CN114645213B

CN114645213B - 一种高硬度耐腐蚀钢板及其生产方法

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Publication number: CN114645213B
Application number: CN202210300503.5A
Authority: CN
Inventors: 金璐; 周兰聚; 胡淑娥; 侯东华; 李灿明; 丛林; 孙毓磊; 栾彩霞; 刘坤; 胡晓英; 张康
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2042-03-25
Also published as: CN114645213A

Abstract

本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种高硬度耐腐蚀钢板及其生产方法。使用连铸板坯经加热、轧制、矫直、冷却及热处理制备，连铸板坯的化学成分为C：0.16％～0.20％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.6％～0.8％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr：0.60％～0.75％、Cu：0.40％～0.50％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.25％、Als：0.015％～0.050％、B：0.0010％～0.0025％，余量为Fe及其他杂质，耐候指数I≥6.0。本发明提升了材料抗冲击磨损的能力，适合复杂磨损工况应用，耐磨性高。

Description

一种高硬度耐腐蚀钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种高硬度耐腐蚀钢板及其生产方法。

背景技术

耐候钢，又称耐大气腐蚀钢，在无涂装时长时间暴露在大气条件下可在钢板表面形成致密的氧化膜增强钢的钝化能力进而减少基体腐蚀。因其优于普通碳素钢2～8倍的耐大气腐蚀性能、较高的强韧性及优异的焊接性等特点，广泛应用于铁路运输、集装箱、石油钻井、桥梁等领域，另外随着能源矿产开采的深入，耐磨应用环境用钢可能面对较为复杂条件，比如潮湿的腐蚀性环境下工作等，钢板在磨损和腐蚀双重作用下，发生包含腐蚀磨损在内的交叉磨损，导致快速失效，因此急需发明一种高硬度的耐腐蚀钢板。

当前，铁路车辆、运输、矿产采掘行业的飞速发展对耐候钢提出了更高的要求，耐候钢逐渐向轻量化、高强度、高硬度、高耐蚀性等方向发展。中国专利申请CN 113234988 A公开一种在线淬火生产屈服强度700MPa级耐候钢，其化学成分为C：0.03％～0.07％、Si：0.30％～0.45％、Mn：1.00％～1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cu：0.60％～1.10％、Cr：0.45％～0.55％、Ni：1.20％～1.80％、Ti：0.08％～0.12％，余量为Fe和杂质，轧机出口厚度6～12mm。该发明中含有大量的Ni、Cu等合金元素，成本较高，且钢板厚度规格范围较小，有一定的局限性，钢板强度低不适合磨损环境。

中国专利申请CN 111690879 A公开一种600MPa级高耐蚀耐候钢，其化学成分为C≤0.12％，Si：1.20％～2.00％，Mn≤1.50％，P：0.060％～0.150％，S≤0.015％，Cr：2.90％～3.70％，Ni：0.10％～0.40％，Cu：0.20％～0.60％，Als≥0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质，耐大气腐蚀性指数I达到12.61～14.02。该发明中P、Si含量偏高，P在提高耐腐蚀性的同时会降低钢板的低温冲击韧性，提升冷脆风险；Si含量较高增加了冶炼难度同时对钢板的韧性产生一定的影响；大量添加Cr合金，增加了裂纹风险，提高了成本；且钢板强度低不适合磨损环境。

发明内容

针对现有耐候钢不适合磨损环境、合金成本高的技术问题，本发明提供一种高硬度耐腐蚀钢板及其生产方法，本发明高硬度耐腐蚀钢板的硬度为380～430HBW，屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1200MPa，断后伸长率≥13％，-20℃低温冲击功≥34J，耐大气腐蚀指数I≥6.0。

第一方面，本发明提供一种高硬度耐腐蚀钢板的生产方法，使用连铸板坯经加热、轧制、矫直、冷却及热处理制备高硬度耐腐蚀钢板，其中连铸板坯的化学成分及其质量百分比含量为C：0.16％～0.20％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.6％～0.8％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr：0.60％～0.75％、Cu：0.40％～0.50％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.25％、Als：0.015％～0.050％、B：0.0010％～0.0025％，余量为Fe及其他杂质，耐候指数I≥6.0，公式为I＝26.01Cu+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²。

进一步的，连铸板坯由铁水经预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸后制得，其中铁水经过KR脱硫预处理后，降低铁水中硫含量至0.003％；

转炉冶炼全程底吹氩气、滑板挡渣，严格控制终点氧含量≤450ppm及严禁转炉下渣，提高钢水纯净度；

精炼采用LF+RH双联工艺，加入石灰和萤石造白渣去除氧化物夹杂，真空133pa以下纯脱气时间≥10min；

连铸采用高碱度保护渣保护浇注，严禁钢液裸露，过热度控制在15～25℃，选用高合金钢二冷水模式及动态轻压下，使铸坯质量优于中心偏析C类1.5级，无中心疏松及裂纹，钢中气体含量H≤2ppm、O≤25ppm、N≤40ppm，严格保证耐候指数I≥6.0。

进一步的，采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热处理，因添加Cu、Cr、Nb等合金元素，为确保合金元素充分溶解以及防止Cu在加热过程中富集造成钢板轧制过程中边部开裂，加热炉出炉温度控制在1200～1280℃。

进一步的，采用两阶段轧制，粗轧阶段采用大轧制力、单道次大压下量轧制工艺，中间坯厚度在成品厚度3倍以上；成品厚度≤20mm的钢板，精轧阶段终轧温度为900～920℃；钢板轧后快速入水，开冷温度≥860℃，冷速3～7℃3s，终冷温度>700℃。

进一步的，采用两阶段轧制，粗轧阶段采用大轧制力、单道次大压下量轧制工艺，中间坯厚度在成品厚度3倍以上；成品厚度为(20，40]mm钢板，精轧阶段终轧温度为880～900℃；钢板轧后快速入水，开冷温度≥860℃，冷速3～7℃3s，终冷温度>700℃。

进一步的，采用热矫直机矫正钢板板形，矫直道次≥3，终矫温度≤500℃，消除内应力及残余应力。

进一步的，冷却工序为钢板下线后堆垛缓冷。

进一步的，成品厚度≤20mm的钢板，热处理采用离线淬火工艺，淬火加热温度860～900℃，保温时间20～60min，随后水淬至室温。

进一步的，成品厚度为(20，40]mm的钢板，热处理采用离线淬火+回火工艺，淬火加热温度860～900℃，保温时间20～60min，回火温度为340～380℃，保温时间20～120min。

第二方面，本发明提供一种采用上述生产方法制得的高硬度耐腐蚀钢板。

进一步的，所述高硬度耐腐蚀钢板的厚度不超过40mm。

进一步的，所述高硬度耐腐蚀钢板的显微组织为马氏体或回火马氏体组织。

本发明高硬度耐腐蚀钢板添加的Cu、Cr等合金元素可促进钢表面氧化膜的形成，提高钢板耐大气腐蚀性能，同时添加Ni元素有效防止铜脆、降低焊接过程中裂纹敏感性以及促进内锈层晶粒细化使内锈层更加致密；添加Nb、Ti等合金元素细化晶粒，通过细晶强化、析出强化等方式提高钢板的强塑性；添加B元素提高钢板淬透性进而提高钢板硬度及强度。

具体而言，钢板中各组分作用如下：

C：0.16％～0.20％，固溶强化方式提高钢的硬度及强度，使钢板经过淬火处理后得到较高的硬度的同时，也具有一定的塑性及韧性，是钢中有效的强化元素。

Als：0.015％～0.050％，钢中有效的脱氧元素，对晶粒细化、提升低温冲击韧性有显著作用，但是含量过高时会降低热加工性能及焊接性能，因此将Als含量控制在0.015％～0.050％。

Nb：0.025％～0.040％，细化晶粒、固溶强化作用，提高奥氏体再结晶温度细化奥氏体晶粒大小，因与碳、氮具有较强的亲和力，在钢中起固碳、固氮作用，有效提升钢板的塑韧性以及焊接性能。

Ti：0.015％～0.030％：同Nb具有相同的固碳、固氮作用，抑制奥氏体晶粒长大，冷却过程中析出细小的第二相粒子，起细晶强化、固溶强化的作用，同时可以增加回火稳定性、减小过热倾向。

Cu：0.40％～0.50％，最常见的提高钢板耐腐蚀性的合金元素，可以促进阳极钝化使其形成致密性好的锈层，减少基体的腐蚀提高耐腐蚀性能，同时可以通过固溶强化提高钢板强度；当Cu含量过高，其作用降低且提高加工过程中裂纹产生的风险，因此Cu含量控制在0.40％～0.50％。

Cr：0.60％～0.75％，Cr元素可以提高钢板的淬透性，同时提高钢板的硬度、耐磨性及腐蚀性能，本发明同时添加Cu、Cr、Ni，可以有效促进含α-FeOOH的稳定锈层的形成，发挥协同作用提高钢板的耐腐蚀性能。

Ni：0.15％～0.25％，Ni以NiFe₂O₄的形式存在于尖晶石型氧化物，能够促进尖晶石更加细小致密，可以提高内锈层的致密度，是一种非常有效的耐腐蚀元素，与此同时可以减少铜脆以及焊接过程中裂纹的产生。

B：0.0010％～0.0025％，B元素的加入可以提高钢板的淬透性，提升钢板的硬度及强度，但是过量的硼也会使晶粒粗化，降低钢板低温冲击韧性。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的高硬度耐腐蚀钢板厚度规格≤40mm，具有高的硬度(380～430HBW)、良好的耐大气腐蚀性能(耐大气腐蚀指数I≥6.0)，材料兼具抗磨损和耐腐蚀功能，可应用于湿的大气腐蚀环境；同时高硬度耐腐蚀钢板还具有良好的塑韧性，断后伸长率≥13％，-20℃低温冲击韧性较好(≥34J)，提升了材料抗冲击磨损的能力，适合复杂磨损工况应用，耐磨性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1制得的高硬度耐腐蚀钢板的金相组织照片。

图2是本发明实施例2制得的高硬度耐腐蚀钢板的金相组织照片。

图3是本发明实施例3制得的高硬度耐腐蚀钢板的金相组织照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种厚度为40mm的高硬度耐腐蚀用结构钢板，化学成分及质量百分比含量为C：0.17％、Si：0.25％、Mn：0.64％、P：0.012％、S：0.002％、Cr：0.68％、Cu：0.43％、Nb：0.031％、Ti：0.018％、Ni：0.17％、Als：0.022％、B：0.0017％，余量为Fe及其他不可避免杂质，耐候指数I＝6.55。

该高硬度耐腐蚀用结构钢板的制备方法如下：

1)预处理及冶炼：铁水经过KR脱硫预处理后，降低铁水中硫含量至0.003％，经转炉全程底吹氩气、滑板挡渣，严格控制终点氧含量≤450ppm及转炉下渣，提高钢水纯净度。

2)精炼：采用LF+RH双联工艺，加入石灰和萤石造白渣去除氧化物夹杂，真空133Pa以下纯脱气15min。

3)连铸：采用高碱度保护渣保护浇注，严禁钢液裸露，过热度为17℃，选用高合金钢二冷水模式及动态轻压下，铸坯质量为C类1.0级，钢中气体含量H为1.75ppm、O为22ppm、N为36ppm。

4)采用步进式加热炉对板坯进行加热处理，加热炉出炉温度控制在1235℃。

5)轧制：采用两阶段轧制，粗轧阶段采用大轧制力、单道次大压下量轧制工艺，中间坯厚度在成品钢板厚度4倍；精轧结束温度892℃，钢板轧后快速水冷，开冷温度为871℃，冷速为4℃3s，终冷温度为730℃。

6)经过4道次矫直后，终矫温度头部480～495℃、中部470～485℃、尾部470～480℃，消除内应力及残余应力。

7)冷却：钢板下线后堆垛缓冷。

8)热处理：离线淬火+回火，淬火加热温度875℃，保温时间60min，回火温度为360℃，保温时间117min。

最终得到的钢板的综合性能如表1所示；金相组织如图1所示，为回火马氏体组织。

实施例2

一种厚度为20mm的高硬度耐腐蚀用结构钢板，化学成分及质量百分比含量为C：0.17％、Si：0.27％、Mn：0.63％、P：0.012％、S：0.002％、Cr：0.65％、Cu：0.46％、Nb：0.028％、Ti：0.017％、Ni：0.18％、Als：0.025％、B：0.0015％，余量为Fe及其他不可避免杂质，耐候指数I＝6.40。

该高硬度耐腐蚀用结构钢板的制备方法如下：

1)预处理及冶炼：铁水经过KR脱硫预处理后，降低铁水中硫含量至0.002％，经转炉全程底吹氩气、滑板挡渣，严格控制终点氧含量≤450ppm及转炉下渣，提高钢水纯净度。

2)精炼：采用LF+RH双联工艺，加入石灰和萤石造白渣去除氧化物夹杂，真空133Pa以下纯脱气14min。

3)连铸：采用高碱度保护渣保护浇注，严禁钢液裸露，过热度为20℃，选用高合金钢二冷水模式及动态轻压下，铸坯质量为C类1.0级，钢中气体含量H为1.66ppm、O为23ppm、N为32ppm。

4)采用步进式加热炉对板坯进行加热处理，加热炉出炉温度控制在1222℃。

5)轧制：采用两阶段轧制，粗轧阶段采用大轧制力、单道次大压下量轧制工艺，中间坯厚度在成品钢板厚度3.5倍；精轧结束温度915℃，钢板轧后快速水冷，开冷温度为870℃，冷速为6℃3s，终冷温度为724℃。

6)经过4道次矫直后，终矫温度头部490～500℃、中部485～497℃、尾部472～481℃，消除内应力及残余应力。

7)冷却：钢板下线后堆垛缓冷。

8)热处理：离线淬火，淬火加热温度880℃，保温时间34min，随后水淬至室温。

最终得到的钢板的综合性能如表1所示；金相组织如图2所示，为马氏体组织。

实施例3

一种厚度为10mm的高硬度耐腐蚀用结构钢板，化学成分及质量百分比含量为C：0.17％、Si：0.29％、Mn：0.66％、P：0.012％、S：0.002％、Cr：0.69％、Cu：0.48％、Nb：0.031％、Ti：0.019％、Ni：0.20％、Als：0.025％、B：0.0016％，余量为Fe及其他不可避免杂质，耐候指数I＝6.35。

该高硬度耐腐蚀用结构钢板的制备方法如下：

2)精炼：采用LF+RH双联工艺，加入石灰和萤石造白渣去除氧化物夹杂，真空133Pa以下纯脱气16min。

3)连铸：采用高碱度保护渣保护浇注，严禁钢液裸露，过热度为18℃，选用高合金钢二冷水模式及动态轻压下，铸坯质量为C类1.0级，钢中气体含量H为1.83ppm、O为21ppm、N为38ppm。

4)采用步进式加热炉对板坯进行加热处理，加热炉出炉温度控制在1240℃。

5)轧制：采用两阶段轧制，粗轧阶段采用大轧制力、单道次大压下量轧制工艺，中间坯厚度在成品钢板厚度3.0倍；精轧结束温度916℃，钢板轧后快速水冷，开冷温度为873℃，冷速为6℃3s，终冷温度为720℃。

6)经过4道次矫直后，终矫温度头部482～490℃、中部475～485℃、尾部468～477℃，消除内应力及残余应力。

7)冷却：钢板下线后堆垛缓冷。

8)热处理：离线淬火，淬火加热温度880℃，保温时间22min，随后水淬至室温。

最终得到的钢板的综合性能如表1所示；金相组织如图3所示，为马氏体组织。

表1各实施例高硬度耐腐蚀用结构钢板的力学性能

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内3任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，使用连铸板坯经加热、轧制、矫直、冷却及热处理制备高硬度耐腐蚀钢板，其中连铸板坯的化学成分及其质量百分比含量为C：0.16％～0.20％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.6％～0.8％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr：0.60％～0.75％、Cu：0.40％～0.50％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.25％、Als：0.015％～0.050％、B：0.0010％～0.0025％，余量为Fe及其他杂质；

高硬度耐腐蚀钢板的厚度≤20mm，硬度为380～430HBW，屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1200MPa，断后伸长率≥13％，-20℃低温冲击功≥34J，耐大气腐蚀指数I≥6.0；

轧制采用两阶段轧制，粗轧阶段中间坯厚度在成品厚度3倍以上；精轧阶段终轧温度为900～920℃；钢板轧后快速入水，开冷温度≥860℃，冷速3～7℃3s，终冷温度>700℃；

热处理采用离线淬火工艺，淬火加热温度860～900℃，保温时间20～60min，随后水淬至室温。

2.如权利要求1所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热处理，加热炉出炉温度控制在1200～1280℃。

3.如权利要求1所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，采用热矫直机矫正钢板板形，矫直道次≥3，终矫温度≤500℃。

4.如权利要求1所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，冷却工序为钢板下线后堆垛缓冷。

5.一种高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，使用连铸板坯经加热、轧制、矫直、冷却及热处理制备高硬度耐腐蚀钢板，其中连铸板坯的化学成分及其质量百分比含量为C：0.16％～0.20％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.6％～0.8％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr：0.60％～0.75％、Cu：0.40％～0.50％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.015％～0.030％、Ni：0.15％～0.25％、Als：0.015％～0.050％、B：0.0010％～0.0025％，余量为Fe及其他杂质；

高硬度耐腐蚀钢板的厚度为(20，40]mm，硬度为380～430HBW，屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1200MPa，断后伸长率≥13％，-20℃低温冲击功≥34J，耐大气腐蚀指数I≥6.0；

轧制采用两阶段轧制，粗轧阶段中间坯厚度在成品厚度3倍以上；精轧阶段终轧温度为880～900℃；钢板轧后快速入水，开冷温度≥860℃，冷速3～7℃3s，终冷温度>700℃；

热处理采用离线淬火+回火工艺，淬火加热温度860～900℃，保温时间20～60min，回火温度为340～380℃，保温时间20～120min。

6.如权利要求5所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，采用步进式加热炉对连铸板坯进行加热处理，加热炉出炉温度控制在1200～1280℃。

7.如权利要求5所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，采用热矫直机矫正钢板板形，矫直道次≥3，终矫温度≤500℃。

8.如权利要求5所述的高硬度耐腐蚀钢板，其特征在于，冷却工序为钢板下线后堆垛缓冷。