CN117265410A - 低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢及其制造方法 - Google Patents

低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢及其制造方法，钢板成分按重量百分比计：C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.60％～0.80％、P≤0.012％、S≤0.005％、Ni：2.5％～3.0％、Cu：0.35％～0.75％、Mo：0.35％～0.55％、Nb：0.03％～0.04％、Ti：0.006％～0.03％、Al:0.015％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质。所述组分满足24≤15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]≤26，Pcm值(％)≤0.198％。钢板的生产方法包括冶炼、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、热处理，上述钢板的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，‑40℃KV2冲击功≥200J，钢板厚度≤64mm，氯离子沉积量不高于0.61mdd的条件下可免涂装使用。

Description

低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种桥梁、建筑用低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀结构钢。
背景技术
随着中国桥梁建设的发展，诸多沿海及跨海桥梁工程项目都在建或拟建中，由于桥址处于高氯化物腐蚀环境，常规的钢铁材料在使用过程中受到限制，所以对耐海洋大气环境腐蚀桥梁钢的需求不断加强。海洋大气中Cl-含量较高且环境温度和湿度会反复变化，这会破坏钢表面产生的钝化膜，使得钢发生严重的腐蚀。
桥梁主体承重部分多为钢结构，在海洋环境下，腐蚀会造成结构厚度的减薄，甚至发生应力腐蚀断裂，这些都会极大影响钢结构的安全服役。近些年，希望桥梁钢结构件实施最少量维护的呼声不断提高，所以免涂装耐蚀钢倍受关注。通过稳定的保护性锈层使腐蚀速度减低，进而达到不使用油漆的需求十分迫切。目前，国内外耐海洋大气环境腐蚀结构钢有一些研究，经检索发现了部分专利，但其所记载的内容与本发明的技术方案所述成分、生产方法、性能、产品类别等方面存在明显差异。
中国专利申请号CN202011325158.8公开了“一种适用于海洋大气环境用建筑结构钢及其生产方法”提供了一种适用于海洋大气环境用建筑结构钢，属于钢板生产技术领域，所述建筑结构钢的化学成分及其质量分数如下：碳：0.07％～0.17％，硅：0.6％～0.8％，锰：0.3％～1.0％，磷：0.08％～0.15％，硫：0.005～0.035％，铜：0.15％～0.2％，锑：0.1％～0.2％，铈：0.0025％～0.0045％；并选择性包含：锡：0.01％～0.02％，钒：0.05-0.1％中任意一种或两种，其余为铁以及不可避免的杂质。该建筑结构钢具有优异的耐蚀性，可有效提高钢结构建筑物的寿命和安全性。该专利的局限现象主要体现在：成分中含有Sb、Sn元素，冶炼难度系数大，而且不绿色环保。用于评价耐候性采用I指数公示，由于公式具有一定的使用范围，会造成偏差较大。钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
中国专利申请号CN202210444394.4公开了“一种南海海洋环境用耐候耐火结构钢”。该结构钢的化学成分(wt％)为：C：≤0.12％；Si：0.1～0.3％；Mn：0.5～1.7％；P：≤0.06％；S：≤0.003％；Nb：0.01～0.04％；Ti：≤0.03％；Mo：≤0.4％；Cr：0.1～0.5％；Ni：0.2～0.5％；Cu：0.2～0.5％；B：0～0.003％；Als＜0.02％，余量为Fe。本发明的低合金钢强度级别可达460MPa，相比于普通Q460钢具有优异的耐火性和耐蚀性，其腐蚀速率降低了5％～15％。性能优良，可广泛应用于建筑、桥梁施工或者交通运输领域，具有良好的应用价值。该专利的局限现象主要体现在：Cr元素的添加使得钢板在海洋环境中长期腐蚀时会发生耐蚀性逆转，并且钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
中国专利申请号CN202210570652.3公开了“一种Q550级高耐蚀高强度近海结构钢的生产方法”，工艺步骤为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼LF→真空处理RH→连铸→加热→轧制→控轧冷却→回火→精整→性能检验→超声波探伤。钢的化学组成质量百分比为C＝0.03～0.07，Si＝0.15～0.40，Mn＝1.20～1.30，P≤0.020，S≤0.003，Nb＝0.04～0.06，Ti＝0.01～0.02，Als＝0.02～0.05，Cu＝0.30～0.70，Ni＝0.7～1.5，Cr＝0.15～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质元素。适用于生产厚度规格≤60mm，具备耐海洋大气腐蚀环境共性技术，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥660MPa，低温-60℃冲击韧性，KV2≥120J，钢板1/2厚度处的低温-60℃冲击韧性，KV2≥120J，抗层状撕裂性能Z≥35％，性能要求的结构钢板。该专利的局限现象主要体现在：Cr元素的添加使得钢板在海洋环境中长期腐蚀时会发生耐蚀性逆转，并且钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
中国专利申请号CN202210570654.2公开了“一种Q500级高耐蚀高强度近海结构钢的生产方法”，工艺步骤为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼LF→真空处理RH→连铸→加热→轧制→控轧冷却→回火→精整→性能检验→超声波探伤。钢的质量百分组成为：C＝0.03～0.07，Si＝0.15～0.40，Mn＝1.20～1.30，P≤0.020，S≤0.003，Nb＝0.04～0.06，Ti＝0.01～0.02，Als＝0.02～0.05，Cu＝0.30～0.70，Ni＝0.7～1.5，Cr＝0.15～0.30，其余为Fe及不可避免的杂质元素。生产钢板厚度规格≤60mm，具备耐海洋大气腐蚀环境共性技术，屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥600MPa，低温-60℃冲击韧性，KV2≥120J，钢板1/2厚度处的低温-60℃冲击韧性，KV2≥120J，抗层状撕裂性能Z≥35％。该专利的局限现象主要体现在：Cr元素的添加使得钢板在海洋环境中长期腐蚀时会发生耐蚀性逆转，并且钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
中国专利申请号CN202110711870.X公开了“一种耐海洋大气腐蚀钢及其制造方法”。该钢种除Fe及不可避免的杂质元素外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.02～0.2％，Si：0.2～0.8％，P：0.001～0.03％，Mn：0.4～1.5％，Cu：0.05～0.4％，Cr：0.8～9.0％，Mo：0.05～0.3％，Al：0.03～0.05％；其中所述耐海洋大气腐蚀钢不含有Ni元素。此外，本发明还公开了上述耐海洋大气腐蚀钢的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)加热；(3)轧制，包括粗轧和精轧；(4)空冷至室温。该发明所述的耐海洋大气腐蚀钢不仅具有较低的生产成本，还具有优良的耐海洋大气腐蚀性能，其可以有效应用于海岸附近的建筑、厂房结构、跨海桥梁、海洋平台等行业和领域中，具有良好的经济效益和社会效益。该专利的局限现象主要体现在：Cr元素的添加使得钢板在海洋环境中长期腐蚀时会发生耐蚀性逆转，并且钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
中国专利申请号：CN202110726233.X公开了“一种耐海洋大气腐蚀用高性能钢板及其生产方法”，钢板化学成分的重量百分比为：C：0.11％～0.14％，Si：0.51％～0.80％，Mn：0.50％～1.00％，P：0.020％～0.040％，S：≤0.005％，V：0.055％～0.065％，Ti：0.020％～0.040％，Cr：0.40％～0.60％，Cu：0.15％～0.35％，Sb：0.03％～0.05％，Zr：0.02％～0.04％，Als：0.015％～0.045％。铸坯装炉炉温700～800℃，均热段温度1200～1220℃；粗轧开轧温度1180～1200℃，道次压下率15％～25％，粗轧速度1.0～1.2m/s；中间坯厚度为成品厚度的1.5～2倍时待温，二次开轧温度910～920℃，终轧温度860～890℃，轧后进入层流冷却，开冷温度820～840℃，返红温度620～640℃。该发明钢板耐海水腐蚀速率小于0.10mm/a、屈服强度500～550MPa、-60℃冲击功大于等于200J。该专利的局限现象主要体现在：成分中含有Sb元素，冶炼难度系数大，而且不绿色环保。Cr元素的添加使得钢板在海洋环境中长期腐蚀时会发生耐蚀性逆转，并且钢种在耐蚀性方面没有实现免涂装使用。
目前国内虽然有耐海洋大气腐蚀钢，但研究尚有不足，主要体现在如下几点：
(1)采用I值评价Ni、Cr含量较高的低合金钢的耐候性并不完全正确。I值的计算公式为：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。行业普遍认可具有耐候性的钢其I值≥6.0，I值越大耐候性越强；但I值公式是以Larrabee和Coburn公布的大量数据为基础，通过回归以及修正得到的；因此在使用该公式时，钢的化学成分需满足Larrabee-Coburn试验时的化学成分范围：Cu 0.012～0.510％；Ni 0.05～1.10％；Cr 0.10～1.30％；Si 0.10～0.64％；P 0.01～0.12％。目前大部分公开的耐海洋大气腐蚀结构钢其Ni、Cr元素超出了公式使用范围，超出范围后仍然使用该公式有可能导致错误的结论。
(2)采用加速腐蚀试验或电化学试验评价钢铁材料的耐候性，不足以反映实际情况。这两种试验方法可以在很短的时间内得出一种“比较结果”，这在钢种的成分筛选过程可行；但不能真实的反应材料在实际环境下的腐蚀行为和特征。由于海洋大气环境中Cl-含量高、湿度大，其腐蚀环境相对于普通大气环境苛刻。因此材料是否具有长期的耐腐蚀性能；就需要采用真实环境中的曝晒试验来评价以及预测材料的腐蚀情况。
(3)耐海洋大气腐蚀结构钢需要解决Cr元素在海洋环境腐下的“耐蚀性逆转”问题。在耐海水腐蚀钢中，含Cr低合金钢是一个重要系列，Cr钢在海水中的腐蚀行为复杂。1970年Southwcll等报道了3％和5％Cr钢在巴拿马运河区Naos岛的海水中长期暴露出现“耐蚀性逆转”，即Cr钢在海水中短期暴露的腐蚀速率比碳钢低，而长期暴露的腐蚀速率高于碳钢。我国研究者对Cr钢的海水腐蚀进行了较多研究。通过长期暴露试验发现Cr钢在青岛、三亚和湛江海水中存在耐蚀性“逆转”。因此应用在跨海大桥上的耐候钢材料是否采用含Cr体系低合金需谨慎。
(4)在耐蚀性能方面，目前已查询的相关专利产品均不具备免涂装使用特性。
(5)耐蚀性元素Sb、Sn和稀土的加入因收得率低增加了钢的冶炼难度和成本，并且不利于绿色环保制造。虽然Sb、Sn和稀土一定范围量的加入可以有效的改善材料的腐蚀性能，但也存在一些问题。在炼钢方面，Sb元素只是以块状的形式在转炉出钢的过程中随钢流加入到钢包中的钢水里，或者以块状的形式从RH精炼炉真空室加入至钢水里，块状锑合金加入钢水中后，锑合金被加热熔化，进而溶入钢水中，但由于块状锑合金完全熔化需较长的时间，锑在钢水中的固溶形式为置换固溶，若锑合金的熔化过程在钢液表面发生，熔化后的锑合金由于锑沸点低以及在高温下易于氧化等特点挥发到空气中。现有的块状锑合金的加入方法收得率低，Sb的收得率约为20～80％，散失到空气中的Sb元素具有毒性，会严重的危害炼钢职工的身体健康。对于大多数钢号，稀土元素微合金化的效果不稳定，钢水浇铸过程中絮结、收得率不稳定是个难题。尤其是稀土钢存在浇铸水口易发生结瘤(堵塞)现象，钢坯低倍夹杂缺陷严重等问题进而降低合格率。因此为实现Sb、Sn和稀土的加入增加了炼钢工序难度，甚至会造成冶炼成本的增加。
Sb会使钢的强度降低，脆性增加；Sn钢在连铸坯凝固过程中产生偏析和晶界的偏聚行为，对钢的质量以及性能带来危害，会大大降低钢的机械性能；所以为了弥补因加入Sb、Sn造成的性能降低就势必需要额外增加其它合金元素。这样最终的结果是导致成本的增加。
综上所述，现有技术对耐海洋大气腐蚀结构钢的研究尚有不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种桥梁、建筑等钢结构用低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气环境腐蚀钢及其制造方法。本发明钢中不添加Sb、Sn、稀土和Cr元素，降低了冶炼难度和避免了海洋环境中Cr对钢耐蚀性的逆转效应。通过添加一定量的Ni、Cu、Mo等元素，采用控轧控冷工艺可以获得强韧性匹配优良的500MPa级耐候钢。优点在于材料具有低屈强比，优异的耐海洋大气腐蚀性能和低温冲击性能，甚至在适当的Cl-沉积量下可免涂装使用。
本发明目的是这样实现的：
一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀结构钢的化学成分重量百分比为C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.60％～0.80％、P≤0.012％、S≤0.005％、Ni：2.5％～3.0％、Cu：0.35％～0.75％、Mo：0.35％～0.55％、Nb：0.03％～0.04％、Ti：0.006％～0.03％、Al:0.015％～0.040％，并保证24≤15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]≤26(式子中各元素带入的数值均不带％，例如0.05≤[Mo]≤0.15)；余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，所述组分满足24≤H≤26，其中H＝15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]。
进一步地，所述组分满足Pcm值(％)≤0.198％，其中Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
进一步地，所述钢板组织为铁素体+贝氏体，其中铁素体组织体积百分比含量为45％～54％。
进一步地，所述钢板屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，-40℃KV2冲击功≥200J，钢板厚度≤64mm。
进一步地，所述钢板在一年周期下在海洋大气环境下的腐蚀速率为0.019mm/a～0.037mm/a。
C：可以通过间隙固溶发挥强化作用，有效提高抗拉强度，但是C含量不宜过高，因为C的增加对韧性不利，特别是对低温韧性有较大影响。本发明钢中添加了一定量的合金元素，通过固溶强化和析出强化手段提升了强度，因此不需要添加太多的C。同时较低的C含量可以减少焊接过程中钢的淬硬性，避免出现开裂，进而提升焊接性，所以本发明认为C含量控制在0.04％～0.06％较为适宜。
Si：是钢中脱氧元素之一，同时Si具有较强的固溶强化作用，可以净化铁素体，减小珠光体的含量，有利于减少基体材料的包辛格效应，但过量的Si会恶化钢的韧性。鉴于适量的Si可以对钢的耐腐蚀性产生有益的作用，因此本发明中Si含量的控制在0.10％～0.30％较为适宜。
Mn：通过固溶强化提高钢的强度，降低奥氏体相变温度，抑制钢板加速冷却前的相变晶粒长大，发挥细化晶粒作用，提高钢板强度；但是过高的Mn含量会诱发偏析，恶化钢板组织均匀性，本发明认为将Mn含量控制在0.60％～0.80％较为适宜。
P、S：在本发明中为有害杂质元素，含量越低越好；其中，过高的P会导致组织偏析，对低温韧性有明显的不利影响，本发明将P控制在≤0.012％，S含量增加会促进夹杂物的生成和长大，恶化低温性能，因此S≤0.005％。
Ni：是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加钢的稳定性。本发明通过试验发现Ni是耐海洋大气腐蚀有效的合金元素，其含量在1.0～3.5％左右时效果显著，可耐各种大气腐蚀。在高盐分环境条件下经过长期的自然暴晒，当Ni含量达到1.5％左右时，平均腐蚀深度大幅度下降。因为稳定锈层中富集的Ni能有效抑制Cl-离子的侵入，促进保护性锈层生成，降低钢的腐蚀速率。另外，添加Ni可以避免Cu的热加工龟裂问题，还可以提高钢种的低温韧性，本发明认为将Ni含量控制在2.5％～3.0％较为适宜。
Cu：作为耐候钢中最重要的合金元素，目的是提高钢的耐蚀性。在钢中加入Cu后，无论在乡村大气、工业大气或海洋大气中，都具有较普碳钢优越的耐蚀性能。值得注意的是，Cu抵消钢中S的有害作用效果明显；但Cu含量也不宜太高，因为含铜钢的在1100～1200℃高温加热过程中，由于基体铁易被选择性氧化，氧化铁皮下会富集一层液相铜，这种“富铜液相”沿奥氏体晶界向内部渗透，轧制过程中易在表面产生裂纹。鉴于合金元素Cu降低钢腐蚀速率的效果显著，本发明认为将Cu含量控制在0.35％～0.75％较为适宜。
Mo：是能够有效地提高耐大气腐蚀性能的合金元素，当钢中含有适量的Mo时，在大气腐蚀环境下(包括工业、海洋和农村大气，尤其是工业大气)钢的腐蚀速率可降低二分之一以上。添加Mo还可以有效地改善钢的耐点蚀性能。在海洋环境中，Mo由钢中脱溶出来成为负的钼酸离子，与同是负离子的Cl-产生排斥作用，从电化学角度抑制Cl-的透过。Mo元素能有效地消除回火脆性，使其具有良好的冲击韧性，同时能提高钢的淬透性。兼顾强度本发明认为将Mo含量控制在0.35％～0.55％较为适宜。
Nb：本发明中的作用包括(1)析出强化，在轧制过程中和加速冷却前的析出，钉扎晶界，促进形核，有效细化晶粒，从而提高强度和改善韧性；(2)降低奥氏体相变温度，能够细化晶粒；但是，Nb含量过高会增加成本，本发明认为，为了达到500MPa级强度指标，将Nb含量控制在0.03％～0.04％较为适宜。
Ti：可以发挥固N效果，形成以TiN为主的析出相，能抑制高温条件下奥氏体的晶粒长大。由于Ti的固溶度较低，易在奥氏体到铁素体的转变过程中以相间析出的形式出现，提高强度。但过多的Ti会降低钢的韧性，本发明认为将Ti含量控制在0.006％～0.030％较为适宜。
Al：是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用，提高低温冲击韧性，降低钢的脆性转变温度。当Al的含量超过0.040％，过量的氧化铝夹杂会降低钢的洁净度。Al含量过低则脱氧不充分，Ti等易氧化元素就会形成氧化物，本发明认为Al含量控制0.015％～0.040％为宜。
本发明阐述的500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其耐候性元素Mo、Ni、Cu的成分配比要保证如下关系式：H＝15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]，且要保证24≤H≤26。
为了保证具有很好的焊接性，保证Pcm值(％)≤0.198％，且C≤0.06％，其中Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
本发明技术方案之二是提供一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢的制造方法，包括冶炼、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、热处理。
1)冶炼：本发明精炼时进行了RH脱气时间控制，RH真空循环时间≥15min，通过长时间真空处理，可控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0010％，[H]≤0.00015％。本专利连铸的特征为：中间包目标过热度按≤35℃控制；全程保护浇注，控制连铸坯拉速为0.6～0.8m/min。铸坯厚度200～300mm，连铸时采用电磁搅拌或轻压下，减少中心偏析。为避免铸坯开裂，连铸坯下线后进行堆垛缓冷或在缓冷坑进行缓冷，目的为有效去除钢坯中氢含量和铸造内应力。
2)板坯加热：铸坯在炉温650～750℃时装入加热炉，目的是使钢坯在低温阶段保持内外温度一致，为高温段组织均匀做好准备。铸坯在后续升温过程中升温速率控制在4～6℃/min，避免钢坯受热过快导致钢坯内部受热不均。连铸坯加热段温度1200～1240℃，均热段温度1150～1190℃，均热段保温时间3.7～5.3h，使C、N化物充分溶解，特别是Nb、Mo元素的固溶，避免铸态组织异常长大。同时，保证奥氏体晶粒充分长大，为奥氏体形变提供充分的变形动力。坯料尺寸设计时应该保证转钢后钢坯宽度不超过轧机辊身长度。
3)轧制：再结晶区轧制阶段采用纵向-横向轧制工艺，开轧温度为1100～1150℃，纵向轧制累计压下率为29％～52％，横向轧制累计压下率为17％～30％，再结晶区轧制的终轧温度≥950℃，中间坯厚为成品厚度的2.5～3倍。采用纵向、横向轧制的目的是改善轧制过程中在钢板内部产生的带状组织和织构取向，弱化轧制组织对横纵向力学性能的影响。高温段横向轧制可以改善板坯铸态组织。再结晶区轧制阶段的轧制温度和变形工艺使奥氏体晶粒再结晶并且抑制晶粒长大，利用多道次大压下率变形叠加效果，促进奥氏体发生再结晶，达到晶粒细化目标。未再结晶区开轧温度控制在810℃～890℃，轧制道次压下率≥10％，积累压下率≥60％，终轧温度800℃～850℃，成品厚度≤64mm。
4)控冷工艺特征：轧后采用水冷方式进行冷却，开冷温度为720℃～810℃，钢板在开冷前驰豫待温阶段会生成部分的铁素体组织，主要保证钢板具有较高的塑韧性。加速冷却速度≥7℃/s，相对于轧后直接空冷，加速冷却可以减少奥氏体长大倾向，使得奥氏体晶粒细小，达到提高钢板强度和韧性的目的。当终止冷却温度达到300℃～350℃之后，钢板进行空冷至室温。经过上述加速冷却过程，钢板可形成一定量的贝氏体组织，进而提高基体强度。同时本发明专利的终冷温度也很适宜，避免钢板热矫直时矫直力过大，造成板型不良。
5)热处理工艺特征：由于500MPa级钢强度高，为了消除控冷带来的内应力，同时促进组织均匀化，轧后进行回火热处理，回火加热温度为430℃～530℃，总在炉时间为2.8min/mm～3.2min/mm。本发明钢终态钢板组织为铁素体+贝氏体，其中铁素体组织体积百分比含量为45％～54％，贝氏体组织体积百分比含量为46％～55％。
本发明有益效果在于：
本发明的冶炼、连铸工艺方案实现低P、低S控制，改善了铸坯质量，从而提高了最终产品性能。在成分设计上通过低C和低Mn改善材料的韧性，利用Nb、Ti元素抑制奥氏体晶粒长大并在奥氏体转变过程中促进形核作用来细化晶粒，减少偏析，提高了组织均匀性；配以相应的生产工艺解决了高强度兼顾良好耐候性和低温韧性难题。采用合理的Ni、Cu、Mo配比提钢的耐候性。同时配以相应的冶炼、加热、轧制、冷却等生产工艺获得集耐候性、低屈强比和低温韧性优良于一身的跨海桥用500MPa级高耐候桥梁钢。
1.本发明轧后采用合理的冷却和回火热处理工艺制度，获得了适量的(Nb,Ti)(C,N)第二相析出物，弥补因低C、Mn造成的强度不足；最终得到了屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，屈强比≤0.85，-80℃KV2冲击功≥200J。
2.通过合理的Cu、Ni、Mo耐蚀元素的配比关系，使得材料具有很好的耐海洋大气腐蚀特性，在Cl-沉积量为0.61mdd的海洋大气环境下，通过曝晒试验结果，本发明钢在一年周期下在海洋大气环境下的腐蚀速率为0.019mm/a～0.037mm/a。
通过钢的大气腐蚀发展遵循幂函数规律，在预测腐蚀量的时候采用如下公式：
Y＝A·XB
其中A值本发明实施例在一年周期下在海洋大气环境下的腐蚀速率，主要与环境有关；B值表征腐蚀的发展趋势；得到材料腐蚀寿命预测曲线的A值和B值后，预测50年后材料的腐蚀减少厚度，结果预测本发明钢50年腐蚀深度＜0.10mm。因此根据日本“无涂漆耐候钢桥梁施工要领”中的规定50年期间钢板厚度腐蚀量＜0.4mm判定，本发明专利钢种在该环境中可以免涂装使用。
3.本发明材料不添加Sn、Sb和稀土元素，且Ni、Cu、Mo、Nb贵重合金元素上限总和不超过4.34％，降低了合金成本并易于冶炼生产，尤其是避免了Sb元素加入过程中造成的毒性污染，有利于绿色环保制造。同时，本发明所述的耐海洋大气腐蚀结构钢生产工序简单。
附图说明
图1为本发明实施例1试验的户外曝晒1年腐蚀形貌。
图2为本发明实施例1的金相组织。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明中合金元素的添加作用分为2类，一是提高材料的强度，如C、Mn、Nb、Ti等通过固溶、析出等手段提高钢的强度。利用Nb元素在轧制过程中和加速冷却前的析出抑制晶粒长大，进而提高强度与韧性。利用Ti元素抑制钢坯加热过程中奥氏体晶粒长大并在奥氏体转变过程中的促进形核作用来细化晶粒。二是提高材料的耐候性。通过大量试验发现通过多组元的复合添加，比单一元素的加入更能够起到耐蚀效果。因此成分中的耐候性元素Mo、Ni、Cu的配比要保证如下关系式：H＝15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]，且要保证24≤H≤26方可实现高耐候性。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、热处理，其特征在于，
板坯加热
铸坯在炉温650～750℃时装入加热炉，铸坯在后续升温过程中升温速率控制在4～6℃/min，连铸坯加热段温度1200～1240℃，均热段温度1150～1190℃，均热段保温时间3.7～5.3h；
轧制
再结晶区轧制阶段采用纵向-横向轧制工艺，开轧温度为1100～1150℃，纵向轧制累计压下率为29％～52％，横向轧制累计压下率为17％～30％，再结晶区轧制的终轧温度≥950℃，中间坯厚为成品厚度的2.5～3倍，未再结晶区开轧温度控制在810℃～890℃，轧制道次压下率≥10％，积累压下率≥60％，终轧温度800℃～850℃；
控制冷却
轧后采用水冷方式进行冷却，开冷温度为720℃～810℃，加速冷却速度≥7℃/s，当终止冷却温度达到300℃～350℃之后，钢板进行空冷至室温；
热处理
轧后进行回火热处理，回火加热温度为430℃～530℃，总在炉时间为2.8min/mm～3.2min/mm。
进一步地，所述连铸过程中间包目标过热度≤35℃；全程保护浇注，控制连铸坯拉速为0.6～0.8m/min，铸坯厚度200～300mm，连铸时采用电磁搅拌或轻压下，连铸坯下线后进行堆垛缓冷或在缓冷坑进行缓冷。
进一步地，所述冶炼过程包括RH精炼炉精炼，RH真空循环时间≥15min，通过长时间真空处理，可控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0010％，[H]≤0.00015％。
本发明实施例的化学成分见表1；相应实施例的加热工艺见表2；相应实施例的轧制及冷却工艺见表3；相应实施例的性能见表4；相应实施例的腐蚀寿命预测结果见表5。
表1本发明实施例的化学成分(wt％)
表1(续)
实施例 H Pcm％
1 26.0 0.198
2 25.5 0.183
3 25.6 0.179
4 25.9 0.185
5 24.4 0.197
6 24.0 0.192
表2本发明实施例的加热工艺
表3本发明实施例的轧制及冷却工艺
表4本发明实施例的性能
钢的大气腐蚀发展遵循幂函数规律，在预测腐蚀量的时候采用如下公式：
Y＝A·XB
其中X：暴露期间(年)，Y：平均板厚减少量(mm)，A，B：根据环境、钢种成分而变化的系数常数。A值相当于第一年的腐蚀速率，主要与环境有关；B值表征腐蚀的发展趋势；到材料腐蚀寿命预测曲线的A值和B值后，预测50后年后材料的腐蚀减少厚度，具体如表5所示。
表5低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀结构钢腐蚀寿命预测
实施例 氯离子沉积量mdd A值 B值 50年预测mm
1 0.61 0.019 0.347 0.074
2 0.61 0.027 0.322 0.095
3 0.61 0.025 0.310 0.084
4 0.61 0.031 0.296 0.099
5 0.61 0.018 0.284 0.055
6 0.61 0.037 0.022 0.040
根据本发明钢板技术特点，本发明通过长期实地曝晒试验筛选出的合金元素配比与TMCP工艺相结合，使得钢板具有优良的耐海洋大气腐蚀性、优良的低温韧性、低屈强比、低Pcm值。本发明钢屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，屈强比≤0.85，-80℃KV2冲击功≥200J。产品具有绿色环保特性，在氯离子沉积量不高于0.61mdd的条件下可免涂装使用。因此产品具有很高性价比和市场竞争力，具有较高的技术贸易价值。
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：C：0.04％～0.06％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.60％～0.80％、P≤0.012％、S≤0.005％、Ni：2.5％～3.0％、Cu：0.35％～0.75％、Mo：0.35％～0.55％、Nb：0.03％～0.04％、Ti：0.006％～0.03％、Al:0.015％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，所述组分满足24≤H≤26，其中H＝15[Mo]+6[Ni]+5[Cu]。
3.根据权利要求1所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，所述组分满足Pcm值(％)≤0.198％，其中Pcm(％)＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
4.根据权利要求1所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，所述钢板组织为铁素体+贝氏体，其中铁素体组织体积百分比含量为45％～54％。
5.根据权利要求1所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，所述钢板屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，-40℃KV2冲击功≥200J，钢板厚度≤64mm。
6.根据权利要求1所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢，其特征在于，所述钢板在一年周期下在海洋大气环境下的腐蚀速率为0.019mm/a～0.037mm/a。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢的制造方法，包括冶炼、板坯连铸、板坯加热、控制轧制、控制冷却、热处理，其特征在于，
板坯加热
铸坯在炉温650～750℃时装入加热炉，铸坯在后续升温过程中升温速率控制在4～6℃/min，连铸坯加热段温度1200～1240℃，均热段温度1150～1190℃，均热段保温时间3.7～5.3h；
轧制
再结晶区轧制阶段采用纵向-横向轧制工艺，开轧温度为1100～1150℃，纵向轧制累计压下率为29％～52％，横向轧制累计压下率为17％～30％，再结晶区轧制的终轧温度≥950℃，中间坯厚为成品厚度的2.5～3倍，未再结晶区开轧温度控制在810℃～890℃，轧制道次压下率≥10％，积累压下率≥60％，终轧温度800℃～850℃；
控制冷却
轧后采用水冷方式进行冷却，开冷温度为720℃～810℃，加速冷却速度≥7℃/s，当终止冷却温度达到300℃～350℃之后，钢板进行空冷至室温；
热处理
轧后进行回火热处理，回火加热温度为430℃～530℃，总在炉时间为2.8min/mm～3.2min/mm。
8.根据权利要求7所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢的制造方法，其特征在于，所述连铸过程中间包目标过热度≤35℃；全程保护浇注，控制连铸坯拉速为0.6～0.8m/min，铸坯厚度200～300mm，连铸时采用电磁搅拌或轻压下，连铸坯下线后进行堆垛缓冷或在缓冷坑进行缓冷。
9.根据权利要求7所述的一种低屈强比免涂装500MPa级耐海洋大气腐蚀钢的制造方法，其特征在于，所述冶炼过程包括RH精炼炉精炼，RH真空循环时间≥15min，通过长时间真空处理，可控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0010％，[H]≤0.00015％。
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