CN110284073A

CN110284073A - 一种氧含量不低于0.004%的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢及生产方法

Info

Publication number: CN110284073A
Application number: CN201910682838.6A
Authority: CN
Inventors: 董中波; 胡唐国; 邹德辉; 战国锋
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2019-09-27

Abstract

一种氧含量不低于0.004%的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢，其组分及wt%为：C：0.07~0.09%、Si：≤0.30%、Mn：0.40~0.80%、P：0.025~0.035%、S：≤0.003%、O：0.0040~0.0060%、Cr：0.45~0.85%、V：0.02~0.04%、Cu：0.20~0.40%、Ni：0.08~0.15%；生产方法：转炉冶炼；出钢；RH真空处理；浇铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却；卷取；堆垛缓冷至室温。本发明在保证桥梁钢的使用力学性能的前提下，采取减少昂贵元素含量，提高氧含量的措施，可提高钢的耐腐蚀性能30%以上，及降低生产成本比低10%，无需涂装防腐蚀涂料，能裸露使用60年以上。

Description

一种氧含量不低于0.004％的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁钢及生产方法，确切地属于一种氧含量不低于0.004％的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢及生产方法。

背景技术

在耐腐蚀钢的开发中，国内外普遍的做法在钢中加入一定量的耐蚀元素，如Cr、P、Ni、Mo、Cu等，同时对钢的组织进行精确调控。耐腐蚀性主要是靠上述耐蚀元素起的作用，加上组织的单一性、均匀性，减少电极电位差。但是上述合金元素价格昂贵，特别是Ni、Mo等元素，非常贵重，增加了成本；组织精确调控难度非常大，效果并不是很明显，需要各种因素叠加起来提高耐腐蚀性能。国内桥梁业界出于对耐腐蚀性能和外形美观的需要，对于桥梁、建筑工程结构，大多涂装使用，增加了经济成本，也限制了耐腐蚀桥梁钢的大量使用。目前，国内用于修建公路桥梁和铁路桥梁的用钢量每年大约在400万吨左右。但是耐腐蚀桥梁钢的应用刚刚起步，裸露使用的耐腐蚀用钢则非常少，关于高氧含量、经济型耐腐蚀桥梁钢则未见相关产品问世及报道。

随着环境保护的要求，涂装过程中对环境的污染带来的影响越来越受到社会的关注和限制。促使长寿命材料的发展。而裸露使用的耐腐蚀钢的经济和耐候的特点，正符合社会发展的需求，在略增加成本或者不增加成本的基础上，其市场潜力很大，需求量会越来越大。

中国专利申请号为CN201810663362的文献，公开了《一种CSP工艺生产的低成本高氧搪瓷钢及其制造方法》，其化学组分及重量百分含量为：C≤0.01％、Mn：0.10～1.00％、O≤0.0500％、Si≤0.01％、P≤0.020％、S≤0.030％、Als≤0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，该钢的制造方法采用CSP短流程，依次包括如下生产步骤：高炉炼铁→铁水预处理→转炉冶炼→RH真空处理→薄板坯连铸→均热炉→除鳞→精轧→层流冷却→卷取。通过采用高氧钢、较低的C、Mn含量，无需添加昂贵的Nb、Ti、V等合金元素，降低钢水成本；力学性能：屈服强度均小于280MPa，拉伸强度在250～390MPa之间，延伸率大于30％。很明显，该发明钢不具有耐腐蚀性能，钢的用途与本发明钢有着明显区别，其采用高氧含量的目的：一方面有利于脱碳，另一方面氧在钢中形成大量的氧化物夹杂，这些夹杂物质有利于提高钢板的抗鳞爆性和密着性。

中国专利申请号为CN200910196233.2的文献，公开了《一种耐候厚钢板及其制造方法》。其组分及含量为C:0.06～0.09、Mn:1.10～1.50、Si≤0.30、Cr:0.40～0.70、Ni:0.20～0.50、Cu：0.25～0.50、Mo:0.05～0.15、Ti:0.008～0.018、P≤0.015、S≤0.003、Als:0.035～0.065，选择性添加B：0.0004～0.0010。采用转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、TMCP轧制等工艺生产一种强韧性匹配、低屈强比、耐大气腐蚀，特别适宜用作无涂装高层建筑、桥梁结构的耐候厚钢板。该钢通过添加较高的Ni、Mo、Cr等贵重合金元素来保证钢的耐大气腐蚀性能，而不是适量保证钢中的氧含量来提高钢的耐腐蚀性能，经济性低。同时，为保证该钢的力学性能(强度和韧性)，要求较低的P含量，这会影响钢的耐腐蚀性能。

中国专利申请号及文献名称分别为：CN200910048288.9的文献，公开了《一种高性能建筑结构用钢及其制造方法》、申请号为CN201010113848.7的《一种耐候钢板及其制造方法》、申请号为CN200810013482.9的《一种桥梁用结构钢及其制造方法》、申请号为CN200910312332.2的《一种耐候桥梁用高强度钢板及其制造方法》，上述文献的组分中均采取了添加较高含量的Ni、Mo、Cr等贵重合金元素，以保证钢的耐大气腐蚀性能，不足在于成本过高，且未提出通过控制钢中氧含量来提高耐腐蚀性能。

日本NKK公司开发出具有高强度高韧性和良好焊接性能的耐候钢板“SMA570W—EX/一EG”，该钢在桥梁上应用可不用涂层保护，从而减少涂层维护。其化学成分为：C:0.08、Mn:0.85～1.10、Si：0.21、Cr:0.57、Ni:0.15～0.23、Cu：0.35、P:0.005～0.015、S:0.002。该钢含有较高的Cu、Ni合金元素，经济成本增加。另外，其P含量要求较低，耐候性仅靠Cu、Cr、Ni等元素保证，耐腐蚀性也欠佳。

目前业界的技术人员大多通过采用添加耐腐蚀性元素Cu、P、Cr、Ni以及组织调控技术，即由传统的铁素体+珠光体组织，控制改变为单一的贝氏体组织，减小电极电位差，提高耐腐蚀性能，来提高桥梁钢的耐腐蚀性能，但这些技术都没有脱离高成本的传统耐候钢的基本要求，合金元素Ni含量越来越高，成本越来越高。另外，业界普遍认为O元素作为一种有害气体元素，在钢中含量越低越好，因为过高的O含量会导致钢中产生气泡、疏松及大量氧化物或硅酸盐夹杂，恶化钢的性能。本发明创造性的提出，在不增加钢中夹杂物条件下(即化合态的氧充分减少)，在钢中保留适当的游离态的[O]，钢水的脱氧程度越弱，钢材的耐点蚀(即坑孔腐蚀)性能越好。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的通过提高合金元素含量既增加元素量增强桥梁钢耐腐蚀性能，导致成本增加的不足，提供一种在保证桥梁钢的使用力学性能的前提下，采取减少昂贵元素含量，提高氧含量的措施，可提高钢的耐腐蚀性30％，及降低生产成本比不低于10％，在无需涂装防腐蚀涂料下，其使用周期在60年以上的氧含量不低于0.004％的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种氧含量不低于0.004％的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.09％、Si：≤0.30％、Mn：0.40～0.80％、P：0.025～0.035％、S：≤0.003％、O：0.0040～0.0065％、Cr：0.45～0.85％、V：0.02～0.04％、Cu：0.20～0.40％、Ni：0.08～0.15％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；并满足以下耐腐蚀性指数I：

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≥6.5％。

优选地：所述O的重量百分比含量在0.0046～0.0062％。

生产一种氧含量不低于0.004％的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢的方法，其步骤：

1)进行转炉冶炼：控制炉渣碱度在2.5～3.3，冶炼终点碳含量控制在0.04％以内，出钢温度在1700～1720℃，终点钢水中溶解氧不低于900ppm；

2)进行出钢，在出钢过程中依次常规加入硅铁、锰铁、钒铁；

3)在RH真空处理：其真空度保持在不低于500Pa，处理时间不超过6min，处理结束时钢水中的氧含量在0.0040～0.0065％；

4)浇铸成坯，期间采用保护浇注并电磁搅拌，控制拉坯速度在0.8±0.05m/min；

5)对铸坯加热，加热温度在1220±20℃，均热时间不低于30min，铸坯出炉温度控制在1180～1220℃；

6)进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1090℃，结束温度不低于980℃；

7)进行精轧，控制精轧开轧温度不超过980℃，终轧温度在780～860℃；

8)进行冷却，在冷却速度为5～15℃/s下冷却卷取温度；

9)进行卷取，控制卷取温度在580～620℃下卷取；

10)堆垛缓冷至室温。

本发明中化学成分限定量的理由：

本发明的C含量选择在0.07～0.09％，钢中含碳量增加，屈服强度和抗拉强度升高，塑韧性降低，焊接性能降低。碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。碳含量提高可使钢中阴极性组分增加，降低钢的耐蚀性。但是碳超过0.09％，钢的腐蚀性增加。因此，我们选取碳含量为0.07～0.09％。

本发明的Si含量选择在0.20～0.30％，在炼钢过程中，硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15～0.30％的硅。硅作为合金元素，一般超过0.50-0.60％。硅与磷的配合可提高钢的耐大气腐蚀性能，硅与铜、铬的配合可改善耐海洋大气腐蚀性能的效果。在高氧钢中，由于硅容易形成硅酸盐夹杂，对耐蚀性不利。因此选取硅含量为0.20～0.30％。

本发明的Mn含量选择在0.40～0.80％，在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30～0.50％。在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，较一般钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。锰量增高，降低焊接性能。锰腐蚀后在锈层中容易溶解流失，导致锈层疏松，为不耐蚀元素。综合考虑，我们选取锰含量为0.40～0.80％。

本发明的P在0.025～0.035％，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏。通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。磷的存在能抑制铁的阳极溶解，因此是提高钢耐大气腐蚀性能最有效也是最廉价的元素，实践证明，提高钢中磷含量，可有效提高钢的耐蚀性。考虑到磷含量提高会降低钢的韧性，而桥梁用钢对韧性要求极为严格，我们选取磷含量为0.025～0.035％。

S与Mn易形成MnS夹杂，对低温韧性十分不利。S是钢中非金属夹杂物的主要形成元素。非金属夹杂物在钢中的总量虽然很少，但对钢的影响却很大。夹杂物的存在，不利于钢的韧性、延伸率和断面收缩率，而且容易引起应力集中造成疲劳裂纹，导致钢的抗疲劳性能降低，控制钢中S元素含量，降低非金属夹杂物水平，生产非金属夹杂物少的洁净钢，对于保证本发明钢的性能显得尤为重要。本发明钢的S≤0.003％。

铜能提高强度和韧性。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.50％塑性和焊接性能显著降低。铜是耐腐蚀钢中耐蚀作用最为突出的合金元素，无论在工业大气、海洋大气或农村大气中，含铜钢的耐蚀性能比普通碳钢都有不同程度的提高。越是潮湿的大气，铜钢的耐蚀性越明显。铜是提高锈层保护性能元素，善于和硫(钢中硫和大气中硫)反应，生成难溶的硫化物，起到对基体的保护。因此选取铜含量0.20～0.40％。

镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。但是镍是贵重合金元素。镍一般认为是耐大气腐蚀的有效元素，从试验钢的力学性能及耐腐蚀性能考虑，选取镍含量0.08～0.15％，相比其它耐腐蚀钢，本发明钢Ni含量明显降低，经济效益显著。

关于钢种将氧含量作为有效元素存在的原因：钢中氧可与氧亲合力强的元素生成氧化物夹杂，降低钢的力学性能；同时钢中氧过高，会在铸坯表层下形成气泡，造使钢板表面变坏。因此，一般来说，钢中氧含量越低越好。但是，钢材冶炼的脱氧制度(钢水的脱氧程度)对结构钢的耐蚀性有重要影响。经实验发现，钢水的脱氧程度越弱，钢材的耐点蚀(即坑孔腐蚀)性能越好，尤其是在氧去极化较强烈的环境条件下，不同脱氧程度的钢之间，其耐点蚀性能的差异越显著。在连铸可达到的氧含量范围内，随着钢中氧量的增加，钢的耐蚀性增加。因此，本发明创造性的选取氧含量0.0040-0.0065％，优选地在0.0046～0.0062％。

本发明的Cr含量选在0.45～0.85％，Cr是有效提高钢板强度的元素，也是提高钢板淬透性的元素。钢中同时存在Cu、Cr时，钢的耐腐蚀性能提高。当环境存在Cl^-离子时(海洋环境或因积雪撒盐的环境)，提高Cr的含量有助于减缓钢的腐蚀速率。

本发明的V含量在0.02～0.04％，V是一种相当强烈的碳化物形成元素，适量的V具有明显的沉淀析出强化作用。但V含量过高，沉淀强化作用显著，但基材和热影响区韧性变差。适量的V可以提高钢材的热稳定性，可以改善钢的耐腐蚀性能。

同时上述化学成分还必须满足：

耐腐蚀性指数I≥6.5，其中I₁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≥6.5％。适用于工业性大气、田园及海洋等环境。

本发明之所以控制终点钢水中溶解氧不低于900ppm，是由于顶吹供氧冶炼是强氧化过程，控制冶炼终点溶解氧≥900ppm，可为后续钢液中较高氧含量的控制目标提供基础。

本发明之所以控制在真空处理结束时，钢水中的氧含量在0.0040～0.0060％，是由于需保证下工序连铸坯中游离氧的含量。在RH处理过程中，全程采用轻处理模式，保持RH设备内部真空度在1000～1500Pa，避免C-O反应过于激烈，造成[O]含量低于目标值。

本发明与现有技术相比，在保证桥梁钢的使用力学性能的前提下，采取减少昂贵元素含量，提高氧含量的措施，可提高钢的耐腐蚀性能30％以上，降低生产成本比低10％，在无需涂装防腐蚀涂料下，能裸露使用60年以上。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下生产工艺生产：

8)进行冷却，在冷却速度为5～15℃/s下冷却卷取温度；

9)进行卷取，控制卷取温度在580～620℃下卷取；

10)堆垛缓冷至室温。

表1本发明各实施例及对比例化学成分取值列表(wt％)

表2本发明各实施例及对比例工艺参数列表

续表2

表3为本发明各实施例及对比例的性能检测列表

从表3的结果分析，本发明生产的耐腐蚀桥梁钢在钢中保留有较高的游离态的[O]的情况下，在较低的经济成本下，具有高强度、高塑韧性以及良好的焊接性能，同时保证了优于其它耐腐蚀桥梁钢的良好的耐腐蚀性能。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种氧含量不低于0.004%的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.07~0.09%、Si：≤0.30%、Mn：0.40~0.80%、P：0.025~0.035%、S：≤0.003%、O：0.0040~0.0065%、Cr：0.45~0.85%、V：0.02~0.04%、Cu：0.20~0.40%、Ni：0.08~0.15%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；并满足以下耐腐蚀性指数I：

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≥6.5%。

2.如权利要求1所述的一种氧含量不低于0.004%的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢，其特征在于：所述O的重量百分比含量在0.0046~0.0062%。

3.生产如权利要求1所述的一种氧含量不低于0.004%的可裸露使用耐腐蚀桥梁钢的方法，其步骤：

1）进行转炉冶炼：控制炉渣碱度在2.5~3.3，冶炼终点碳含量控制在0.04%以内，出钢温度在1700~1720℃，终点钢水中溶解氧不低于900ppm；

2）进行出钢，在出钢过程中依次常规加入硅铁、锰铁、钒铁；

3）在RH真空处理：其真空度保持在不低于500Pa，处理时间不超过6min，处理结束时钢水中的氧含量在0.0040~0.0065%；

4）浇铸成坯，期间采用保护浇注并电磁搅拌，控制拉坯速度在0.8±0.05m/min；

5）对铸坯加热，加热温度在1220±20℃，均热时间不低于30min，铸坯出炉温度控制在1180~1220℃；

6）进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1090℃，结束温度不低于980℃；

7）进行精轧，控制精轧开轧温度不超过980℃，终轧温度在780~860℃；

8）进行冷却，在冷却速度为5~15℃/s下冷却卷取温度；

9）进行卷取，控制卷取温度在580~620℃下卷取；

10）堆垛缓冷至室温。