CN110578101B - 一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法 - Google Patents

一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法，属于钢铁冶金领域和建筑结构抗震不锈钢材料的领域。其基本成分按质量百分比计为：C 0.07‑0.16wt％，Si 0.4‑1.5wt％，Mn≤1.0wt％，Cr 17.0‑26.0wt％，Ni 1.5‑2.5wt％，Mo≤1.5wt％，Al 0.01‑0.05wt％，P≤0.05wt％，S≤0.020wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明适合于沿海和海上建筑结构使用的耐沿海气候和一般海水腐蚀、兼有抵抗地震功能的高强韧不锈结构钢，满足高温、高盐、高湿的海洋环境对高耐蚀钢的迫切需求。

Description

一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域和建筑结构抗震不锈钢材料的领域，涉及一种适合海洋工程结构用具有耐海洋气候和一般海水腐蚀的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法。
背景技术
随着社会发展，人类在海洋工程的建设越来越多，但受现有钢种性能的限制，海洋工程结构用钢还是以碳钢为主，一些海洋工程用钢由于不能完全进行防锈保护，工程寿命很短。这严重限制了人类在海洋环境的活动时间和空间，也阻碍了海洋开发的进程。尤其是南海建设，基于高温、高盐、高湿的海洋环境，对高耐蚀钢的需求更是迫切。
例如，在港珠澳大桥的建设中同样存在上述的问题。整个港珠澳大桥用了52万吨钢，但是其中仅仅用了不到1万吨的2205双相不锈钢，主要原因是该2205双相不锈钢价格昂贵，不适合大量使用，建筑成本方面也不允许。因此，港珠澳大桥整体寿命受限于其他碳钢结构的耐腐蚀性能，使用寿命较短，从而导致港珠澳大桥设计寿命也仅仅只有120年。
而目前，国外已经有设计寿命年限在几百年以上的不锈钢建筑，建设成本并不高。
例如：美国和澳大利亚已经开始兴建设计寿命为300年的桥梁，采用的是304不锈钢，增加成本大约在全部建设成本的5％以下。这说明，使用不锈钢建设工程并不增加较多的工程费用。
甚至更长年限的不锈钢建筑也已开始建设。
例如：泰国近年建设的一座寺庙，设计寿命为1000年。采用了奥托昆普的2101不锈钢。这是一个长寿性建筑最典型的案例。
目前的传统不锈钢存在以下问题：
传统不锈钢如铁素体、奥氏体(304、316、316L)不锈钢，强度过低，一般可以采用的屈服强度也只有200-250MPa，而且本构曲线不是工程结构钢材料需要的理想本构曲线；本构曲线比较理想的双相不锈钢，制造成本过高，大规模使用是不可能的，且并不适合作为沿海及海上建筑结构使用的耐高温、耐腐蚀和抗震性优异的长寿命结构钢。
海岸线60公里范围内，城市密集，生活着30％的人口，汇集了50％以上的建筑及财富；但是沿海地区不仅腐蚀严重，而且是地震多发地带，建筑、桥梁等工程时刻受到地震和腐蚀的严重威胁。故而沿海及海上建筑结构使用的结构钢，除了耐腐蚀这个必要的前提条件外，还需要具有良好的抗震性能和耐高温性能。
本发明的目标就是提供一种适合于沿海和海上建筑结构使用的耐沿海高温高湿气候和一般海水腐蚀、兼有抵抗地震功能的高强韧不锈结构钢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何为高温、高盐、高湿的海洋环境提供一种高耐蚀并且抗震的高强韧不锈结构钢，克服海洋开发建设中工程寿命很短的难题。
本发明提供一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.07-0.16wt％，Si 0.4-1.5wt％，Mn≤1.0wt％，Cr 17.0-26.0wt％，Ni 1.5-2.5wt％，Mo≤1.5wt％，Al 0.01-0.05wt％，P≤0.05wt％，S≤0.020wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为200-450纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为17-20wt％时，耐中性盐雾腐蚀能力优于或等于2205双相不锈钢和316不锈钢，适合普通的沿海环境；海水环境使用时铬含量>20wt％，并且随着海水温度升高增加铬含量；高铬含量时耐中性盐雾腐蚀能力与奥氏体316L不锈钢及铁素体447不锈钢相近。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，针对较高的耐点蚀要求，通过控制0.7-1.5wt％的硅和0.6-1.5wt％的钼以及细晶化的控轧控冷及热处理实现。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18％，断面收缩率≥40％，冲击吸收功≥40J；满足建筑结构钢需要的力学性能，具有抗震钢功能。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入200-300mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：50-60wt％，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt％；SiO2：25-30wt％；CaF2：10wt％；其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al 0.8-1.2kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时可以在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材；
优选地，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于Si含量低于0.7wt％、Mo含量低于0.6wt％的钢材，需要在940℃终轧结束后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5-5小时的等温处理。
优选地，S8的控轧控冷的轧制工艺要求加热炉采用三段加热，所述三段加热分别为加热一段、加热二段和加热三段；其中：加热一段的温度≤900℃，加热二段的温度为1200～1240℃，加热三段的温度为1220～1240℃，加热速度为16min/cm，加热最高温度严禁超出1250℃；三段加热时间分别占总加热时间的百分数为：加热一段占50％，加热二段占25％，加热三段占25％。
优选地，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于Si含量大于或等于0.7wt％、Mo含量0.6-1.5wt％的钢材，需要在940℃终轧结束后，升温至1020℃-1050℃保温1-1.5小时后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5-5小时的等温处理。
优选地，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于中厚板和其它大尺寸钢材，以及力学性能要求较高的钢材，轧制完成后，立即进行定尺切分并喷淋冷却至室温；然后加热至1040℃-1140℃，保温1-1.5小时；然后淬水降温至室温；再升温至680-740℃，保温3-5小时；然后，再次淬水处理至200℃以下。
优选地，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020wt％，P≤0.05wt％；按照ASTM-E45夹杂物检验标准，中厚板、棒材等各类夹杂物的级别均应低于1.5级以下。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明提出了一种适合于沿海和海上建筑结构使用的耐沿海气候和一般海水腐蚀、兼有抵抗地震功能的高强韧不锈结构钢。本发明提出的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，满足高温、高盐、高湿的海洋环境对高耐蚀钢的迫切需求，将广泛应用于中国及全球沿海、岛屿和海上建筑、桥梁等工程建设，大幅延长工程的安全寿命、不涂刷或少涂刷防锈油漆，大幅拓展人类的生存空间，使得人类的财富以长寿性建筑的形式积累并传承。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明所要解决的技术问题是如何为高温、高盐、高湿的海洋环境提供一种高耐蚀并且抗震的高强韧不锈结构钢，克服海洋开发建设中工程寿命很短的难题。
本发明提供一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.07-0.16wt％，Si 0.4-1.5wt％，Mn≤1.0wt％，Cr 17.0-26.0wt％，Ni 1.5-2.5wt％，Mo≤1.5wt％，Al 0.01-0.05wt％，P≤0.05wt％，S≤0.020wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为200-450纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为17-20wt％时，耐中性盐雾腐蚀能力优于或等于2205双相不锈钢和316不锈钢，适合普通的沿海环境；海水环境使用时铬含量>20wt％，并且随着海水温度升高增加铬含量；高铬含量时耐中性盐雾腐蚀能力与奥氏体316L不锈钢及铁素体447不锈钢相近。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，针对较高的耐点蚀要求，通过控制0.7-1.5wt％的硅和0.6-1.5wt％的钼以及细晶化的控轧控冷及热处理实现。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18％，断面收缩率≥40％，冲击吸收功≥40J；满足建筑结构钢需要的力学性能，具有抗震钢功能。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入200-300mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：50-60wt％，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt％；SiO2：25-30wt％；CaF2：10wt％；其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al 0.8-1.2kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时可以在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材；
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺要求加热炉采用三段加热，所述三段加热分别为加热一段、加热二段和加热三段；其中：加热一段的温度≤900℃，加热二段的温度为1200～1240℃，加热三段的温度为1220～1240℃，加热速度为16min/cm，加热最高温度严禁超出1250℃；三段加热时间分别占总加热时间的百分数为：加热一段占50％，加热二段占25％，加热三段占25％。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于Si含量低于0.7wt％、Mo含量低于0.6wt％的钢材，需要在940℃终轧结束后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5-5小时的等温处理。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于Si含量大于或等于0.7wt％、Mo含量0.6-1.5wt％的钢材，需要在940℃终轧结束后，升温至1020℃-1050℃保温1-1.5小时后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5-5小时的等温处理。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于中厚板和其它大尺寸钢材，以及力学性能要求较高的钢材，轧制完成后，立即进行定尺切分并喷淋冷却至室温；然后加热至1040℃-1140℃，保温1-1.5小时；然后淬水降温至室温；再升温至680-740℃，保温3-5小时；然后，再次淬水处理至200℃以下。
其中，所述制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020wt％，P≤0.05wt％；按照ASTM-E45夹杂物检验标准，中厚板、棒材等各类夹杂物的级别均应低于1.5级以下。
具体海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢及其制备方法结合以下实施例进行说明：
实施例一：
一种满足沿海气候使用的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.12wt％，Si 0.6wt％，Mn0.7wt％，Cr 18.0wt％，Ni 1.5wt％，Al 0.02wt％，P 0.05wt％，S 0.010wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为450纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为18wt％，耐中性盐雾腐蚀能力优于或等于2205双相不锈钢和316不锈钢，适合普通的沿海环境。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18％，断面收缩率≥40％，冲击吸收功≥40J；满足建筑结构钢需要的力学性能，具有抗震钢功能。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入200mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：60wt％，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt％；SiO2：25wt％；CaF2：10wt％；其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al 1.2kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时可以在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材；
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺要求加热炉采用三段加热，所述三段加热分别为加热一段、加热二段和加热三段；其中：加热一段的温度≤900℃，加热二段的温度为1200～1240℃，加热三段的温度为1220～1240℃，加热速度为16min/cm，加热最高温度严禁超出1250℃；三段加热时间分别占总加热时间的百分数为：加热一段占50％，加热二段占25％，加热三段占25％。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，在940℃终轧结束后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行5小时的等温处理。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020wt％，P≤0.05wt％；按照ASTM-E45夹杂物检验标准，中厚板、棒材等各类夹杂物的级别均低于1.5级以下。
实施例二：
一种满足一般海水中使用的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.10wt％，Si 0.6wt％，Mn0.7wt％，Cr 21.0wt％，Ni 2.0wt％，Mo 1.2wt％，Al 0.02wt％，P 0.03wt％，S 0.010wt％，全O≤30ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为350纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为21wt％，耐中性盐雾腐蚀能力与奥氏体316L不锈钢及铁素体447不锈钢相近适合海水环境使用。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18％，断面收缩率≥40％，冲击吸收功≥40J；满足建筑结构钢需要的力学性能，具有抗震钢功能。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入300mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：50wt％，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt％；SiO2：30wt％；CaF2：10wt％；其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al 0.8kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时可以在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材；
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺要求加热炉采用三段加热，所述三段加热分别为加热一段、加热二段和加热三段；其中：加热一段的温度≤900℃，加热二段的温度为1200～1240℃，加热三段的温度为1220～1240℃，加热速度为16min/cm，加热最高温度严禁超出1250℃；三段加热时间分别占总加热时间的百分数为：加热一段占50％，加热二段占25％，加热三段占25％。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理，在940℃终轧结束后，升温至1020℃-1050℃保温1.5小时后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5小时的等温处理。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020wt％，P≤0.05wt％；按照ASTM-E45夹杂物检验标准，中厚板、棒材等各类夹杂物的级别均低于1.5级以下。
实施例三：
一种满足海水中抗点蚀使用的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.08wt％，Si 1.0wt％，Mn0.6wt％，Cr 24.0wt％，Ni 2.5wt％，Mo 1.5wt％，Al 0.02wt％，P 0.03wt％，S 0.008wt％，全O≤30ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为200纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为24％，耐中性盐雾腐蚀能力与奥氏体316L不锈钢及铁素体447不锈钢相近适合海水环境使用。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，针对较高的耐点蚀要求，通过控制1.0wt％的硅和1.5wt％的钼以及细晶化的控轧控冷及热处理实现。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18％，断面收缩率≥40％，冲击吸收功≥40J；满足建筑结构钢需要的力学性能，具有抗震钢功能。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入250mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：60wt％，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt％；SiO2：30wt％；CaF2：10wt％；其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al 1.0kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时可以在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材；
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺要求加热炉采用三段加热，所述三段加热分别为加热一段、加热二段和加热三段；其中：加热一段的温度≤900℃，加热二段的温度为1200～1240℃，加热三段的温度为1220～1240℃，加热速度为16min/cm，加热最高温度严禁超出1250℃；三段加热时间分别占总加热时间的百分数为：加热一段占50％，加热二段占25％，加热三段占25％。
其中，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理，对于中厚板和其它大尺寸钢材，以及力学性能要求较高的钢材，轧制完成后，立即进行定尺切分并喷淋冷却至室温；然后加热至1040℃-1140℃，保温1.5小时；然后淬水降温至室温；再升温至680-740℃，保温3小时；然后，再次淬水处理至200℃以下。
其中，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020％，P≤0.05％；按照ASTM-E45夹杂物检验标准，中厚板、棒材等各类夹杂物的级别均低于1.5级以下。
综上可见，本发明提出了一种适合于沿海和海上建筑结构使用的耐沿海气候和一般海水腐蚀、兼有抵抗地震功能的高强韧不锈结构钢。本发明提出的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，满足高温、高盐、高湿的海洋环境对高耐蚀钢的迫切需求，将广泛应用于中国及全球沿海、岛屿和海上建筑、桥梁等工程建设，大幅延长工程的安全寿命、不涂刷或少涂刷防锈油漆，大幅拓展人类的生存空间，使得人类的财富以长寿性建筑的形式积累并传承。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，其特征在于，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.07-0.16wt%， Mn≤1.0wt%，Cr 18.0-26.0wt%，Ni 1.5-2.5wt%，Al 0.01-0.05wt%，P≤0.05wt%，S≤0.020wt%，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，针对较高的耐点蚀要求，通过控制0.7-1.5wt%的硅和0.6-1.5wt%的钼以及细晶化的控轧控冷及热处理实现；
所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的屈服强度Rp0.2≥500MPa，断裂强度Rm≥650MPa，延伸率≥18%，断面收缩率≥40%，冲击吸收功≥40J。
2.根据权利要求1所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，其特征在于，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸为200-450纳米的铬碳化物，也称回火索氏体；晶粒平均尺寸小于10微米。
3.根据权利要求1所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢，其特征在于，所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的铬含量为18-20wt%时，耐中性盐雾腐蚀能力优于或等于2205双相不锈钢和316不锈钢，适合普通的沿海环境；海水环境使用时铬含量>20wt%，并且随着海水温度升高增加铬含量；高铬含量时耐中性盐雾腐蚀能力与奥氏体316L不锈钢及铁素体447不锈钢相近。
4.一种权利要求1所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、原料为低磷红土镍矿表层矿，也要求矿中的重金属元素尽可能低，保证高炉或电炉铁水中As、Sn、Pb、Sb、Bi总量不大于150ppm，单项量不大于50ppm；通过高炉冶炼或矿热电炉冶炼成铁水，送AOD吹炼；或者由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得的铁水送AOD吹炼；AOD吹炼过程中完成所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整；
S2、将S1中AOD吹炼的钢水转入LF炉，并使得进入LF炉的钢水的碳含量、磷含量进入最终成分下限以下，防止后期增碳，留出后期操作增C和增P余量；
S3、向LF炉加入200-300mm厚度的还原精炼渣，对进入LF炉的钢水进行还原精炼，以便脱氧和脱硫及进行成分精确调整；还原精炼渣应将碱度CaO/SiO2控制在2-3的范围内，还原精炼渣的成分按质量百分比计为CaO：50-60wt%，其中高品质CaCO3中CaO含量总量比＞50wt%，SiO2：25-30wt%，CaF2：10wt%，其余高铝耐火砖块状料；还原精炼渣的块度小于20mm，不能有粉状料，且需要以密封防潮袋袋装；
S4、LF炉吹氩气搅拌，LF炉吹氩气搅拌的程度达到渣面吹破即可；然后按每吨钢加入Al0.8-1.2kg的方式加入铝，后续过程中钢水不再加入铝脱氧；在促进白渣形成时在LF炉渣表面加入铝粒，但不得用铝粉替代，防止铝粉的剧烈燃烧；
S5、LF炉吹氩气搅拌10分钟后开始保持白渣，炉渣过稀时，加入高钙比例石灰石调渣，以保持炉渣的发泡性，使得LF炉精炼与调整成分能够顺利进行；保持LF炉精炼与调整成分所消耗的时间不大于40分钟；
S6、精炼结束后，通过碱金属包芯线对钢水中的夹杂物进行变性处理，使得钢水的成分满足所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的基本成分；
S7、S6中精炼结束得到的钢水送连铸机铸成板坯或方坯或矩形坯；
S8、板坯或方坯或矩形坯经过冷却后送检验修磨，之后在轧机中进行控轧控冷的轧制工艺和热处理制得所需的海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢材。
5.根据权利要求4所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法，其特征在于，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，对于Si含量大于或等于0.7wt%、Mo含量0.6-1.5wt%的钢材，需要在940℃终轧结束后，升温至1020℃-1050℃保温1-1.5小时后，立即喷淋冷却至680-720℃，进行2.5-5小时的等温处理。
6.根据权利要求4所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法，其特征在于，S8的控轧控冷的轧制工艺和热处理中，轧制完成后，立即进行定尺切分并喷淋冷却至室温；然后加热至1040℃-1140℃，保温1-1.5小时；然后淬水降温至室温；再升温至680-740℃，保温3-5小时；然后，再次淬水处理至200℃以下。
7.根据权利要求4所述海洋用回火索氏体高强韧不锈结构钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法中的精炼使钢中的夹杂物和氧硫含量达到高纯净水平，总氧含量小于40ppm，S≤0.020wt%，P≤0.05wt%；按照ASTM-E45夹杂物检验标准, 中厚板、棒材各类夹杂物的级别均应低于1.5级以下。
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