CN110863147A - 一种用于矿井环境服役的q690耐蚀钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢及其制备方法，所述Q690耐蚀钢的成分按重量比为：C:0.04～0.10％，Mn:0.5～1.0％，Si:0.2～0.35％，Cr:1.3～1.7％，S:≤0.005％，P:≤0.008％，Al:≤0.035％，Nb:0.02～0.03％，Zr:0.015～0.025％，余量为Fe，制备方法为：1)使用真空冶炼炉冶炼后进行锻造；2)将钢坯在1180℃‑1230℃加热保温，采用高温慢速大压下技术，800‑880℃终轧后，在线淬火；3)钢板加热至910℃‑930℃进行奥氏体化，然后水冷；4)在590℃‑610℃回火处理，随后空冷。本发明耐蚀钢的屈服强度高于690MPa，抗拉强度为780‑940MPa，在典型服役矿井环境服役下的腐蚀速率为0.12‑0.14mm/a。

Description

一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种矿井环境服役下新型Q690耐蚀钢及其制备方法。

背景技术

高强结构钢是一种资源节约型同时也是一种技术含量高、附加值高的产品，低合金高强钢适应性强，主要用于焊接构件，因此不仅要求钢材具有较高的强度及塑韧性，还要有良好的焊接性和工艺加工性。Q690作为一种低合金高强结构钢，因其具备强度高、韧性好、加工性能和焊接性能好等特点，属于高强钢中应用最广泛的钢种，主要用于工程机械、煤矿机械、造船和钢结构等领域。

公开号为CN109402508A的中国专利公开了一种低碳微合金化Q690级高强耐候钢及其生产方法，具体公开了一种利用V-N-Cr微合金化技术，在钢坯轧制过程中VN、V(C,N)纳米尺寸析出物可以促进晶内铁素体形核，提升板材心部强韧性能，通过晶粒的细化作用与析出强化的原理生产Q690级高强耐候钢具备耐大气腐蚀性能，强韧性综合性能好，具有良好的低温冲击性能，但并不能适应特殊的矿井服役环境，在矿井环境服役下会面临腐蚀问题，长时间的腐蚀会使得设备腐蚀失效，造成严重的经济安全后果。

公开号为CN104233077A的中国专利公开了一种高强度耐蚀钢的制备方法，具体公开了具有高强度的耐腐蚀钢板的生产方法，其成分设计中添加的Cr含量达到了13％-18％，该发明的成分设计不经济，成本很高，且该专利对最终能达到的性能可以达到哪种级别未给出详细说明，且无法根据现有技术及该专利公开的内容合理推测。

根据矿井环境服役下使用高强钢的发展需求，对于高性能的Q690高强度结构钢板的性能要求也越来越高，不仅要求较高的强度和韧性性能，还要求有良好的焊接性能和耐腐蚀性能，另外要易于生产且成本较低。查询文献，目前对于矿井环境服役下的Q690耐蚀钢及其制造方法尚未有研究。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出一种中Cr含Zr设计，兼具良好力学性能、焊接性能以及耐腐蚀性能的矿井环境服役下的Q690耐蚀钢及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢，所述耐蚀钢包括以下质量百分比的化学成分：C:0.04～0.10％，Mn:0.5～1.0％，Si:0.2～0.35％，Cr:1.3～1.7％，S:≤0.005％，P:≤0.008％，Al:≤0.035％，Nb:0.02～0.03％，Zr:0.015～0.025％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明中，所述耐蚀钢的屈服强度≥690MPa，抗拉强度为780-940MPa，在典型服役矿井环境下服役时的腐蚀速率为0.12-0.14mm/a。

一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:

1)按以下主要元素质量百分比选择合金：

C:0.04～0.10％，Mn:0.5～1.0％，Si:0.2～0.35％，Cr:1.3～1.7％，S:≤0.005％，P:≤0.008％，Al:≤0.035％，Nb:0.02～0.03％，Zr:0.015～0.025％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

2)冶炼和锻造:根据设计成分使用真空冶炼感应炉冶炼，冶炼后锻造成80×100×100mm的方坯，减少金属内部缺陷，提升性能；

3)轧制:首先对钢坯加热，加热温度为1180℃-1230℃，保温120-150min后采用高温慢速大压下技术对其进行粗轧和精轧，采用两阶段(I阶段为粗轧，II阶段为精轧)轧制，应变速率0.2-2.0s^-1，终轧温度控制在800-880℃，轧后在线淬火；

4)调质热处理:轧制结束后立刻将钢加热至910℃-930℃并保温60-70min使其完全奥氏体化，然后水冷至室温，然后将得到的钢再加热至590℃-610℃，保温80-90min，然后空冷至室温。

作为优选，所述步骤3)中高温慢速大压下技术为：在1180℃-1230℃下开始轧制，总压下率为80％-90％，应变速率为0.2-2.0s^-1，终轧温度控制在800-880℃。

作为优选，所述步骤2)中，冶炼终点温度控制在1640～1680℃；终锻温度控制在800-850℃。

作为优选，所述步骤3)后采用在线淬火，立刻进行步骤4)，粗轧压下率为60％-70％，精轧压下率为50％-60％。

本发明所得耐蚀钢为屈服强度高于690MPa，抗拉强度为780-940MPa的钢板，在典型服役矿井环境服役下的腐蚀速率为0.12-0.14mm/a，比传统Q690D钢耐蚀性能提升了1.5倍以上。

本发明制造一种具有优异的力学性能以及耐矿井环境服役下腐蚀的钢材，可有效减少因腐蚀造成的钢材损失和设备失效，大大提高矿井用设备的服役寿命及可靠性。其基于现有生产工艺的制备方法使其具有良好的成本优势，且可以大量生产。

本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1是本发明实施例1钢板的金相组织示意图；

图2是本发明实施例1中16mm钢板腐蚀后宏观(图2a)及微观形貌图(图2b)；

图3是本发明实施例1中常规Q690D钢板腐蚀后宏观(图3a)及微观形貌图(图3b)；

图4是本发明实施例2钢板的金相组织示意图；

图5是本发明实施例2中16mm钢板腐蚀后宏观(图5a)及微观形貌图(图5b)；

图6是本发明实施例2中常规Q690D钢板腐蚀后宏观(图6a)及微观形貌图(图6b)。

具体实施方式

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种矿井环境服役下新型Q690耐蚀钢，采用350mm双辊可逆式轧机，轧制力为1200KN，生产以16mm厚度规格的新型Q690耐蚀钢材为例，具体元素组成参照表1，余量为Fe及不可避免的杂质。

表1 16mm厚度规格新型Q690耐蚀钢化学成分实际重量百分比

根据设计成分使用真空冶炼感应炉冶炼，冶炼后锻造成80×100×100mm的方坯，减少金属内部缺陷，提升性能，冶炼终点温度控制在1640～1680℃；终锻温度控制在800-850℃。由于实验钢强度高，16mm薄规格钢板采用高温慢速大压下技术模式进行控轧，控轧控冷工艺如表2，整体压缩比＞6倍，故选用100mm厚度坯料，且加热温度控制在1200℃，保温120min。

表2控轧及控冷工艺

在轧制过程中为了避免出现心部偏析，影响强度和韧性，故采用二阶段轧制方法，且一阶段轧制变形率≥60％，二阶段总变形率≥50％。为提高塑韧性，需增加抗拉强度，故Ⅱ阶段终轧温度控制在800-880℃。所得耐蚀钢性能参数如表3。

表3耐蚀钢性能参数

常规Q690钢对耐腐蚀性能无明确要求，在本实施例中以Q690D钢种作为对比，腐蚀环境为模拟矿井服役环境，其腐蚀速率为0.212mm/a，本实施例中的16mm新型Q690耐蚀钢相比于Q690D钢种，其耐蚀性能提升了1.52倍。所述耐蚀钢的成型的产品包括煤矿用液压支架、矿井用工程机械。

通过对本发明方法得到的新型Q690耐蚀钢金相组织实验分析，如图1所示，可知其组织为马氏体。

通过对本发明方法得到的新型Q690耐蚀钢腐蚀形貌的宏观及微观形貌分析，如图2所示为其腐蚀后的宏观及微观形貌，相较于常规Q690D钢，本钢种腐蚀后的产物多且致密，会在基体表面形成腐蚀产物膜，阻碍腐蚀的进一步发展，腐蚀产物量也更少，使其其耐蚀能力更强。

通过对目前常规Q690D钢腐蚀形貌的宏观及微观形貌分析，如图3所示为其腐蚀后的宏观及微观形貌。

实施例2

本实施例提供一种矿井环境服役下新型Q690耐蚀钢，同样以16mm厚度规格的新型Q690耐蚀钢材为例，不同的是各种元素质量百分比，具体元素组成参照表4，余量为Fe及不可避免的杂质。

表4 16mm厚度规格新型Q690耐蚀钢化学成分实际重量百分比

根据设计成分使用真空冶炼感应炉冶炼，冶炼后锻造成80×100×100mm的方坯，减少金属内部缺陷，提升性能，冶炼终点温度控制在1640～1680℃；终锻温度控制在800-850℃。由于实验钢强度高，16mm薄规格钢板采用高温慢速大压下模式进行控轧，控轧控冷工艺如表5，整体压缩比＞6倍，故选用100mm厚度坯料，且加热温度控制在1200℃左右，保温120min。

表5控轧及控冷工艺

在轧制过程中为避免出现心部偏析，影响强度和韧性，故采用二阶段轧制方法，且一阶段轧制变形率≥60％，二阶段变形率≥50％。为提高塑韧性，需增加抗拉强度，故Ⅱ阶段终轧温度控制在800-880℃。所得耐蚀钢性能参数如表6。

表6耐蚀钢性能参数

常规Q690钢对耐腐蚀性能无明确要求，在本实施例中以Q690D钢种作为对比，腐蚀环境为模拟矿井服役环境，其腐蚀速率为0.2082mm/a，本实施例中的新型Q690耐蚀钢相比于Q690D钢种的耐蚀性能提升了1.62倍。所述耐蚀钢的成型的产品包括煤矿用液压支架、矿井用工程机械。

通过对本发明方法得到的新型Q690耐蚀钢金相组织实验分析，如图4所示，可知其组织为马氏体。

通过对本发明方法得到的新型Q690耐蚀钢腐蚀形貌的宏观及微观形貌分析，如图5所示为其腐蚀后的宏观及微观形貌，相较于传统的Q690D钢，本钢种腐蚀后的产物多且致密，会在基体表面形成腐蚀产物膜，阻碍腐蚀的进一步发展，腐蚀产物量也更少，使其其耐蚀能力更强。

通过对目前常规Q690D钢腐蚀形貌的宏观及微观形貌分析，如图6所示为其腐蚀后的宏观及微观形貌。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢，其特征在于，所述耐蚀钢包括以下质量百分比的化学成分：C:0.04～0.10％，Mn:0.5～1.0％，Si:0.2～0.35％，Cr:1.3～1.7％，S:≤0.005％，P:≤0.008％，Al:≤0.035％，Nb:0.02～0.03％，Zr:0.015～0.025％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢，其特征在于，所述耐蚀钢的屈服强度≥690MPa，抗拉强度为780-940MPa，腐蚀速率为0.12-0.14mm/a。

3.一种用于矿井环境服役的Q690耐蚀钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)按以下主要元素质量百分比选择合金：

C:0.04～0.10％，Mn:0.5～1.0％，Si:0.2～0.35％，Cr:1.3～1.7％，S:≤0.005％，P:≤0.008％，Al:≤0.035％，Nb:0.02～0.03％，Zr:0.015～0.025％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

2)冶炼和锻造：

使用真空冶炼炉将步骤1)中的合金进行冶炼，冶炼后锻造成方坯；

3)轧制：

将冶炼好的钢坯在1180℃-1230℃加热保温120-150min，采用高温慢速大压下技术对其进行粗轧和精轧，轧后在线淬火；

4)调质热处理：

先将步骤3)后得到的钢加热至910℃-930℃并保温60-70min进行奥氏体化，然后水冷至室温，得到的钢再加热至590℃-610℃，保温80-90min，然后空冷至室温。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的方坯为80×100×100mm的方坯。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，冶炼终点温度控制在1640～1680℃；终锻温度控制在800-850℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，高温慢速大压下技术为：在1180℃-1230℃下开始轧制，总压下率为80％-90％，应变速率为0.2-2.0s^-1，终轧温度控制在800-880℃。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)后采用在线淬火，立刻进行步骤4)，粗轧压下率为60％-70％，精轧压下率为50％-60％。

8.根据权利要3所述的制备方法，其特征在于，所得耐蚀钢的屈服强度≥690MPa，抗拉强度为780-940MPa，腐蚀速率为0.12-0.14mm/a。

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