CN114182166B - 一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法，针对型号为FH40的390MPa级低合金钢，通过利用各合金元素在铁基组织中的协同作用进行较低C含量和分别突破其上限的Ni、Cr、Mo含量的合金元素配置，能够得到在既保证焊接性能和低温韧性的同时又提高耐蚀性的390MPa级低合金钢材料，所述材料的延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，‑40℃冲击功≥60J，适用于船舶、海洋工程装备、舰船等海洋环境的用钢。

Description

一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及低合金钢铁材料技术，特别是一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法，针对型号为FH40的390MPa级低合金钢，通过利用各合金元素在铁基组织中的协同作用进行较低C含量和分别突破其上限的Ni、Cr、Mo含量的合金元素配置，能够得到在既保证焊接性能和低温韧性的同时又提高耐蚀性的390MPa级低合金钢材料，所述材料的延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J，适用于船舶、海洋工程装备、舰船等海洋环境的用钢。
背景技术
随着经济发展，技术进步，开发海洋资源，建设海洋强国是时代发展的必要性。探索和开发海洋严格依赖船舶和海洋工程装备。海洋环境苛刻，船舶与海洋工程装备在服役过程中需承受较大的风浪冲击和交变负荷。因此，为了满足船舶与海洋工程装备的服役性能要求。对船舶与海洋工程用钢提出了十分严格的要求：首先，良好的韧性是最关键的要求；其次，要有较高的强度，良好的耐腐蚀性能、焊接性能，加工成型性能及表面质量；再次，为保证质量和有足够的韧性，要求严格的化学成分控制，需要降低焊接碳当量，并由船检部门认可的钢厂生产。目前，390MPa级的低合金钢主要有FH40，具有如下成分及质量百分比(％)：C≤0.16、Si≤0.50、Mn＝0.9～1.6、Ni≤0.80、Cr≤0.20、Cu≤0.35、Mo≤0.08、Nb＝0.025～0.05、V＝0.05～0.10、Ti≤0.02，余量为Fe和不可避免的杂质元素。该发明中耐蚀元素Ni、Cr、Cu、Mo等只设定了上限，没有设定下限，成分范围太宽，不利于实际生产。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法，针对型号为FH40的390MPa级低合金钢，通过利用各合金元素在铁基组织中的协同作用进行较低C含量和分别突破其上限的Ni、Cr、Mo含量的合金元素配置，能够得到在既保证焊接性能和低温韧性的同时又提高耐蚀性的390MPa级低合金钢材料，所述材料的延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J，适用于船舶、海洋工程装备、舰船等海洋环境的用钢。
本发明的技术解决方案如下：
一种390MPa级低合金耐蚀钢，其特征在于，具有以下元素组分及其wt％含量，C＝0.03～0.08，Si＝0.25～0.35，S≤0.020，P≤0.02，Mn＝0.35～0.65，Mo＝0.20～0.40，Cr＝0.7～1.2，Ni＝0.8～1.2，V＝0.06～0.12，Ti＝0.006～0.012，N≤0.0020，其余部分为铁和不可避免的杂质；所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J。
C＝0.04～0.06，Si＝0.28～0.32，S≤0.010，P≤0.015，Mn＝0.45～0.55，Mo＝0.28～0.32，Cr＝0.8～1.0，Ni＝0.9～1.1，V＝0.06～0.10，Ti＝0.008～0.012。
一种上述390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，按照元素组分含量准备原料；
步骤b，对所述原料进行冶炼加工，所述冶炼加工包括依次进行的如下工艺：铁水预处理工艺，初炼炉初炼工艺，炉外精炼工艺，连铸工艺，热轧工艺，以及热轧后热处理工艺。
所述热轧后热处理工艺包括淬火处理+回火处理，所述淬火处理包括淬火温度为900～950℃的淬火和淬火温度为740～800℃的淬火，所述回火处理的回火温度为650～750℃。
所述炉外精炼工艺包括采用钢包精炼LF炉，以及VD真空除气工艺。
所述连铸工艺包括铸坯缓冷。
所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度为510～660MPa。
本发明技术效果如下：本发明一种390MPa级低合金耐蚀钢及其制备方法，能够在保证力学性能的同时提高耐蚀性，在成分设计上明确了Ni、Cr、Mo元素的成分范围，降低了C含量，并优化了Ti含量，严格控制P、S、N含量，使材料在屈服强度≥390MPa的同时，Akv(-40℃)冲击功≥60J、A5延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，更高耐蚀性。本发明低合金耐蚀钢好，强韧性高，耐蚀性好，焊接性能优异，成本可控，易于生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行说明。
为了保证力学性能的同时提高耐蚀性，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种390MPa低合金耐蚀钢及其制备方法。本发明是在FH40钢种的基础上适当降低了C含量，提高焊接性能；降低Mn含量，减少MnS夹杂，提高耐蚀性；明确并增加了Ni、Cr、Mo的含量，保证低温韧性的同时提高耐蚀性。力学性能、低温韧性满足FH40要求，耐蚀性优于FH40。
一种390MPa级低合金耐蚀钢，具有以下元素组分及其wt％含量，C＝0.03～0.08，Si＝0.25～0.35，S≤0.020，P≤0.02，Mn＝0.35～0.65，Mo＝0.20～0.40，Cr＝0.7～1.2，Ni＝0.8～1.2，V＝0.06～0.12，Ti＝0.006～0.012，N≤0.0020，其余部分为铁和不可避免的杂质；所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J。还可以进一步优化成分含量如下：C＝0.04～0.06，Si＝0.28～0.32，S≤0.010，P≤0.015，Mn＝0.45～0.55，Mo＝0.28～0.32，Cr＝0.8～1.0，Ni＝0.9～1.1，V＝0.06～0.10，Ti＝0.008～0.012。
一种上述390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：步骤a，按照元素组分含量准备原料；步骤b，对所述原料进行冶炼加工，所述冶炼加工包括依次进行的如下工艺：铁水预处理工艺，初炼炉初炼工艺，炉外精炼工艺，连铸工艺，热轧工艺，以及热轧后热处理工艺。所述热轧后热处理工艺包括淬火处理+回火处理，所述淬火处理包括淬火温度为900～950℃的淬火和淬火温度为740～800℃的淬火，所述回火处理的回火温度为650～750℃。所述炉外精炼工艺包括采用钢包精炼LF炉，以及VD真空除气工艺。所述连铸工艺包括铸坯缓冷。所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度为510～660MPa。
本发明的特点如下：(1)降低C含量，提高焊接性能，减少粗大碳化物形成。(2)提高Ni元素增加钢的耐蚀性和低温韧性。(3)提高Cr元素增加耐蚀性。(4)提高Mo含量，净化晶界，提高耐蚀性。
一种本发明390MPa低合金耐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：
a.按照如下质量百分比称量原料：C:0.04～0.06％，Si：0.28～0.32％，S≤0.010％，P≤0.015％，Mn：0.45～0.55％，Mo:0.28～0.32％，Cr:0.8～1.0％，Ni:0.9～1.1％，V:0.06～0.10％，Ti:0.008～0.012％，N≤0.0020％，其余部分为铁和不可避免的杂质；
b.将在所述步骤a中取用的原料经电炉熔炼、初炼炉、炉外精炼、锻造(连铸)、热轧一系列工艺，得到所需厚度的低合金板材；在锻造(连铸)之后分别设置退火工序，并至少在热轧之后继续进行淬火处理和回火处理，最终得到390MPa级低合金耐蚀钢板。淬火可采用不同温度多次淬火处理，淬火温度分别为900～950℃和740～800℃；回火处理时，回火温度为650～750℃；
c.通过合理的化学成分设计和冶炼、精炼工艺保证钢质的洁净度，经轧制热处理后，钢板屈服强度≥390MPa，抗拉强度在510～660MPa，延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J。
本发明一种390MPa低合金耐蚀钢采用转炉或电炉冶炼、连铸(或钢锭)浇注，厚板轧机轧制生产。其工艺流程主要为：优质铁水、铁水预处理、转炉或电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空脱气、铸坯缓冷、热轧板。
在本实施例中，390MPa低合金耐蚀钢组分质量百分比如下：a.C:0.04～0.06％，Si：0.28～0.32％，S≤0.010％，P≤0.015％，Mn：0.45～0.55％，Mo:0.28～0.32％，Cr:0.8～1.0％，Ni:0.9～1.1％，V:0.06～0.10％，Ti:0.008～0.012％，N≤0.0020％，其余部分为铁和不可避免的杂质；b.将在所述步骤a中取用的原料经转炉或电炉熔炼、LF工艺的炉外精炼、VD真空除气、铸坯缓冷、热轧一系列工艺，得到所需厚度的低合金耐蚀钢板材；热轧之后在900～950℃和740～800℃进行多次淬火处理和650～750℃回火处理，最终得到390MPa级低合金船用板。本实施例冶炼过程中依次使用初炼炉和LF精炼炉对原料进行冶炼，能够起到降磷降硫的作用，优化合金成分，降低杂质含量，同时在浇注过程中采用缓冷的方式，优化了冷却工艺。本发明一种390MPa低合金耐蚀钢及其制备方法，在成分设计上明确了Ni、Cr、Mo元素的成分范围，降低了C含量，并优化了Ti含量，严格控制P、S、N含量，使材料在屈服强度≥390MPa的同时，Akv(-40℃)冲击功≥60J、A5延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，更高耐蚀性。本发明低合金耐蚀钢好，强韧性高，耐蚀性好，焊接性能优异，成本可控，易于生产。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (7)

1.一种390MPa级低合金耐蚀钢，其特征在于，具有以下元素组分及其wt％含量，C＝0.03～0.08，Si＝0.25～0.35，S≤0.020，P≤0.02，Mn＝0.35～0.65，Mo＝0.20～0.40，Cr＝0.7～1.2，Ni＝0.8～1.2，V＝0.06～0.12，Ti＝0.006～0.012，N≤0.0020，其余部分为铁和不可避免的杂质；所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：延伸率≥25％，断面收缩率≥70％，-40℃冲击功≥60J；所述390MPa级低合金耐蚀钢为海洋工程装备或舰船用钢。
2.根据权利要求1所述的390MPa级低合金耐蚀钢，其特征在于，C＝0.04～0.06，Si＝0.28～0.32，S≤0.010，P≤0.015，Mn＝0.45～0.55，Mo＝0.28～0.32，Cr＝0.8～1.0，Ni＝0.9～1.1，V＝0.06～0.10，Ti＝0.008～0.012。
3.一种如权利要求1-2之一所述的390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，按照元素组分含量准备原料；
步骤b，对所述原料进行冶炼加工，所述冶炼加工包括依次进行的如下工艺：铁水预处理工艺，初炼炉初炼工艺，炉外精炼工艺，连铸工艺，热轧工艺，以及热轧后热处理工艺。
4.根据权利要求3所述的390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述热轧后热处理工艺包括淬火处理+回火处理，所述淬火处理包括淬火温度为900～950℃的淬火和淬火温度为740～800℃的淬火，所述回火处理的回火温度为650～750℃。
5.根据权利要求3所述的390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述炉外精炼工艺包括采用钢包精炼LF炉，以及VD真空除气工艺。
6.根据权利要求3所述的390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述连铸工艺包括铸坯缓冷。
7.根据权利要求3所述的390MPa级低合金耐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述390MPa级低合金耐蚀钢具有以下性能：屈服强度≥390MPa，抗拉强度为510～660MPa。
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