CN116145034A

CN116145034A - 一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法

Info

Publication number: CN116145034A
Application number: CN202310001403.7A
Authority: CN
Inventors: 王军; 崔强; 陈林恒; 秦玉荣; 唐春霞; 孟令明; 刘涛; 王青峰; 赵丽洋; 李新亮
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-01-03
Filing date: 2023-01-03
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2043-01-03
Also published as: CN116145034B; WO2024146073A1

Abstract

本发明公开了一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板及制备方法。属于钢铁生产技术领域；其化学成分如下：C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、V、Cu、N、Mo、Alt，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345MPa级低屈强比耐候桥梁钢；其屈服强度400MPa以上，抗拉强度530MPa以上，屈强比≤0.80，‑60℃Akv在230J以上，延伸率≥24％，耐蚀性合金指数V≥1.20，综合性能好，适应于钢结构的应用。

Description

一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产技术领域，涉及了一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法。

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。我国对海岸大气环境Ni系耐候钢的研发与应用仍然处于起步阶段。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。

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。

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345MPa级钢板的制造方法。

技术方案：本发明所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.07％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.30％～0.60％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.010％～0.030％、Ti：0.010％～0.020％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.30％、Alt：0.02％～0.04％，CEV≤0.33％，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345MPa级钢板兼具低屈强比、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345MPa级钢板的制造方法，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850～1000℃，到温后进行轧制，终轧温度控制在830～880℃；

弛豫工序中，弛豫至始冷温度为770℃～800℃；

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≥570℃，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345MPa级钢板制备方法，碳当量CEV≤0.33％，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345MPa级钢板制备方法，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345MPa级钢板制备方法，钢板厚度8～80mm。

前所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板制备方法，钢板金相组织为铁素体+珠光体组织。

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345MPa级钢板兼具低屈强比、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：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％～0.07％。

Mn：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0.30％～0.60％。

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％～0.30％。

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345MPa级低屈强比耐候桥梁钢；其屈服强度400MPa以上，抗拉强度530MPa以上，屈强比≤0.80，-60℃Akv在230J以上，延伸率≥24％，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。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345MPa级钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.07％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.30％～0.60％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.010％～0.030％、Ti：0.010％～0.020％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.30％、Alt：0.02％～0.04％，CEV≤0.33％，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345MPa级钢板兼具低屈强比、高低温韧性和高延展性的特点。

弛豫工序中，弛豫至始冷温度为770℃～800℃；

实施例1

本实施例的345MPa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：0.23％、Mn：0.40％、P：0.015％、S：0.0010％、Nb：0.010％、Ti：0.010％、Ni：1.15％、Cu：0.30％、Mo：0.18％、Alt：0.040％，CEV：0.24％，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1.23；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1000℃后开始轧制，达到最终产品厚度8mm，终轧为870℃。

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443MPa，抗拉强度为556MPa，成品钢屈强比为0.80，-60℃Akv为234J，延伸率A为24％。

实施例2

本实施例的345MPa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：0.25％、Mn：0.60％、P：0.012％、S：0.0014％、Nb：0.017％、Ti：0.015％、Ni：1.06％、Cu：0.43％、Mo：0.25％、Alt：0.035％，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860℃后开始轧制，达到最终产品厚度60mm，终轧温度为840℃。

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680℃，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422MPa，抗拉强度为541MPa，成品钢屈强比为0.78，-60℃Akv为301J，延伸率A为24％。

实施例3

本实施例的345MPa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：0.060％、Si：0.15％、Mn：0.55％、P：0.014％、S：0.0020％、Nb：0.020％、Ti：0.014％、Ni：1.00％、Cu：0.60％、Mo：0.30％、Alt：0.020％，CEV：0.32％，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1.28；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850℃后开始轧制，达到最终产品厚度80mm，终轧温度为830℃。

终轧后进行弛豫处理至始冷温度800℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为570℃，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403MPa，抗拉强度为532MPa，成品钢屈强比为0.76，-60℃Akv为256J，延伸率A为25.5％。

实施例4

本实施例的345MPa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：0.35％、Mn：0.30％、P：0.013％、S：0.0015％、Nb：0.014％、Ti：0.010％、Ni：1.20％、Cu：0.50％、Mo：0.15％、Alt：0.030％，CEV：0.26％，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1.24；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770℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为720℃，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438MPa，抗拉强度为563MPa，成品钢屈强比为0.78，-60℃Akv为278J，延伸率A为25％。

从上述实施例可知，采用中厚板轧机生产的这种345MPa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≤0.80。

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

1.一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.04％～0.07％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.30％～0.60％、P：≤0.015％、S≤0.002％、Nb：0.010％～0.030％、Ti：0.010％～0.020％、Cu：0.30％～0.60％、Ni：1.00％～1.20％、Mo：0.15％～0.30％、Alt：0.02％～0.04％，CEV≤0.33％，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345MPa级钢板的制造方法，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345MPa级钢板的制造方法，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℃，温度小于20℃，加热时间≥连铸坯厚度×1min/mm；

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850～1000℃，到温后进行轧制，终轧温度控制在830～880℃之间；

在弛豫工序中，弛豫至始冷温度为770℃～800℃；

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≥570℃，随后空冷至室温；

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。

4.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法，其特征在于，

所述碳当量CEV≤0.33％，即：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。

5.根据权利要求3所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法，其特征在于，

当连铸坯的厚度增大时，则堆冷的时间随之增大；

其中，对于320mm的连铸坯，堆冷时间在48h以上。

6.根据权利要求2所述的一种耐海洋大气腐蚀的结构用345MPa级钢板的制造方法，其特征在于，所述钢板的厚度为8～80mm；所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体组织。