CN111172458A - 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法 - Google Patents

一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111172458A
CN111172458A CN202010044231.8A CN202010044231A CN111172458A CN 111172458 A CN111172458 A CN 111172458A CN 202010044231 A CN202010044231 A CN 202010044231A CN 111172458 A CN111172458 A CN 111172458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
temperature
resistant
percent
humidity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010044231.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111172458B (zh
Inventor
李晓刚
孙美慧
杜翠薇
刘智勇
程学群
黄运华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202010044231.8A priority Critical patent/CN111172458B/zh
Publication of CN111172458A publication Critical patent/CN111172458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111172458B publication Critical patent/CN111172458B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/008—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明公开了一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法，属于耐候钢技术领域。该钢的化学成分及重量百分比为，C:0.03～0.07,Si:0.35～0.55,Mn:1.15～1.35,P:≤0.01,S:≤0.025,Cu:0.25～0.45,Cr:2.5～3.5,Ni:0.9～1.1,Mo:0.05～0.15,Sn:0～0.6,其余为Fe。通过真空感应炉冶炼出符合成分设计范围的钢锭，经过后续控轧控冷工艺，最终得到组织为贝氏体的耐候钢。本发明耐候钢具有优异的综合性能，在提高Cr，降低高成本Ni含量的基础上，添加Mo、Sn等微合金元素，不仅能满足南海这种高温高湿高盐雾的苛刻服役环境对高耐候性的要求，还能满足钢材稳定的力学性能要求。

Description

一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法
技术领域
本发明属于耐候钢技术领域，具体地涉及一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法。
背景技术
长期以来，由于我国低合金结构钢在设计和制造方面一直向着多品种、高强韧、复杂载荷、易焊接等主要方向发展，并未将耐蚀性作为结构钢的设计标准之一。即使是耐候钢，也都完全以大陆性气候环境为基础服役条件，因而常规的低合金结构钢或耐候钢在南海热带、亚热带环境下，短时间内就因为严重的腐蚀而失效，完全无法满足服役要求。尤其是南海岛礁工程设施设备常年暴露于高温、高湿、高盐雾、高辐射的海洋环境中，目前已成熟的耐候钢种在该环境下表现出寿命缩短、过早报废、频繁修补与维护，显著降低了设施设备的完好率，直接影响岛礁工程的可靠性和使用寿命。
耐候钢的研发起源于欧美，1933年美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐大气腐蚀的含Cu低合金钢——Cor-Ten系列钢。在Cor-Ten系列基础上，各钢铁大国根据资源和使用要求都开发了品种繁多的耐候钢系列。我国自20世纪60 年代开始自主研发耐候钢，最早是针对桥梁用钢而研制的16MnCu耐候钢，后又试制了09CuPTi薄板耐候钢。进入80年代，关于耐候钢的国家科技攻关正式展开，各个钢厂继往开来，学***，急需建立新型合金体系的耐候钢，使其在高温高湿高盐雾环境下具有较高的耐蚀性。
目前在严苛海洋大气环境中，只有3Ni钢的耐候性得到广泛认同，但由于 Ni属于稀有金属，矿产资源并不丰富，且在钢中回收率极低，导致3Ni钢成本较高，应用受限，因而自主开发出适用于南海高温高湿高盐雾海洋大气环境用的经济型耐候钢势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法，通过降低Ni含量，提高Cr含量，并辅助添加Mo、Sn等微合金元素以改善耐蚀性，最终提供一种适用于在高温高湿高盐雾海洋大气环境中使用的耐候钢。
一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢，耐候钢的化学成分(wt％)如下:C:0.03-0.07,Si:0.35-0.55,Mn:1.15-1.35,P:≤0.01,S:≤0.025,Cu:0.25-0.45,Cr:2.5-3.5, Ni:0.9-1.1,Mo:0.05-0.15,Sn:0-0.6,其余为Fe。轧制后的组织为贝氏体。
下面对以上各成分元素作用机理进行简述
C：本设计成分采用的是超低碳，一方面有助于贝氏体的形成，得到板条贝氏体组织，增强钢的韧性，另一方面，这种超低碳可避免较大尺寸的碳化物形成，避免与钢基体形成微电偶，提高耐蚀性，因而将其含量控制在0.03％～0.07％.
Si：一方面可以提高钢的电阻率，增强钢在自然条件下的耐蚀性，另一方面，会在内锈层富集，有效细化锈层中的α-FeOOH，从而有效抑制腐蚀的进一步发展。但是Si含量过高对焊接性有害，因而将其含量控制在0.35％～0.55％.
Mn：是钢中主要的固溶强化元素，可弥补钢中降低C后导致的强度不足，且增加Mn含量可以提高钢在海洋大气的耐蚀性。但是钢中Mn含量过高，易形成Mn偏析及条状MnS夹杂，不仅会影响到钢材的韧性，还容易导致抗H2S腐蚀开裂。因而将其含量控制在1.15％～1.35％.
Cu：是被人们较早运用并且是防蚀效果最佳的合金元素之一。在各类大气腐蚀环境当中，添加些许Cu元素就可使其具备普通碳钢几倍的耐腐蚀性能。Cu 在耐候钢内锈层中的富集可以降低Cl-对钢的腐蚀的加速作用，同时加大了钢铁腐蚀电化学过程中整个***的极化电阻，达到了增强锈层对钢基体的保护，提升耐候钢耐海洋大气腐蚀性能的作用。但是Cu含量过高时，会在钢中富集，导致晶界脆化，因而将其含量控制在0.25％～0.45％.
Cr：是典型的铁素体形成元素，可使得贝氏体转化温度提高，钢组织更加均匀。Cr也是耐候钢中最常用的耐蚀元素之一，它可以促进不稳定的γ-FeOOH转化为稳定的α-FeOOH，细化锈层晶粒，提高锈层的致密性和稳定性，且Cr会替代FeOOH中部分Fe的位置形成CrxFe1-xOOH，使得锈层具备阳离子选择能力，能够有效阻止氯离子和硫酸根离子的渗透，而让锈层起到保护作用。由于南海大气环境苛刻，钢中的耐蚀元素含量不可过低，从经济性和耐蚀性两方面考虑， Cr是一个较为合适的选择，因而将其含量控制在2.5％～3.5％.
Ni：Ni是一种热力学稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正向移动，增强了钢的稳定性。Ni均匀分布在锈层中，随着Ni含量的提高，促进了尖晶石向较细、致密结构的转变，细化内锈层晶粒，增加内锈层的致密性钢的耐蚀性能也随之提高，且一定Ni的加入，可以防止轧制中Cu引起的缺陷，改善钢的低温韧性，因而将其含量控制在0.9％～1.1％.
Mo：在锈层中可形成Mo4 2-，一方面Mo4 2-具有缓蚀作用，另一方面Mo4 2-的存在可以使内锈层具备阳离子选择性，从而在电学上抑制Cl-的侵入，且Mo4 2-与Fe2+也会形成不溶于水的化合物，形成稳定的保护层，提高钢的耐蚀性。但 Mo含量过高会增加钢的淬透性，对焊接不利，因而将其含量控制在0.2％～0.4％.
Sn：可提高钢自身的腐蚀电位，自腐蚀电流密度降低，通过加大双电层电阻，抑制离子交换而达到减缓腐蚀速率，提高其耐蚀性的效果。形成锈层后，锈层中 SnO和SnO2的存在，可抑制钢的进一步溶解，腐蚀速率下降。Sn和Cu之间还有协同作用，在钢表面形成连续的同时含有氧化锡、氧化铜的膜层，提高钢的耐腐蚀性能。但Sn含量过高会损害钢的韧性，因而将其含量控制在0.1％～0.6％
本发明的制备工艺如下：按照上述化学成分进行冶炼得到钢坯，通过控轧控冷得到板状钢料。具体轧制工艺如下：将钢坯加热至奥氏体化温度1180～1220℃，保温1.5-2.5h使之完全奥氏体化；随后炉冷至开轧温度980～1020℃，经过10～12 道次轧制后成12mm的钢板，保证终轧温度在860～900℃之间；轧制后进入水层流区域冷却，冷却速率为20～25℃/s，保证出水温度在440～460℃之间，然后在空气中冷却至室温。
本发明的有益效果：
(1)本发明适当提高了钢的强度和改善韧性。利用超低碳条件，并适当添加 Cu、Cr、Mo等固溶强化元素，再通过控轧控冷工艺得到均匀细小的贝氏体组织，使得钢强度提高，韧性也得到改善。
(2)本发明提高了钢在高温高湿高盐雾海洋大气环境中的耐腐蚀性能。通过提高Cr含量，并复合添加少量的Mo、Sn等微量元素，提高钢对抗高温高湿高盐雾海洋大气环境的能力。
附图说明
图1为实施案例1中钢的微观组织图，
图2为实施案例2中钢的微观组织图，
图3为实施案例3中钢的微观组织图，
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施案例进一步说明本发明的技术方案，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。
实施案例1～3
1.耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢的化学成分及质量百分比为，C:0.03～0.07,Si:0.35～0.55,Mn:1.15～1.35,P:≤0.01,S:≤0.025,Cu:0.25～0.45,Cr:2.5～3.5,Ni:0.9～1.1,Mo:0.05～0.15,Sn:0.1～0.6,其余为Fe。
2.通过25kg真空感应炉，按照上述化学成分进行冶炼得到钢坯。
3.通过控轧控冷得到板状钢料。具体轧制工艺如下：将钢坯加热至奥氏体化温度1180～1220℃，保温2h使之完全奥氏体化；随后炉冷至开轧温度980～1020℃，经过10～12道次轧制后成12mm的钢板，保证终轧温度在860～900℃之间；轧制后进入水层流区域冷却，冷却速率为20～25℃/s，保证出水温度在440～460℃之间，然后在空气中冷却至室温。
4.对三种实施案例进行不同周期的浸泡实验，浸泡溶液为西沙大气模拟溶液：0.1％wtNaCl，0.05％wtNa2SO4，0.05％wt CaCl2，实验温度为室温，试验周期节点设置为7d、15d、30d、60d、90d。
表1为实施案例1～3的化学成分(wt％)
表2为实施案例1～3的力学性能
表3为对比例1～2两种典型Q420NH钢的化学成分及重量百分比(wt％)，一种不含Sn，另一种含Sn。
表4为实施案例1～3，对比例1～2在西沙大气模拟液中分别浸泡7d、15d、 30d后的平均腐蚀速率(g/m2·h)，从表中可以看出由于Cr、Mo、Sn的加入，钢的腐蚀速率在不断降低，且含Sn钢的平均腐蚀速率明显低于不含Sn。腐蚀 30d时实施案例1-3的腐蚀速率分别下降30％、2％、19％。
表1
Figure RE-GDA0002445077970000051
表2
Figure RE-GDA0002445077970000052
表3
Figure RE-GDA0002445077970000053
表4
Figure RE-GDA0002445077970000054

Claims (3)

1.一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢，其特征在于，所述钢的化学成分和重量百分比为，C:0.03～0.07,Si:0.35～0.55,Mn:1.15～1.35,P:≤0.01,S:
≤0.025,Cu:0.25～0.45,Cr:2.5～3.5,Ni:0.9～1.1,Mo:0.05～0.15,Sn:0～0.6,其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的适用于高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的组织结构为贝氏体。
3.一种权利要求1所述的适用于高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢的制备方法，其特征在于，按照化学成分进行冶炼得到钢坯，再通过控轧控冷工艺得到钢板，具体工艺参数为：
将钢坯加热至奥氏体化温度1180～1220℃，保温1.5-2.5h使之完全奥氏体化；随后炉冷至开轧温度980～1020℃，经过10～12道次轧制后成12mm的钢板，保证终轧温度在860～900℃之间；轧制后进入水层流区域冷却，冷却速率为20～25℃/s，保证出水温度在440～460℃之间，然后在空气中冷却至室温。
CN202010044231.8A 2020-01-15 2020-01-15 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法 Active CN111172458B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010044231.8A CN111172458B (zh) 2020-01-15 2020-01-15 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010044231.8A CN111172458B (zh) 2020-01-15 2020-01-15 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111172458A true CN111172458A (zh) 2020-05-19
CN111172458B CN111172458B (zh) 2021-03-23

Family

ID=70647764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010044231.8A Active CN111172458B (zh) 2020-01-15 2020-01-15 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111172458B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114959483A (zh) * 2022-06-02 2022-08-30 武汉钢铁有限公司 一种耐湿热高盐分海洋大气环境的耐候钢及其生产方法
CN115233089A (zh) * 2022-05-16 2022-10-25 季华实验室 一种柔轮用特殊钢及其制备工艺
CN115627422A (zh) * 2022-10-31 2023-01-20 钢铁研究总院有限公司 一种低碳Cr-Ni系高强韧耐海洋大气腐蚀钢及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5919179B2 (ja) * 1979-05-25 1984-05-02 住友金属工業株式会社 湿潤炭酸ガス腐食抵抗にすぐれたラインパイプ用鋼
CN101235469A (zh) * 2008-02-28 2008-08-06 武汉钢铁(集团)公司 一种高强度易成型耐大气腐蚀钢
CN106756476A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 钢铁研究总院 高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法
CN109402508A (zh) * 2018-11-12 2019-03-01 东北大学 一种低碳微合金化q690级高强耐候钢及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5919179B2 (ja) * 1979-05-25 1984-05-02 住友金属工業株式会社 湿潤炭酸ガス腐食抵抗にすぐれたラインパイプ用鋼
CN101235469A (zh) * 2008-02-28 2008-08-06 武汉钢铁(集团)公司 一种高强度易成型耐大气腐蚀钢
CN106756476A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 钢铁研究总院 高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法
CN109402508A (zh) * 2018-11-12 2019-03-01 东北大学 一种低碳微合金化q690级高强耐候钢及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115233089A (zh) * 2022-05-16 2022-10-25 季华实验室 一种柔轮用特殊钢及其制备工艺
CN114959483A (zh) * 2022-06-02 2022-08-30 武汉钢铁有限公司 一种耐湿热高盐分海洋大气环境的耐候钢及其生产方法
CN115627422A (zh) * 2022-10-31 2023-01-20 钢铁研究总院有限公司 一种低碳Cr-Ni系高强韧耐海洋大气腐蚀钢及其制备方法
CN115627422B (zh) * 2022-10-31 2024-03-05 钢铁研究总院有限公司 一种低碳Cr-Ni系高强韧耐海洋大气腐蚀钢及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111172458B (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111172458B (zh) 一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法
CN109082594B (zh) 一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法
CN109082595B (zh) 一种耐碱性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法
CN106756476B (zh) 高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法
CN107502835B (zh) 一种铁塔用高强高韧耐候角钢及其制备方法
CN103451525A (zh) 屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋及生产方法
JP6079841B2 (ja) 耐食性に優れた鋼材
CN106756602A (zh) 一种耐高湿热海洋大气高强度耐候钢
CN102732799B (zh) 一种耐酸腐蚀的船体内底板用钢及其生产方法
JP5845951B2 (ja) 耐食性に優れた鋼材
CN112695247A (zh) 一种海洋工程用耐应力腐蚀低合金高强钢及其制备方法
CN104131232A (zh) 一种抗海水腐蚀钢管及其制造方法
CN114921711A (zh) 一种q620级高耐蚀高强度近海结构钢的生产方法
CN111621698A (zh) 热带海洋大气环境港口设施用耐蚀低合金钢筋及制备方法
CN109023070B (zh) 一种耐盐渍土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法
CN104313486A (zh) 耐大气腐蚀用钢及其生产工艺
CN114892090A (zh) 一种q550级高耐蚀高强度近海结构钢的生产方法
CN111394649A (zh) 热带海洋大气环境混凝土结构用耐蚀钢筋用钢及生产方法
CN113789468A (zh) 一种泥沙输送管道用耐磨耐蚀钢板及其制备方法
CN109023071B (zh) 一种耐中性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法
CN114908298B (zh) 一种耐海洋大气腐蚀高强钢及其生产方法
CN114959452B (zh) 一种耐近海岸强盐雾海洋大气环境腐蚀的耐候钢及其制备方法
CN115341132A (zh) 耐腐蚀460MPa级钢板及其生产方法
KR20000022910A (ko) 도막 내구성이 우수한 도장용 강재 및 그 제조방법
CN114959483B (zh) 一种耐湿热高盐分海洋大气环境的耐候钢及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant