專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐海水腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低合金鋼制造領(lǐng)域，尤其涉及一種耐海水腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
耐海水腐蝕鋼是為應(yīng)用于潮流發(fā)電、海水發(fā)電、海水溫差發(fā)電設(shè)備及海濱大型跨海橋梁、與海洋開(kāi)發(fā)相關(guān)的海底容器、用于資源開(kāi)發(fā)的各種大型海洋構(gòu)件以及造船用鋼等領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)的一類(lèi)低合金鋼。
提高耐海水腐蝕性最主要的方法是依靠合理的合金成分設(shè)計(jì)，采用合金化手段。能夠提高鋼耐海水腐蝕性能的主要合金元素包括Cu、Cr、P、Al、P、Ni、Ca、Mg、Nb及稀土元素等。隨著鋼鐵冶金工藝水平以及以TMCP(控軋控冷)為代表的軋制技術(shù)不斷進(jìn)步，同時(shí)由于市場(chǎng)需求的不斷變化、工程設(shè)施需求及用戶(hù)使用技術(shù)水平的不斷提升，對(duì)耐海水腐蝕鋼在力學(xué)性能(特別是低溫沖擊韌性)、耐海水腐蝕性能、焊接性能及冷加工性能提出了更高的要求。
有關(guān)耐海水腐蝕鋼專(zhuān)利申請(qǐng)如下1981年1月30日公布的JP56009356專(zhuān)利為含P高可焊性耐蝕鋼，要求鋼中合金元素Mo+Cu+Ni+Co+Cr+W總量達(dá)4以上，并且需要同時(shí)加入大量其它的微量合金元素，極大地提高了鋼的制造成本。
1995年6月14日公布的CN1103672A專(zhuān)利為日本川崎制鐵株式會(huì)社在中國(guó)申請(qǐng)的同族專(zhuān)利，主要針對(duì)高溫多濕的腐蝕環(huán)境設(shè)計(jì)，用于船舶構(gòu)件(如壓載箱)，其化學(xué)成分(重量百分比)為C＜0.1，Si＜0.50，Mn＜1.5，Ni＜1.5，Cr 0.5～3.5，Mo＜0.8，Nb 0.005～0.05，Ti 0.005～0.05，AlT0.005～0.050，N 0.002～0.012；并且，上述成分要滿(mǎn)足Ni+Mo＜1.5，0.005＜Nb+Ti＜0.05。該專(zhuān)利認(rèn)為在高溫多濕海水流入流出的特殊環(huán)境條件下加入Cu對(duì)提高耐蝕性能不利，但不含Cu的鋼不能保證其它海水環(huán)境條件下，特別是海洋環(huán)境結(jié)構(gòu)件的耐蝕性能。因?yàn)閷?duì)于自然海洋環(huán)境條件下鋼的腐蝕過(guò)程而言，合金元素Cu能夠促進(jìn)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)促進(jìn)保護(hù)性銹層的生成，因而對(duì)提高鋼的耐蝕性能極為有效。此外，鋼中最高Cr含量達(dá)3.5，如此高的Cr含量將使得鋼在實(shí)際海洋環(huán)境中的長(zhǎng)期腐蝕速率產(chǎn)生“逆轉(zhuǎn)”，反而加速鋼的腐蝕。
1995年12月5日公布的JP07316722專(zhuān)利鋼也主要用于高溫高濕環(huán)境，不含有Cu，也存在同樣的問(wèn)題。1999年1月6日公布的JP11001745專(zhuān)利中為保證耐蝕性能加入了Sn和Sb等元素，這些合金元素嚴(yán)重?fù)p害鋼的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性，為鋼中應(yīng)當(dāng)盡量避免的有害元素。
1997年5月6日公布的JP09118919A專(zhuān)利涉及的是一種無(wú)縫鋼管用鋼的制造方法，該鋼種化學(xué)成分要求含Ni≤0.5，同進(jìn)需要采用淬火加回火的熱處理工藝，一方面提高了鋼的制造成本，另一方面使鋼的制造工藝復(fù)雜。
1996年3月19日公布的JP08073986屬于Ca處理鋼，但其N(xiāo)i含量高達(dá)2.5，極大地提高鋼的制造成本。
上述幾篇專(zhuān)利文獻(xiàn)中申請(qǐng)的技術(shù)均含有貴重合金元素Ni，為保證鋼的韌性及耐蝕性能，部分專(zhuān)利中Ni含量高達(dá)4(如JP11001745)，這極大地提高了鋼的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種耐海水腐蝕鋼，可以在不添加貴重鎳元素的情況下，通過(guò)采用低碳低合金化學(xué)成分體系設(shè)計(jì)思路保證鋼種具有優(yōu)良的力學(xué)性能、可焊性及耐海水腐蝕性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種耐海水腐蝕鋼的生產(chǎn)方法，通過(guò)采用TMCP軋制工藝保證鋼種具有優(yōu)良的力學(xué)性能、可焊性及耐海水腐蝕性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種耐海水腐蝕鋼，其成分為(重量百分比)C 0.04～0.10Si0.40～0.50Mn0.75～1.30
Nb≤0.020Ti≤0.025Al0.015～0.040Cu0.20～0.50Cr≤0.95Mo≤0.25Ca0.0015～0.0040P ≤0.020S ≤0.005O ≤0.0040N ≤0.0060H ≤0.00025其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。
以下是本發(fā)明專(zhuān)利主要元素的作用及其限定說(shuō)明①C是重要的強(qiáng)化元素，在鋼中主要以碳化物形式存在，和碳化物形成元素結(jié)合起析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用，因而其添加量不低于0.04，而過(guò)高的碳含量不利于焊接性，因而鋼中碳含量控制在0.04～0.10范圍。為充分保證鋼的高可焊性及低溫沖擊韌性，將C的優(yōu)選范圍控制為0.04～0.07。
②Si在鋼中具有較高的固溶度，對(duì)鋼的固溶強(qiáng)化效果高于Mn，能夠增加鋼中鐵素體體積分?jǐn)?shù)，使晶粒細(xì)化，有利于提高韌性。Si含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，因而Si含量控制范圍為0.40～0.50。
③Mn在鋼中主要起固溶強(qiáng)化的作用，是重要的強(qiáng)韌化元素，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，但是Mn含量過(guò)高將提高鋼的淬透性，從而導(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以規(guī)定Mn含量不得超過(guò)1.3％。
④S和P為有害雜質(zhì)元素，在鋼中易形成有害夾雜，惡化鋼板的韌性和塑性，因而應(yīng)嚴(yán)格控制其含量，本發(fā)明鋼種作為力學(xué)性能優(yōu)良的易焊接型耐海水腐蝕鋼，必須采用低P成份設(shè)計(jì)；高的S含量不僅降低鋼的低溫韌性，而且促進(jìn)鋼板的各向異性，因而本發(fā)明鋼種設(shè)計(jì)采用極低的S、P含量(P≤0.020，S≤0.005)。
⑤Al是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的Al有細(xì)化晶粒效果，改善鋼材的強(qiáng)韌性能。
⑥為保證鋼的優(yōu)良耐海水腐蝕性能，采用Cu-Cr-Mo合金體系，其中Cu元素能夠極大提高鋼的耐蝕性能，但為保證鋼的軋制性能并防止熱脆，將其含量控制在0.20～0.50，綜合考慮到添加Cu對(duì)耐海水腐蝕性能的提高效應(yīng)及熱加工性能，將其優(yōu)選范圍控制在0.25～0.45。Cr可以提高鋼的鈍化性能，在海水環(huán)境體系中可促進(jìn)鋼表面生成穩(wěn)定的鈍化膜，從而極大地提高鋼的耐蝕性能，由于單純添加Cr元素并不能極大提高鋼的耐海水腐蝕性能，并且過(guò)量的Cr元素對(duì)鋼的耐海水腐蝕性能反而具有“逆效應(yīng)”，同時(shí)增加鋼的點(diǎn)蝕傾向，利用各合金元素的綜合協(xié)同作用，適當(dāng)添加Mo合金元素，利用其與Cr的元素協(xié)同作用效應(yīng)抑制腐蝕的逆效應(yīng)及點(diǎn)蝕傾向，并控制Cr-Mo合金元素的比例為3.80～5.00，以取得良好的耐蝕性能，特別是抑制鋼在海水環(huán)境中的點(diǎn)蝕傾向。另外，Mo的加入可以推遲奧氏體向鐵素體相變時(shí)先析出鐵素體的形成，對(duì)控制相變組織起重要的作用。為取得最佳的效果，本發(fā)明中Cr與Mo的含量應(yīng)分別控制在≤0.95及≤0.25的范圍。由于Cr是保證鋼耐海水腐蝕性能的最主要元素，其含量過(guò)低不能保證鋼的耐蝕性能，過(guò)高含量將導(dǎo)致耐海水腐蝕性能的逆轉(zhuǎn)，綜合考慮這些因素，Cr的優(yōu)選范圍設(shè)定為0.80～0.95。根據(jù)上述加入Mo與Cr之間存在的成分比例關(guān)系，相應(yīng)地Mo的優(yōu)選范圍控制為0.16～0.20。
⑦微合金元素Ti能形成細(xì)微碳氮化物，可抑制鋼坯加熱過(guò)程奧氏體晶粒長(zhǎng)大，與TMCP結(jié)合可以發(fā)揮細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化的作用，Nb可以提高再結(jié)晶溫度，抑制再結(jié)晶過(guò)程，通過(guò)強(qiáng)化晶粒細(xì)化效果進(jìn)一步提高鋼的韌性。由于對(duì)鋼耐海水腐蝕性能起關(guān)鍵作用的合金元素鉻及鉬以固溶態(tài)存在時(shí)才能極大發(fā)揮其作用，因此復(fù)合加入微合金元素鈮及鈦(Nb≤0.020，Ti≤0.025)并控制氮含量(N≤0.0060)，保證鈮及鈦生成彌散分布的氧化物或氮化物，既可以起析出強(qiáng)化效果，又能保證有益合金元素的固溶效應(yīng)。為了強(qiáng)化Nb的析出強(qiáng)化作用、進(jìn)一步細(xì)化鋼中鐵素體組織，故加入較高的Nb，并且對(duì)氮的含量進(jìn)行控制；為滿(mǎn)足力學(xué)性能要求，控制Ti及N元素的比例為2.60～4.70，以保證析出強(qiáng)化效果。Cu-Cr-Mo系輔助添加強(qiáng)化元素Ti、Nb合金成分，可允許大幅度降低C含量到0.04～0.10，因而降低碳當(dāng)量，以保證鋼板優(yōu)良的焊接性能。
⑧合金體系成分中加入0.0015～0.0040的Ca一方面可以提高鋼的耐蝕性能，因?yàn)榧尤脘撝械腃a以化合物(如CaS、CaO或其它復(fù)合物)狀態(tài)存在，通過(guò)水解反應(yīng)可以生成微區(qū)的弱堿性環(huán)境，有利于保護(hù)性氧化物α-FeOOH的生成，這種氧化物具有離子選擇透過(guò)性，可以極大提高鋼的耐海水腐蝕性能。另一方面，通過(guò)微鈣處理可以改善鋼中有害夾雜物的形態(tài)和分布，有利于提高鋼的韌性并保證力學(xué)性能的各向同性。
⑨為進(jìn)一步降低成本，取消加入貴重元素Ni，由于Ni的作用是改善鋼的韌性，本發(fā)明在取消Ni元素的情況下可通過(guò)控制鋼的純凈度、改善鋼中夾雜物形態(tài)和分布等來(lái)彌補(bǔ)鋼的韌性損失。本發(fā)明為不含鎳鋼，取消Ni元素(元素Ni有利于改善鋼的韌性)后，為保證鋼的優(yōu)良力學(xué)性能，特別是沖擊性能，必須嚴(yán)格控制鋼中氣體含量及夾雜物形態(tài)。煉鋼成分控制應(yīng)當(dāng)保證鋼中P≤0.020，S≤0.005，O≤0.0040，N≤0.0060，H≤0.00025。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了耐海水腐蝕鋼的生產(chǎn)方法，基本工藝流程如下鐵水深脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→爐外精煉→連鑄→板坯再加熱→軋制→冷卻→卷取→精整。
以下是主要工序的關(guān)鍵點(diǎn)鐵水深脫硫目的是保證鋼中低的S含量(S≤0.005)；轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉目的是控制碳含量在0.04～0.10的范圍內(nèi)。
綜合考慮微合金元素碳氮化物在奧氏體中的溶解行為及加熱過(guò)程中奧氏體晶粒長(zhǎng)大行為，鋼坯在1200℃以上再熱后，經(jīng)兩階段控制軋制，為保證再結(jié)晶細(xì)化晶粒效果，要求950℃以上的累計(jì)變形量≥80％，精軋開(kāi)軋溫度不低于880℃，為保證形變細(xì)化晶粒效果，終軋溫度控制在750-850℃，然后以5-20℃/秒的冷卻速率冷卻到500-650℃卷取，再冷卻至室溫?？刂评鋮s速率的目的是增加相變過(guò)冷度，促進(jìn)鐵素體相變，保證相變強(qiáng)化效果。
本發(fā)明的有益效果如下(1)低碳低合金體系設(shè)計(jì)思路及TMCP生產(chǎn)工藝的實(shí)施能夠保證鋼的優(yōu)良的力學(xué)性能及高可焊性，同時(shí)使鋼的制造成本大幅度降低。
(2)Cu-Cr-Mo系合金設(shè)計(jì)并進(jìn)行微Ca處理能夠保證鋼種具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能。
(3)由于含鎳鋼的鑄坯表面氧化皮較厚且附著性強(qiáng)，必須采用機(jī)械加工或砂輪等對(duì)表面進(jìn)行預(yù)清理，此外，鋼坯加熱前要進(jìn)行包裹鐵皮處理，以防止在加熱過(guò)程中進(jìn)一步產(chǎn)生氧化鐵皮。因此，含鎳鋼的加熱軋制工序十分復(fù)雜，本發(fā)明則完全無(wú)需進(jìn)行額外的清理和防護(hù)措施，從而降低了鋼的生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
以下是本發(fā)明實(shí)施例1-5的具體說(shuō)明。
實(shí)施例1-5的具體化學(xué)成分(Wt％)見(jiàn)表1，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表2，實(shí)施例1-5的具體力學(xué)性能及耐蝕性能見(jiàn)表3。
表1

表2

表3


備注#表示海洋飛濺區(qū)，*表示海洋全浸區(qū)由表3可以看出，本發(fā)明鋼通過(guò)合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，結(jié)合TMCP生產(chǎn)工藝，在不含貴重合金元素Ni的基礎(chǔ)上通過(guò)添加微合金元素及控制輕量有害元素保證鋼質(zhì)純凈的前提下，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化及沉淀強(qiáng)化可使鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到409～435MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到516～569MPa，即使不添加合金元素Ni，通過(guò)合理的控軋及控冷工藝使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到-55℃以下，保證了鋼可應(yīng)用于低溫環(huán)境下。此外，Cu-Cr-Mo系合金成分設(shè)計(jì)思想保證了鋼良好的耐海水腐蝕性能。
權(quán)利要求
1.一種耐海水腐蝕鋼，其成分重量百分比為C 0.04～0.10；Si 0.40～0.50；Mn 0.75～1.30；Nb ≤0.020；Ti ≤0.025；Al 0.015～0.040；Cu 0.20～0.50；Cr ≤0.95；Mo ≤0.25；Ca 0.0015～0.0040；P ≤0.020；S ≤0.005；O ≤0.0040；N ≤0.0060；H ≤0.00025；其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐海水腐蝕鋼，其特征在于，所述C含量的重量百分比為0.04～0.07。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐海水腐蝕鋼，其特征在于，所述Cu含量的重量百分比為0.25～0.45。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐海水腐蝕鋼，其特征在于，所述Cr含量的重量百分比為0.80～0.95，Mo含量的重量百分比為0.16～0.20。
全文摘要
一種耐海水腐蝕鋼，其成分重量百分比為C0.04～0.10；Si0.40～0.50；Mn0.75～1.30；Nb≤0.020；Ti≤0.025；Al0.015～0.040；Cu0.20～0.50；Cr≤0.95；Mo≤0.25；Ca0.0015～0.0040；P≤0.020；S≤0.005；O≤0.0040；N≤0.0060；H≤0.00025；其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的耐海水腐蝕鋼可以在不添加貴重鎳元素的情況下，通過(guò)采用低碳低合金化學(xué)成分體系設(shè)計(jì)思路保證鋼種具有優(yōu)良的力學(xué)性能、可焊性及耐海水腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C38/16GK101029372SQ200610024179
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者李自剛, 錢(qián)余海, 張全成, 楊阿娜 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司