045％，Ni：0.90％，余量为铁和不可避免杂质。
4.如权利要求1-3任意一项所述的Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，包括高炉铁水转炉冶炼、吹氩站、LF精炼、连铸、热轧。
5.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，所述高炉铁水转炉冶炼时，使用钢砂铝脱氧，钛铁合金化，镍板合金随废钢一起加入，控制转炉终点[C]小于0.03％出钢。
6.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，所述LF精炼过程中，白渣保持时间20-30min，弱搅拌时间8min以上，弱搅拌流量30～50L/min，白渣形成后，一次加入钛铁。
7.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，所述连铸时，拉速0.8m/min-1.1m/min，低过热度15-20℃浇铸。
8.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，所述连铸时，结晶器喂La-Ce稀土线，双丝喂入，钢中稀土含量100-450ppm。
9.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，所述热轧时，加热炉均热段温度1150-1180℃，时间1.5-2.5h。
10.根据权利要求4所述的一种Ni-RE系耐腐蚀低碳热轧钢带的生产工艺，其特征在于，终轧温度800-820℃，卷取温度520-580℃。
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