CN115491607A - 一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板及制备方法。属于钢铁生产技术领域；其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.08％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.40％～0.90％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、V：0.010％～0.030％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.40％、Alt：0.02％～0.04％，余量为Fe及不可避免的夹杂。其步骤如下：冶炼、连铸、均热、轧制、弛豫、冷却及离线回火。本发明通过科学的成分设计及相匹配的控轧控冷+回火的制造方法，得到具有低屈强比、高韧性和高延性的420MPa级低屈强比耐候桥梁钢；其屈服强度480MPa以上，抗拉强度585MPa以上，屈强比≤0.85，‑60℃Akv在250J以上，延伸率≥22％，耐蚀性合金指数V≥1.20，综合性能好。

Description

一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板及制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，涉及一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板及制备方法。
背景技术
目前，在滨海地区，由于海洋大气中含有较多的盐分，普通耐候钢会出现锈层剥落，耐候性降低；中国专利号为CN113549822B的《一种耐海洋大气腐蚀用高性能钢板及其生产方法》，公开了一种屈服强度500～550MPa级耐海洋大气腐蚀用高性能钢板的制备方法，该产品高Si、高P，同时添加了Sb等元素，这些元素易造成焊接后的热影响区韧性大幅降低，无法适用于钢结构的制造需求；中国专利号为CN112647014B的《一种适用于海洋大气环境用建筑结构钢及其生产方法》，该产品属于热连轧钢带产品，成分上也采用了高Si、高P设计，同时添加了Sb等元素，这些元素易造成焊接后的热影响区韧性大幅降低。
基于高耐蚀、低屈强比、易焊、绿色环保等高参数设计方案，亟需开发和应用海岸大气环境Ni系耐候钢。但高耐蚀、低屈强比、易焊等性能之间存在匹配矛盾，综合性能难于调控，研发与生产难度极大，亟待突破控制综合性能的材料工艺关键技术，以保证钢板焊接后的热影响区性能等服役性能能够满足使用要求。。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供了一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板及制备方法。
技术方案：本发明所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.08％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.40％～0.90％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、V：0.010％～0.030％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.40％、Alt：0.02％～0.04％，CEV≤0.36％，余量为Fe及不可避免的夹杂；通过科学的成分设计及相匹配的控轧控冷+回火的制造方法，使得该耐海洋大气腐蚀的结构用钢板兼具低屈强比、高低温韧性和高延展性的特点。
进一步的，一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其具体制备步骤如下：冶炼、连铸、均热、轧制、弛豫、冷却及离线回火。
进一步的，采用的连铸坯厚度为150～320mm；连铸工序的连铸坯堆冷24h以上；连铸坯在均热工序中加热至中心温度为1130～1230℃，温度均匀性小于20℃，加热时间≥连铸坯厚度×1min/mm；
轧制工艺是对除鳞后的连铸坯进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制的累积变形量为连铸坯厚度的50％以上；
待温厚度为2.0～4.0倍的成品厚度，中间坯待温850～990℃，到温后进行轧制，终轧温度控制在820～880℃；
弛豫工序中，弛豫至始冷温度为760℃～790℃；
冷却工序是自始冷温度进行冷却，包括空冷或层流冷却，返红温度控制在≥520℃，随后空冷至室温；
离线回火工序中，回火温度在500～600℃，并在此温度下保温20～40min，且保温时间与成品厚度成正比，随后自然冷却至室温。
本发明通过科学的成分设计及相匹配的控轧控冷+回火的制造方法，使得该耐海洋大气腐蚀的结构用钢板兼具低屈强比、高低温韧性和高延展性的特点；本发明中以铁素体+珠光体为主的组织类型实现了低屈强比和高低温韧性和高延伸性，各成分及含量的说明如下：
C是钢中不可缺少的提高钢材强度及硬度的元素，对钢组织影响显著，C溶入基体形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，显著增加基体的强度；随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服极限会提高而延伸率、缺口冲击韧性则下降；当钢材中C含量较高时易加剧产生冷裂纹的，因此，本发明采用超低碳设计，少量的C在钢中形成微合金元素碳化物，起到第二相强化和细化晶粒作用，本发明C百分含量设定为0.04％～0.08％；
Mn是钢中一种主要元素，锰元素可以提高材料强度，虽然提高C含量或Cr也可提高强度，但碳元素过多影响成型性及焊接线，而Cr元素价格太高且储量有限，不利于降低成本，Mn元素在钢中还是防止热脆性的主要元素，综合考虑Mn的作用，本发明Mn百分含量设定为0.40％～0.90％；
Si元素在钢中主要以很强的固溶强化形式提高钢的强度，也是炼钢脱氧的必要元素，可以提高耐大气腐蚀性能，但明显降低钢的塑性和韧性且显著降低钢的表面涂镀性能，因此，综合考虑强度、韧性、塑性等因素，本发明Si百分含量设定为0.15％～0.35％；
P能促进锈层非晶态转变，在工业大气中，一般而言，Cu、P复合具有优异的耐候效果，是比较经济的耐蚀元素，考虑到P导致低温脆性和裂纹敏感性，又由于其在海洋大气中的作用不明显，因此，在重要焊接结构用耐海洋大气腐蚀钢中，一般限制P的含量，本发明P百分含量为≤0.015％；
Cu元素在钢中主要起到固溶强化作用，适量的铜可提高强度而不降低韧性，也可提高钢的耐蚀性，本发明Cu百分含量为0.30％～0.60％；
Ni是唯一能够改善低温冲击韧性(NDT、CTOD、DWTT等)的元素，也能有效的防止在连铸和热轧期间发生铜诱发的表面开裂。在海洋大气中，Ni与Mo元素复合添加，能很好地抵御Cl-在锈层与基体界面的富集，本发明Ni百分含量为1.00％～1.20％；
Mo是较强的固溶强化元素，强烈提高淬透性，可明显提高热硬性，并提高回火稳定性，显著降低回火脆性。在海洋大气中，与Ni元素复合添加，能很好地抵御Cl-在锈层与基体界面的富集，本发明Mo百分含量为0.15％～0.40％；
V是中等程度的碳化物形成元素，可形成简单立方晶体结构的合金碳化物VC，可进入渗碳体提高渗碳体稳定性，提高回火稳定性，本发明V百分含量为0.010％～0.030％；
Ti可使C曲线右移，钛能显著提高强度，起到细化晶粒作用，也可提高钢的韧性，适量的Ti可以形成第二项质点，提高金属的韧性，本发明Ti百分含量为0.010％～0.020％。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明通过科学的成分设计及相匹配的控轧控冷+回火的制造方法，得到具有低屈强比、高韧性和高延性的420MPa级低屈强比耐候桥梁钢；其屈服强度480MPa以上，抗拉强度585MPa以上，屈强比≤0.85，-60℃Akv在250J以上，延伸率≥22％，耐蚀性合金指数V≥1.20，综合性能好，适应于钢结构的应用。
附图说明
图1是本发明实施例4中产品的近表面的500倍光学金相组织图；其中，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.08％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.40％～0.90％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、V：0.010％～0.030％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.40％、Alt：0.02％～0.04％，CEV≤0.36％，余量为Fe及不可避免的夹杂；通过科学的成分设计及相匹配的控轧控冷+回火的制造方法，使得该耐海洋大气腐蚀的结构用钢板兼具低屈强比、高低温韧性和高延展性的特点。
进一步的，一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其具体制备步骤如下：冶炼、连铸、均热、轧制、弛豫、冷却及离线回火。
进一步的，采用的连铸坯厚度为150～320mm；连铸工序的连铸坯堆冷24h以上；连铸坯在均热工序中加热至中心温度为1130～1230℃，温度均匀性小于20℃，加热时间≥连铸坯厚度×1min/mm；
轧制工艺是对除鳞后的连铸坯进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制的累积变形量为连铸坯厚度的50％以上；
待温厚度为2.0～4.0倍的成品厚度，中间坯待温850～990℃，到温后进行轧制，终轧温度控制在820～880℃；
弛豫工序中，弛豫至始冷温度为760℃～790℃；
冷却工序是自始冷温度进行冷却，包括空冷或层流冷却，返红温度控制在≥520℃，随后空冷至室温；
离线回火工序中，回火温度在500～600℃，并在此温度下保温20～40min，且保温时间与成品厚度成正比，随后自然冷却至室温。
进一步的，所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板制备方法，碳当量CEV≤0.36％，CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。
进一步的，所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板制备方法，连铸坯的厚度增大，堆冷的时间随之增大，对于320mm的连铸坯，堆冷时间在48h以上。
进一步的，所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板制备方法，钢板厚度8～80mm。
进一步的，所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板制备方法，钢板屈服强度480MPa以上，抗拉强度585MPa以上，屈强比≤0.85，-60℃Akv在250J以上，延伸率≥22％；耐大气腐蚀性指数V≥1.20，V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])。
实施例1
本实施例的420MPa级低屈强比耐海洋大气腐蚀结构钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.04％、Si：0.27％、Mn：0.80％、P：0.013％、S：0.0010％、Nb：0.020％、Ti：0.010％、V：0.015％、Ni：1.00％、Cu：0.50％、Mo：0.30％、Alt：0.040％，CEV：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质。
原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为150mm的坯料，耐蚀性合金指数V为1.27；铸坯堆冷24小时以上，把坯料在1230℃下均热，温度均匀性小于20℃，加热150min后进行除鳞，随后进行两阶段轧制；再结晶区轧制温度是1080℃，总变形量为79％，中间坯厚度控制在成品厚度4倍；中间坯待温至990℃后开始轧制，达到最终产品厚度8mm，终轧为850℃。
终轧后进行空冷至室温，然后对钢板进行回火，回火温度在500℃，并在此温度下保温20min。
对控轧+回火后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为511MPa，抗拉强度为601MPa，成品钢屈强比为0.85，-60℃Akv为256J，延伸率A为22％。
实施例2
本实施例的420MPa级低屈强比耐海洋大气腐蚀结构钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.07％、Si：0.23％、Mn：0.60％、P：0.010％、S：0.0012％、Nb：0.040％、Ti：0.012％、V：0.010％、Ni：1.08％、Cu：0.45％、Mo：0.40％、Alt：0.035％，CEV：0.35％，余量为Fe及不可避免杂质；原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为260mm的坯料，耐蚀性合金指数V为1.32；铸坯堆冷36h以上，把坯料在1180℃均热，温度均匀性小于20℃，加热286min后进行除鳞，随后进行两阶段轧制；再结晶区轧制温度是1060℃，总变形量为54％，中间坯厚度控制在成品厚度2.0倍；中间坯待温至850℃后开始轧制，达到最终产品厚度60mm，终轧温度为830℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度790℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为630℃，而后空冷至室温，然后对钢板进行回火，回火温度在550℃，并在此温度下保温35min。
对控轧控冷+回火后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为511MPa，抗拉强度为627MPa，成品钢屈强比为0.81，-60℃Akv为311J，延伸率A为22％。
实施例3
本实施例的420MPa级低屈强比耐海洋大气腐蚀结构钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.055％、Si：0.35％、Mn：0.90％、P：0.013％、S：0.0020％、Nb：0.030％、Ti：0.020％、V：0.030％、Ni：1.12％、Cu：0.60％、Mo：0.15％、Alt：0.020％，CEV：0.36％，余量为Fe及不可避免杂质；原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为320mm的坯料，耐蚀性合金指数V为1.27；铸坯堆冷48h以上，把坯料在1130℃均热，温度均匀性小于20℃，加热320min后进行除鳞，随后进行两阶段轧制；再结晶区轧制温度是1040℃，粗轧总变形量为50％，中间坯厚度控制在成品厚度2.0倍；中间坯待温至840℃后开始轧制，达到最终产品厚度80mm，终轧温度为820℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度780℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为520℃，而后空冷至室温，然后对钢板进行回火，回火温度在500℃，并在此温度下保温40min。
对控轧控冷+回火后的试样金相组织进行观察发现，低倍镜下的显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，组织结构的均匀性好，材料的屈服强度为482MPa，抗拉强度为589MPa，成品钢屈强比为0.82，-60℃Akv为252J，延伸率A为23％。
实施例4
本实施例的420MPa级低屈强比耐海洋大气腐蚀结构钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.08％、Si：0.15％、Mn：0.40％、P：0.015％、S：0.0015％、Nb：0.025％、Ti：0.015％、V：0.020％、Ni：1.20％、Cu：0.30％、Mo：0.25％、Alt：0.030％，CEV：0.30％，余量为Fe及不可避免杂质；原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为260mm的坯料，耐蚀性合金指数V为1.26；铸坯堆冷36h以上，把坯料在1200℃均热，温度均匀性小于20℃，加热260min后进行除鳞，随后进行两阶段轧制；再结晶区精轧温度是1100℃，粗轧总变形量为65％，中间坯厚度控制在成品厚度2.8倍；中间坯待温至910℃后开始轧制，达到最终产品厚度32mm，终轧温度为880℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度760℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为680℃，而后空冷至室温，然后对钢板进行回火，回火温度在530℃，并在此温度下保温30min。
对控轧控冷+回火后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为489MPa，抗拉强度为593MPa，成品钢屈强比为0.82，-60℃Akv为269J，延伸率A为23.5％。
从上述实施例可知，采用中厚板轧机生产的这种420MPa级低屈强比耐海洋大气腐蚀结构钢，通过其成分设计辅助控轧控冷+离线回火的制造工艺，有效的降低了耐海洋大气腐蚀结构钢的屈强比，能够保证成品钢的屈强比≤0.85。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.08％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.40％～0.90％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.020％～0.040％、Ti：0.010％～0.020％、V：0.010％～0.030％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.40％、Alt：0.02％～0.04％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：冶炼、连铸、均热、轧制、弛豫、冷却及离线回火。
3.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，
在连铸的工艺中，所述采用的连铸坯厚度为150～320mm；连铸工序的连铸坯堆冷24h以上；连铸坯在均热工序中加热至中心温度为1130～1230℃，温度均匀性小于20℃，加热时间≥连铸坯厚度×1min/mm。
4.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，
在轧制的工艺中，其是对除鳞后的连铸坯进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，再结晶区轧制的累积变形量为连铸坯厚度的50％以上；
另外，待温厚度为2.0～4.0倍的成品厚度，中间坯待温850～990℃，到温后进行轧制，终轧温度控制在820～880℃。
5.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，
在弛豫工序中，弛豫至始冷温度为760℃～790℃。
6.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，
在冷却工序中，是自始冷温度进行冷却，包括空冷或层流冷却，返红温度控制在≥520℃，随后空冷至室温。
7.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用钢板的制造方法，其特征在于，
在离线回火的工序中，回火温度在500～600℃，并在此温度下保温20～40min，且保温时间与成品厚度成正比，随后自然冷却至室温。
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