專利名稱：：高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼及其生產方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于鋼材，具體涉及一種高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼及其生產方法。
背景技術：
：渾濁液體輸送管道(如水電站輸水管、蝸殼、湖泊清淤管道、江河清理河道采砂、管道、海灘吹沙鋼管、采礦、選礦輸水管道等)內壁因受到含有砂礫的液體沖刷作用而磨損。這類鋼結構工作過(2)液體(水)在一定流速和壓力下，在鋼管內壁局部形成的微小氣泡破裂時產生很高沖擊力，破壞鋼管內壁，該過程被廣泛稱為"氣蝕，，，磨損和氣蝕的復合作用下造成鋼管"磨蝕"。為提高此類鋼結構用鋼的使用壽命，通常采用具有一定韌性的高強度(硬度)鋼，目前普遍《吏用的鋼種為抗拉強度為500MPa級、600MPa級鋼，如16Mn、WEL-TEN60、WDB620、07MnCrMoVR等，采用低強度級別的鋼種，勢必增加鋼板厚度以提高使用壽命，采用厚鋼板直接導致鋼結構制造難度，提高重量，若采用抗拉強度為700MPa級高強度鋼可降低鋼結構重量及施工難度，并可提高工程質量，延長使用壽命。在本申請以前，日本生產的WEL-TEN70等系列700MPa級輸水管用鋼經(jīng)冶煉、軋制及調質熱處理而成，其化學成分按重量百分比為C《0.14%,Si《0.35%,Mn:0.60-1.50%,P《0.015%,S《0.010%,Cu《0.10-0.30%,Ni:0.30-0.70%,Cr:0.30-0.80%,Mo:0.15-0,60%,V《0.10°/。，B《0.005。/。，余量為Fe和不可避免的雜質。美國專利申請718567介紹了"Highstrengthlinepipesteelhavinglowyieldratioandexcellentinlowtemperaturetoughness",通過冶煉、鍛造、熱軋、冷卻后巻取等工藝過程生產，以Mn-Ni-Mo-Nb-Ti為主要合金元素，其化學成分4妄重量百分比為C:0.05-0.10%,Mn:1.70-2.50%,Si《0.60%,P《0.015%,S《0.003%,Cr《0.80%，Cu《L20%,Ni:0.10-1.00o/o,Mo:0.15-0.60%,Nb:0.01-0.10%,N:0.0010-0.0060%,Ti:0.005-0.03%,Al《0.06%，V<0.10%,B《0.0020%,余Fe和不可避免的雜質。巻取溫度為540±20°C。利用固溶氮及氮化物的析出獲得一定的強度?？估瓘姸却笥?50MPa.以上高強度鋼不足之處在于，其不足在于其一，鋼的化學成分復雜，生產過程難于控制，使得產品合格率降低，增加了成本；其二，含有昂貴的合金元素Mo、Ni等，價格昂貴；其三，要求鋼的S含量不高于0.003%,增加了生產難度，提高了生產成本。中國專利申請95103148.1公開了"一種低合金貝氏體耐磨鋼"。不足之處在于鋼種含有0.30%-0.40%的Mo,提高了生產成本，另外還含有0.30%-0.40%的Cu,增加了生產難度。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強度為700MPa級(抗拉強度690-850MPa,屈服強度大于590MPa)具有良好耐沖刷磨蝕性能的高強度鋼及其生產方法。本發(fā)明的技術方案之一是高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼，其化學成分按重量百分比為C:0.05-0.45%,Si:0.25-1.20%,Mn:1.00-6.50%,P《0.020/0,S《0.010%,Cr:1.0-6.50%,Nb:0.08-0.28%,B:0.0005-0.005%,余量為Fe和不可避免的雜質。所述化學成分還滿足以下關系式(1):0.075o/"CrxMn《0.180o/o(2):0.050/"C+5B《0.50%。所述C含量范圍按重量百分比為0.08~0.32%。所述Si含量范圍按重量百分比為0.45~0.85%。所述Mn含量范圍按重量百分比為2.80~4.80%。所述Cr含量范圍按重量百分比為2.80~4.80%。所述Nb含量范圍按重量百分比為0.12~0.22%。本發(fā)明的技術方案之二是高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼的生產方法，它是在冶煉后，開軋溫度控制在1100-1280。C溫度范圍，終軋溫度控制在880-980。C溫度范圍，軋制總壓下率>60%,軋后空冷至室溫，調質熱處理淬火溫度850-920。C，在450-700。C溫度范圍回火2小時，回火后澆水冷卻至室溫；其化學成分按重量百分比為C:0.05-0.45%,Si:0.25-1.20%，Mn:1.00-6.50%,P《0.02%,S《0.010%,Cr:l.0-6.50%,Nb:0.08-0.28%,B:0.0005-0.005%,余量為Fe和不可避免的雜質。所述開軋溫度范圍為1180-1260°C。所述終軋軋溫度范圍為900-950°C。所述軋制壓下率為>70%。所述淬火溫度范圍為880-920°C。所述回火溫度范圍為500-600°C。本發(fā)明主要合金元素含量的設定及制造方法，依據(jù)以下原理。設計本發(fā)明鋼種時，添加一定含量的Cr、Mn、B的目的是保證本發(fā)明鋼種具有一定的淬透性，經(jīng)調質熱處理后抗拉強度處于690-850MPa范圍，由關系式0.075%《CrxMn《0.180Q/。限制Cr、Mn的加入量，即當Cr的含量在設置范圍內按遞增順序加入時，則Mn在設置范圍按遞減順序加入鋼中。一方面通過Cr和Mn的交互作用提高鋼的淬透性，使得鋼的抗拉強度達到700MPa級別；另一方面，在保證鋼種性能的前提下，盡可能降低鋼中合金元素含量，降低生產成本和生產制造難度。設置0.05。/?！禖+5B《0.50%,目的在于保證鋼的淬透性，提高鋼的強度，設置C+5B的上限，目的在于(1)避免在生產過程中出現(xiàn)含B的脆性相，降低鋼的性能；(2)由于鋼管的建造過程中需要大量焊接工作，控制C和B的加入量可降低鋼的碳當量，提高鋼的焊接性能。以下簡述本發(fā)明鋼中選定各合金元素及成分范圍的理由。C是鋼中最有效、最經(jīng)濟的間隙強化元素之一，為了提高鋼的強度(硬度)，添加C含量可顯著增加鋼的硬度，提高抗沖刷磨蝕性能，但是過量的C含量會使鋼的斷裂韌性顯著降低，相反，如果c含量過低，則難于保障鋼的強度，綜合平衡鋼的強度及斷裂韌性，將C含量的取值范圍確定為0.05-0.45%。Si是一種經(jīng)濟的置換固溶強化元素，我國資源很豐富，加入鋼中可顯著提高鋼的強度，但如果過多地加入Si,會使鋼的韌性，尤其使低溫韌性明顯降低，綜合鋼的強度及韌性兩方面的考慮，將Si的成分范圍確定為0.25-1.20%.Mn不〗又可以增加鋼的強度，還可以降低鋼的相變溫度，通過控制軋制過程，細化晶粒，在提高鋼的強度同時提高其斷裂韌性，但過量加入Mn含量，鋼中會增加"軟相，，-殘余奧氏體數(shù)量，降低鋼的強度，導致抗沖刷磨蝕性能降低，故將Mn含量的范圍設定為1.00-6.50%。Cr可提高鋼的淬透性，經(jīng)調質熱處理后形成的系列碳化物(如Cr3C、Cr6C、Cr7C3、Cr23C6等)可顯著提高鋼的抗磨蝕性能，但過量的Cr含量導致鋼的脆性增加，故將Cr含量范圍分別設定為1.00-6.50%。鋼中加入微量的Nb,主要目的在于提高鋼的再結晶溫度，使軋制可在較高溫度完成，減小軋制機械設備的軋制抗力，延長使用壽命，微量的Nb還具有細化晶粒提高強度和韌性的作用，但過量的Nb含量不利于鋼的冶煉，因此將Nb含量確定為0.08-0.280%。P、S是鋼中有害的雜質元素，降低鋼的韌性，含量越低越好，但若將其含量限定得過低，會增加生產難度，提高生產成本，因此在不影響鋼的抗沖刷磨蝕性能的前提下，將鋼得P、s含量分別限定在P小于等于0.02%及S小于等于0.010%常規(guī)范圍。以下簡迷生產方法所依據(jù)的原理。將開軋溫度設定為高于U00。C，一般在1150-1280。C開始粗軋，因為設定過低，會有一些第二相沉淀析出，在軋制過程中產生裂紋，造成廢品。另一方面，若開軋溫度過低必將導致精軋溫度降低，過低的終軋溫度易形成部分特別粗大的晶粒，使得鋼的機械性能降低。軋制壓下率要求高于60%目的在于破碎粗大的晶粒，消除鑄態(tài)組織，使晶粒均勻。通過調質熱處理可進一步細化晶粒、均勻化組織。淬火溫度范圍設置在850°C-920°C,可使鋼中第二相充分溶解，形成均勻的奧氏體組織，而溫度過高導致奧氏體晶粒長大，降低鋼的性能。在450-70(TC溫度范圍回火2小時，回火后澆水冷卻至室溫，目的在于在該溫度范圍回火，形成彌散強化效應，回火過程中，形成細小彌散分布的Nb(CN)和Cr3C等析出相，顯著提高鋼的強度，使得抗拉強度達到700MPa級水平并具有良好的抗沖刷磨蝕性能。本發(fā)明鋼具有如下優(yōu)點1.化學成分相對簡單，不含有昂貴的合金元素Ni、Mo、Cu等，且生產工藝過程容易操作，生產成本較低，效率高，適宜規(guī)模生產。2.不僅具有高強度(屈服強度大于590MPa，抗拉強度6卯-850MPa)，而且具有良好的抗沖刷磨蝕性能，顯著提高工程質量及使用壽命。具體實施例方式按照本申請成分要求，冶煉了5批本發(fā)明鋼，采用常規(guī)方法冶煉?；瘜W成分數(shù)據(jù)見表1，表2為生產本發(fā)明鋼的工藝過程，采用表2工藝過程生產本發(fā)明鋼的機械性能及耐沖刷磨蝕試驗結果列于表3。進行沖刷磨蝕試驗時，將試驗鋼板加工成內部直徑為50mm的無縫鋼管，長度為1000mm，壁厚為5mm;配制含5%(重量百分比)砂礫的水，將該混和液體裝入無縫鋼管中，由抽水泵進行循環(huán)流動，管內壓力由應力感應片測定，控制在5土0.001MPa，持續(xù)試驗直到無縫鋼管被破壞(出現(xiàn)局部磨損小洞且漏水)時結束，對比鋼板為商用WEL-TEN70鋼。由表3可見，本發(fā)明鋼不僅具有良好的機械性能，而且具有良好的抗沖刷磨蝕性能。表1.本發(fā)明實施例化學成分(Wt.0/0)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2.生產本發(fā)明實施例鋼的主要工藝條件<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3.本發(fā)明實施例的機械性能試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1、一種高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼，其特征是:其化學成分按重量百分比為:C:0.05-0.45％，Si:0.25-1.20％，Mn:1.00-6.50％，P≤0.02％，S≤0.010％，Cr:1.0-6.50％，Nb:0.08-0.28％，B:0.0005-0.005％，余量為Fe和不可避免的雜質，且化學成分還應滿足以下關系式:(1):0.075％≤Cr×Mn≤0.180％(2):0.05％≤C+5B≤0.50％。2、如權利要求1所述高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼，其特征是所述C含量范圍按重量百分比為0.08-0.32%;所述Si含量范圍按重量百分比為0.45~0.85%。所述Mn含量范圍按重量百分比為2.80~4.80%;所述Cr含量范圍按重量百分比為2.80~4.80%;所述Nb含量范圍按重量百分比為0.12~0.22%。3、如權利要求1所述高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼，其特征是在冶煉后，開軋溫度控制在1100-1280。C溫度范圍，終軋溫度控制在880-980。C溫度范圍，軋制總壓下率>60%,軋后空冷至室溫，調質熱處理淬火溫度850-920°C，在450-700。C溫度范圍回火2小時，回火后澆水冷卻至室溫，其化學成分按重量百分比為C:0.05-0.45%,Si:0.25-1.20%，Mn:1.00-6.50%,P《0,02%,S《0.010%,Cr:1.0-6.50%,Nb:0.08-0.28%,B:0.0005-0.005%,余量為Fe和不可避免的雜質。4、如權利要求3所述高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼的生產方法，其特征是所述開軋溫度范圍為1180~1260°C;所述開軋溫度范圍為U801260。C;所述終軋軋溫度范圍為900~950°C;所述軋制壓下率為》70%;所述淬火溫度范圍為880~920°C;所述回火溫度范圍為500~600°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種高抗拉強度的耐沖刷磨蝕鋼及其生產方法。它是在冶煉后，開軋溫度控制在1100-1280℃溫度范圍，終軋溫度控制在880-980℃溫度范圍，軋制總壓下率≥60％，軋后空冷至室溫，調質熱處理淬火溫度850-920℃，在450-700℃溫度范圍回火2小時，回火后澆水冷卻至室溫；其化學成分按重量百分比為C0.05-0.45％，Si0.25-1.20％，Mn1.00-6.50％，P≤0.02％，S≤0.010％，Cr1.0-6.50％，Nb0.08-0.28％，B0.0005-0.005％，余量為Fe和不可避免的雜質。本生產方法制造的鋼板具有高強度、高韌性和良好的耐磨蝕性能。生產過程容易控制，操作簡單，生產成本較低，適合規(guī)模生產。文檔編號C21D8/00GK101381847SQ20081004843公開日2009年3月11日申請日期2008年7月17日優(yōu)先權日2008年7月17日發(fā)明者張政權,朱叢茂,柳志敏,洲桂,歐陽凱,羅國華,范植金,陳顏堂申請人:武漢鋼鐵(集團)公司