CN112176257A - 一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法 - Google Patents

一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法，所述钢板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.06～0.10％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.30～1.70％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Cr：0.70～1.00％；Ni：0.10～0.20％；Cu：0.25～0.30％；Nb：0.045～0.060％；Ti：0.025～0.045％；Sb：0.08～0.10％；Als：0.020～0.040％；余量为Fe及不可避免的夹杂，且所述钢板的耐候指数I＞6.0；采用铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取的工艺流程生产得到；其屈服强度达到600MPa级别，成本较低，并且具有良好的耐酸性介质和耐大气腐蚀性能，同时具有优良的强韧性匹配和冷弯成形性能。

Description

一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板 及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁材料及其制造领域，具体涉及一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法。
背景技术
在冶金、电力、石化等工业领域，重油或煤中通常含有2％～3％的硫，经燃烧后产生SO2、SO3，再与燃烧气体中所含的水分或空气中所含的水分结合生成腐蚀性较强的硫酸。酸性腐蚀一般出现在锅炉预热器、燃煤器设备，以及输送管线、烟道、烟囱等，对工业生产设备、工具造成极大的危害。
由于普碳钢耐酸性介质腐蚀性能很差，使用寿命较短，导致钢材在使用过程中的腐蚀问题层出不穷，因而耐酸钢凭借其优良的耐酸性介质腐蚀性能、相对低廉的使用价格广泛应用于上述领域，并且不同领域对耐酸钢的个性化需求也不断增加。目前国内企业现有的耐酸性介质腐蚀钢板多为低强度级别。
目前，国内关于耐酸腐蚀钢及其制造方法的专利申请已有多项，其中专利公开号为CN102409266A的发明专利公开了一种低温韧性优异的耐酸腐蚀钢及其制造方法，其化学成分为：C：0.02％～0.15％、Si：0.15％～0.55％、Mn：0.40％～1.60％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Ni：0.08％～0.30％、Cu：0.20％～0.60％、Cr：0.30％～1.50％、Mo：0.10％～0.60％、Als：0.015％～0.045％，并含有Sb、Bi中的一种或二种，总量为0.02％～0.60％，还含有Nb、Ti、V中的一种或二种以上，总量≤0.22％，余量为Fe和不可避免的杂质。屈服强度370～425MPa，抗拉强度490～585MPa，延伸率25.5～32.5％。所述专利采用宽厚板轧机单张轧制，耐酸钢的强度较低，且添加了贵重金属元素Mo，制造成本较高。
发明内容
本发明提供了一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法，其屈服强度达到600MPa级别，成本较低，并且具有良好的耐酸性介质和耐大气腐蚀性能。
本发明采取的技术方案为：
一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.06～0.10％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.30～1.70％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Cr：0.70～1.00％；Ni：0.10～0.20％；Cu：0.25～0.30％；Nb：0.045～0.060％；Ti：0.025～0.045％；Sb：0.08～0.10％；Als：0.020～0.040％；余量为Fe及不可避免的夹杂，且所述钢板的耐候指数I＞6.0。
进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07～0.09％；Si：0.20％～0.35％；Mn：1.40～1.63％；P：≤0.012％；S：≤0.003％；Cr：0.80～0.97％；Ni：0.17～0.19％；Cu：0.27～0.30％；Nb：0.047～0.057％；Ti：0.028～0.035％；Sb：0.09～0.10％；Als：0.030～0.038％；余量为Fe及不可避免的夹杂。
所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级为12～13级。
所述钢板的ReL≥600MPa，Rm≥700MPa，A≥22.0％，-40℃横向夏比V型冲击功KV2＞60J。
本发明还提供了所述屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
进一步地，铁水预处理深脱硫至[S]≤0.005％，精炼采用LF炉处理，降低非金属夹杂物含量，提高钢水洁净度。钢水浇铸全流程采用专用保护渣保护浇铸，所述连铸板坯的厚度为230mm。
所述板坯加热步骤中，均热温度控制在1180℃～1220℃，优选为1200～1210℃，促进奥氏体均匀化和合金元素充分固溶，温度过高会增加能耗，并且板坯的氧化损失大。
粗轧在奥氏体再结晶区进行轧制，粗轧温度控制在1050℃以上。精轧阶段采用7机架在奥氏体未再结晶区连轧，所述精轧终轧温度为840～880℃，优选为865～876℃。保证精轧压下率＞20％，提高奥氏体未再结晶区变形量，从而最终细化晶粒，达到强化的效果。卷取温度控制在580～640℃，保证得到目标组织。
本发明为提高钢板的耐酸性介质腐蚀性能、耐大气腐蚀性能和强度采取了以下方法：
1)化学成分中添加Sb元素。在酸性环境下，含Sb钢表面会形成一层致密的高于基体几倍的富含Sb元素的Sb2O3的内膜和Sb2O5的外膜，存在于内锈层中，提高锈层致密性，改善锈层对基体的保护效果，促进表面钝化，抑制阳极溶解，同时在表面形成Cu2Sb薄膜也可抑制阴极反应。Sb元素增加了锈层中的α-FeOOH含量，提高了锈层中具有保护作用的铁氧化物相的含量，减少内锈层中的裂纹，提高内锈层致密性，因而具有良好的耐酸性介质腐蚀性能。
2)采用Nb+Ti复合微合金化，580～640℃卷取使得钢板的显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度12～13级，充分发挥细晶强化作用，使其屈服强度达到600MPa级以上。
3)成分设计时将P含量控制在0.015％以下，从而降低P元素在晶界偏析对钢材低温韧性的不利影响。通过合理的Cu、Cr、Ni和Sb元素匹配在保证其良好的耐酸性介质腐蚀性能，同时兼具良好的耐大气腐蚀性能，因为Cu、Cr、Ni等元素富集于靠近基体的锈层中，形成致密、接近于非晶态的稳定锈层，从而提高钢的耐大气腐蚀性能。。
本发明的技术方案生产得到的屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板具有如下优点：
1)本发明钢板的力学性能：ReL≥600MPa，Rm≥700MPa，A≥22.0％，-40℃横向夏比V型冲击功KV2＞60J(冲击试样尺寸：5×10×55mm)，具有优良的强韧性匹配。
2)本发明钢板的具有优良的冷弯成形性能，经过180°冷弯(d＝2a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，便于下游用户的成形加工。
3)本发明钢板依据JB/T 7901，温度20℃，腐蚀溶液采用20％H2SO4，全浸24h的条件下，相对于Q235B的腐蚀率＜5％；温度70℃，腐蚀溶液采用50％H2SO4，全浸24h的条件下，相对于Q235B的腐蚀率＜30％，具有良好的耐酸性介质腐蚀性能。
4)本发明钢板依据TB/T 2375-93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》，试验周期72h，相对于Q345B的腐蚀率＜45％，具有良好的耐大气腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例2的金相组织图，其组织为铁素体+珠光体，其中珠光体占比19.79％，铁素体占比80.21％。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
按照本发明提供的化学成分要求，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→连铸工艺冶炼。以其中3炉钢作为本发明的3个实施例。经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.06～0.10％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.30～1.70％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Cr：0.70～1.00％；Ni：0.10～0.20％；Cu：0.25～0.30％；Nb：0.045～0.060％；Ti：0.025～0.045％；Sb：0.08～0.10％；Als：0.020～0.040％；余量为Fe及不可避免的夹杂。
本发明各实施例的化学成分如表1所示，耐候指数I＞6.0，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。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分
Figure BDA0002709041660000051
轧制工序采用板坯加热→高压水除鳞→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取，主要轧制工艺参数及试验钢的力学和冲击性能如表2、表3所示。拉伸性能测试根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行，冲击性能测试根据GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行，弯曲性能测试根据GB/T 232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行。
表2实施例及对比例轧制工序主要工艺参数及力学性能
Figure BDA0002709041660000052
Figure BDA0002709041660000061
表3夏比V型横向冲击吸收功
-20℃，KV<sub>2</sub>/J -40℃，KV<sub>2</sub>/J -60℃，KV<sub>2</sub>/J 冲击试样尺寸/mm
实施例1 78 63 58 5×10×55
实施例2 81 74 57 5×10×55
实施例3 78 67 48 5×10×55
对比例1 71 62 55 5×10×55
对比例2 75 66 59 5×10×55
对比例3 48 45 34 5×10×55
对比例4 76 60 55 5×10×55
按照JB/T 7901《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》，通过计算各腐蚀试样单位时间单位面积腐蚀失重量平均值求得平均腐蚀速率，(1)温度20℃，腐蚀溶液采用20％H2SO4，全浸24h的条件下，相对于Q235B的腐蚀率＜5％；(2)温度70℃，腐蚀溶液采用50％H2SO4，全浸24h的条件下，相对于Q235B的腐蚀率＜30％。试验结果如表4所示。
表4实施例耐酸性介质腐蚀速率
Figure BDA0002709041660000062
Figure BDA0002709041660000071
按照TB/T 2375《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》对本发明各实施例钢种进行了实验室加速腐蚀试验模拟大气环境腐蚀，试验周期72h，与Q345B进行对比，相对于Q345B的腐蚀率＜45％。各实施例钢种及对比样的耐大气腐蚀性能如表5所示。
表5实施例耐大气腐蚀速率
平均腐蚀失重速率(g/m<sup>2</sup>·h) 相对腐蚀率(％)
Q345B 4.65 100
实施例1 1.86 39
实施例2 1.94 40
实施例3 1.99 42
综上所述，按本发明钢种化学成分设计范围及轧制工艺控制技术所得实施例钢的力学性能：ReL≥600MPa，Rm≥700MPa，A≥22.0％，-40℃横向夏比V型冲击功KV2＞60J(冲击试样尺寸：5×10×55mm)，该钢具有高强度高韧性，同时兼具有良好的耐酸性介质和耐大气腐蚀性能，可应用于冶金、电力、石化等酸性服役环境下的工业领域。
上述参照实施例对一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.06～0.10％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.30～1.70％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Cr：0.70～1.00％；Ni：0.10～0.20％；Cu：0.25～0.30％；Nb：0.045～0.060％；Ti：0.025～0.045％；Sb：0.08～0.10％；Als：0.020～0.040％；余量为Fe及不可避免的夹杂，且所述钢板的耐候指数I＞6.0。
2.根据权利要求1所述的屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.07～0.09％；Si：0.20％～0.35％；Mn：1.40～1.63％；P：≤0.012％；S：≤0.003％；Cr：0.80～0.97％；Ni：0.17～0.19％；Cu：0.27～0.30％；Nb：0.047～0.057％；Ti：0.028～0.035％；Sb：0.09～0.10％；Als：0.030～0.038％；余量为Fe及不可避免的夹杂。
3.根据权利要求1所述的屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板，其特征在于，所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级为12～13级。
4.根据权利要求1所述的屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板，其特征在于，所述钢板的ReL≥600MPa，Rm≥700MPa，A≥22.0％，-40℃横向夏比V型冲击功KV2＞60J。
5.如权利要求1-4任意一项所述的屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理深脱硫→转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述板坯加热步骤中，均热温度控制在1180℃～1220℃。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，粗轧温度控制在1050℃以上。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，精轧阶段采用7机架在奥氏体未再结晶区连轧，所述精轧终轧温度为840～880℃。
9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，精轧压下率＞20％。
10.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，卷取温度控制在580～640℃。
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