CN117265432A - 一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.17～0.22％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.0～1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.02～0.04％，Cu 0.15～0.60％，Ni 0.1～0.3％，B 0.001～0.003％，N≤0.005％；含有Nb 0.01～0.03％和Ti 0.01～0.03％中一种或两种，余Fe和不可避免杂质，且满足：6.65N＜Nb+Ti≤0.04和Cu/Ni≤2。其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，‑40℃冲击功值≥60J，耐磨蚀性能达到普通钢板的2倍；同时在U型弯曲0.1mol/L盐酸溶液浸泡试验条件下发生开裂的时间在600h以上，表现了优异的抗延迟开裂性能，适用于围海造陆、航道疏浚等领域疏浚管道制作。

Description

一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金钢制造领域，具体涉及一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢及其制造方法。

背景技术

在围海造陆、航道疏浚、岸堤维护等作业中大量泥沙、沙砾等固体颗粒以浆体的形式通过疏浚管道进行长距离输送，管体同时承受浆体介质的电化学腐蚀和固体颗粒的磨损及二者的交互作用，特别是海水浆体中含有风化岩、珊瑚礁、中粗砂时对管体内壁造成的磨蚀更为严重。现有疏浚管线多为普通的Q235B、Q345B材质，在苛刻工况条件下的使用寿命较短，甚至不满1年即报废。由于失效过程中腐蚀和磨损的交互作用，磨蚀导致的材料失效远高于单纯的腐蚀和磨损之和，所以疏浚管用钢不仅要求具有耐磨损性能，还要求具有耐腐蚀特性，从而具有良好的耐磨蚀性能。为降低疏浚成本，要求采用更高强度的耐磨蚀钢板制作疏浚管，以提高管线寿命。研究显示，高强度钢板在有腐蚀的疏浚作业工况中存在延迟开裂问题，所以高强度疏浚管用耐磨蚀钢必须解决延迟开裂问题。

在提高钢铁材料的耐磨损性能方面，目前已经有很多项相关专利技术公开。如中国专利CN103397272A公开的“具有低裂纹敏感指数和高强度的耐磨钢板及其制备方法”和中国专利CN103103448A公开的“一种低合金高强韧性耐磨钢板”。这两个专利涉及钢种在硬度上达到450HBW级别，主要用于工程机械、矿山设备等领域，具有较好的耐磨损性能。在成分设计上均为C-Mn基础上添加了较高的Mo合金元素，合金成本较高。同时钢中含有较高的耐蚀元素Si，对韧性不利。同时上述专利钢种未采取措施控制腐蚀，在腐蚀+磨损的工况条件下无法满足使用要求。

国外针对耐磨领域也申请、公开了大量专利，主要用于工程机械制造，但不涉及具有磨蚀特性的浆体输送领域。如：

美国专利US5284529A公开的“abrasion-resistant steel”，该专利涉及钢种含有高达0.05-1.5％的Ti，同时含有0.1-3.0％的Mo，合金成本较高，且硬度最高为420HBW。

日本专利号JP2007231321A、JP2008169443A公开的“wear resistant steelsheet”和“wear-resistant steel sheet superior in workability and manufacturingmethod therefor”，其介绍了通过Ti和W的碳化物析出颗粒提高耐磨性能的方法，但前者硬度基本在396-431HBW之间，后者则不足300HBW，达不到450HBW硬度级别。其基体中大量的碳化物颗粒在磨蚀环境下充当阴极角色，促进电化学腐蚀的发生，增加了材料的磨蚀失重，所以钢板虽然具有良好的耐磨损性能，但耐磨蚀性能不佳，同时没有考虑过抗延迟开裂问题。

还有如中国专利CN101886225A公开的“一种耐蚀耐磨钢及其制备方法”，该专利涉及钢种硬度52HRC以上，基体中加入了高达0.4-0.9％C、14-16％Mn，且Mo、Cr含量均在5-10％，此外还含有一定量的Pr、Nd和Gd等稀有元素，属于高合金钢种，成本很高。

中国专利CN102776445A、CN108930001A公开的“一种浆体输送用下贝氏体耐磨钢管及其制造方法”和“一种浆体疏浚用高硬度耐磨蚀钢板及其生产方法”，前者所涉钢种均为贝氏体或贝氏体+针状铁素体组织，基体硬度不高，抗拉强度仅600-800MPa，主要应用于颗粒细小(几十μm)的矿浆或原油输送，不适用于大颗粒、高密度的海水浆体输送领域；后者为一种450HBW的超高强度耐磨蚀钢板，在成分设计及性能要求上未考虑抗延迟开裂问题。在疏浚作业过程中钢板受到磕碰、硬物擦划时容易诱发裂纹萌生，特别是在腐蚀环境下易发生延迟开裂，导致疏浚过程中管体渗漏甚至开裂，影响疏浚作业的顺利进行。

在疏浚作业中，作为重要组成部分的疏浚管线在使用过程中管体内外一方面面临腐蚀问题，同时管体外壁不可避免的承受磕碰和硬物擦划。当管体钢板的强度较低时，如Q235B、3Q345B，可以通过钢板本身的低屈服强度发生形变吸收冲击功进而保证管体的安全；但对高强度钢板特别是屈服超过1000MPa的超高强度钢板，在受到此类损伤时由于所承受的损伤应力难以超过钢板屈服强度而无法发生形变，从而导致受创位置裂纹的萌生、扩展。在腐蚀环境下，裂纹的萌生、扩展促进氢的渗透扩散，特别是电化学腐蚀也促进氢的析出和聚集。氢原子渗入到钢内部晶格中致使空位浓度升高，进而形成空位团的微孔洞，进一步促进微裂纹的萌发，导致钢板发生脆性开裂，即延迟开裂。这将显著影响疏浚作业的正常进行，并缩短疏浚管线的使用寿命，增加疏浚成本。钢板的强度越高，越容易受到氢渗透的影响。所以在疏浚工况下，即使管体表面没有损伤也存在氢导致的延迟开裂问题。用于疏浚管线的高强度钢板，在性能上必须考虑抗延迟开裂。

从现有专利可发现，当前耐磨钢或者未考虑耐腐蚀性能，或是未考虑高应力下的延迟开裂问题，不适合用于疏浚管的制作加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢及其制造方法，其屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，-40℃冲击功值≥60J，耐磨蚀性能达到目前普通钢板的2倍；同时在U型弯曲0.1mol/L盐酸溶液浸泡试验条件下发生开裂的时间在600h以上，体现了优异的抗延迟开裂性能，适用于围海造陆、航道疏浚等领域的疏浚管道制作，在腐蚀环境下表面受到碰撞、擦划伤时无开裂渗漏风险，从而大幅度提高了疏浚效率、降低作业成本。

为达到上述目标，本发明的技术方案是：

一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢，其成分重量百分比为：C：0.17～0.22％，Si：0.1～0.3％，Mn：1.0～1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.04％，Cu：0.15～0.60％，Ni：0.1～0.3％，B：0.001～0.003％，N≤0.005％；含有Nb：0.01～0.03％和Ti：0.01～0.03％中的一种或两种，余量包含Fe和其它不可避免的杂质，且，满足：6.65N＜Nb+Ti≤0.04和Cu/Ni≤2。

进一步，还包含Cr≤2.0％、W 0.01～0.5％、Mo 0.01～0.5％、Sb0.01～0.2％、RE0.01～0.2％、V 0.01～0.2％和Ca 0.001～0.01％中的一种或一种以上。

在本发明所述耐磨蚀钢板的成分设计中：

C是钢中最廉价的强化元素，能够显著提高钢板的强度，但较多的C对钢板焊接、韧性及塑性不利。在满足性能要求的条件下限定其范围为0.17～0.22％；

Si为脱氧元素，也是固溶强化元素，同时也是耐大气腐蚀钢中常用的耐蚀元素。Si在钢中以置换的方式替代Fe原子，阻碍位错运动从而实现固溶强化。同时Si能够降低C在铁素体中的扩散系数，提高碳的活度，抑制碳化物形成，并抑制粗大碳化物在缺陷出的析出而提高韧性。但过高的Si促进C的石墨化，反而对韧性不利；同时对表面质量及焊接性能不利。所以限定其含量0.1～0.3％。

Mn也是钢中常见的强化元素，通过固溶强化提高屈服强度，使延伸率降低，同时显著降低钢的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素，但是Mn含量过多使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化并增加成本。所以控制在1.0～1.4％之间。

P是传统耐大气腐蚀钢中主要的耐蚀元素，促进表面保护性锈层的形成，有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但在磨蚀过程中表面锈层的形成将加速材料的磨蚀失重，降低耐磨蚀性能，同时P的存在易产生偏析，降低钢的韧性及塑性，并使得钢板变脆、影响韧性，所以应尽量降低钢中P的含量，本发明中要求其含量控制在0.015％以下。

S能够提高钢的屈服强度，但S的存在将恶化钢的耐大气腐蚀性能并使得钢板变脆，降低钢的低温韧性，要求控制其含量在0.005以下。

Al通常在炼钢过程中作为脱氧剂在钢中添加，微量的Al同时有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能。同时Al作为铁素体形成元素，较多的Al一方面降低钢板强度，并使钢中铁素体脆性增加而导致钢韧性的降低，所以限定其含量0.02～0.04％。

B具有良好的淬透性，从而提高钢板硬度，但B含量过高对焊接不利，所以分别控制其范围为0.001～0.03％；

Cu有固溶和沉淀强化作用，含量较高时在适当温度下回火有二次硬化效应，从而提高强度。同时Cu也是提高耐腐蚀性能的元素之一，电化学电位高于Fe，添加适量的Cu一方面有利于钢板本身自腐蚀电位的提高，降低腐蚀速率；同时促进钢表面锈层致密化及稳定锈层的形成，进而改善耐腐蚀性能。而随着耐腐蚀性能的改善，减少腐蚀过程中氢的析出，改善抗延迟开裂性能；钢中添加铜后，可以抑制氢的扩散，降低对氢致开裂的敏感性，特别是与Cr配合共同改善抗延迟开裂性能。为保证Cu的作用，其含量不低于0.15％。过高的Cu引起钢坯在加热和热轧过程中产生裂纹，恶化表面性能，上限限定为0.60％。

Ni在钢中以固溶形式存在，不形成碳化物，为扩大奥氏体形成元素。Ni的加入具有晶粒细化作用，同时通过细化晶粒和降低层错能提高低温冲击韧性；在高强钢中镍还可以均匀化钢的组织结构，抑制氢的扩散行为，降低不可逆氢陷阱的含量，进而提高抗延迟开裂性能。Ni还作为重要的耐蚀元素在锈层中富集，使锈层晶粒得到细化，并促进内锈层中纳米相位的、超顺磁性的α-FeOOH的形成，并且形成的α-FeOOH的颗粒尺寸小于15nm，因此增加了内锈层的致密性，使得氯离子难以透过锈层与钢基体接触，从而减低腐蚀速率。特别是Ni能够促进锈层的稳定并改善Cu引起的热加工脆性问题。考虑到Cu对提高电位的效果及Cu、Ni对氢扩散的抑制作用，本发明将Cu、Ni作为提高抗延迟开裂的重要元素。为实现最佳的匹配效果并考虑铜脆的抑制，对Cu和Ni的含量匹配作出限制，要求Cu/Ni≤2.0。但Ni为贵重元素，限定Ni含量0.1～0.3％。

Nb是强的氮碳化物形成元素，能够与钢中的碳、氮结合形成NbC、Nb(CN)和NbN等中间相，所形成的微细碳化物颗粒能细化组织，并产生析出强化作用，显著提高钢板的强度；而且Nb能够抑制奥氏体界面的扩展，提高钢的再结晶温度，可以在更高温度下实现非再结晶区轧制，所以钢中加入适量的Nb有利于强度的提高。Nb形成的碳氮化物可以在奥氏体化过程中钉轧奥氏体晶界，抑制奥氏体晶粒的异常长大，有利于淬火后钢板韧性的提高。但较多的Nb对焊接不利，同时其易和氢形成脆性的金属氢化物，其塑韧性与基体差异较大，与基体的结合力同样较差，导致延迟开裂。建议含量0.01～0.03％。

添加0.01～0.03％Ti一方面是抑制板坯再热过程中的奥氏体晶粒长大，同时在再结晶控轧过程中抑制铁素体晶粒长大，提高钢的韧性。并且Ti能够优先与钢中的N结合，减少钢中AlN的数量。但过高的Ti对低温冲击韧性不利，且其与Nb一样易与氢形成脆性氢化物，对抗延迟开裂性能不利。

N在钢中可以与Nb、V和Ti形成氮化物，细小的析出物具有钉轧晶界的作用从而细化奥氏体晶粒，析出的氮化物同时具有沉淀强化作用，但较高的N在钢中与Al结合易形成AlN，从而使钢中的氮化物数量显著增多。AlN作为一种非金属夹杂物独立存在于钢中时，破坏了钢基体的连续性，尤其是Al含量较高时形成的AlN数量较多、呈聚集分布时，其危害程度更甚，并同时形成塑性较差的氧化物；而且较高的N易于在缺陷处富集，恶化低温冲击韧性。同时N与C类似，易于在位错处偏聚形成柯氏气团，导致应变集中。所以本发明中将N作为杂质元素控制，限定N含量在0.0050％以下。而Ti、Nb的添加使得N形成氮化物，减轻N的不利作用。为最大限度消除N的不利作用，特要求三者的含量满足关系式：6.65N＜Nb+Ti≤0.04。

除了上述元素外，为进一步改善性能，本发明所述耐磨蚀钢板的成分中还可以选择添加Cr、W、Mo、Sb、RE、V和Ca中的一种或多种，其中，Cr≤2.0％、W 0.01～0.5％、Mo 0.01～0.5％、Sb 0.01～0.2％、RE 0.01～0.2％、V 0.01～0.2％和Ca 0.001～0.01％。

Cr是重要的耐蚀元素，并具有固溶强化效果，同时Cr的加入能有效提高钢的自腐蚀电位，抑制腐蚀的发生，从而有效降低磨蚀过程中腐蚀对材料失效的促进作用，提高耐磨蚀性能；特别是随着耐腐蚀性能的改善，可以降低腐蚀过程中氢的析出，进而提高抗延迟开裂性能。但Cr为贵重合金元素，同时较高的Cr含量促进钢表面保护性锈层的形成，在磨蚀环境下这些锈层迅速从表面脱离，促进了材料的磨蚀失效。所以选择添加并限定其含量上限为2.0％。

Mo具有相变强化和位错强化作用，可以提高钢的回火稳定性，减缓回火软化现象，并抑制高温回火脆性，改善钢板的低温冲击韧性；W在钢中形成碳化物产生二次强化和固溶强化效应并在过时效中抑制杂质原子和非金属夹杂在晶界的偏聚而提高断裂韧性；RE(稀土)的添加有利于耐腐蚀性能的改善，其在钢中形成RE化合物、RE/Fe金属间化合物和固溶稀土等在腐蚀薄液膜中水解，并在pH值较高的阴极沉淀，从而起到缓蚀作用。Sb能够与钢中的Cu组合在表面形成Cu2Sb薄膜，进而提高耐腐蚀性能。V也是强的碳氮化合物形成元素，可在相变过程中析出，在钢中具有固溶强化及碳氮化物析出强化作用，并增加回火稳定性，从而提高强度。Ca加入钢中能够改变硫化物形状，抑制S的热脆性，改善韧性。

采用上述成分设计的钢种不仅具有高的强度、硬度，同时具有较高的自腐蚀电位，抑制了腐蚀的发生，耐腐蚀性能得以提高。热处理后获得高强度的马氏体组织，屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，-40℃冲击功值≥60J。耐磨损性能优异，加上耐腐蚀的提高，钢种具有良好的耐磨蚀性能，同时通过成分设计及性能优化获得良好的抗延迟开裂特性，用其制作的高强度疏浚管特别适用于大颗粒、高密度的浆体输送领域，在使用过程中不易发生开裂渗漏。

本发明所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼、铸造成坯；

2)铸坯加热

加热温度1230℃以上，要求铸坯在加热炉内总加热时间不少于2h，其中均热段的保温时间不小于40min；

3)轧制

粗轧阶段采用大压下量轧制，控制道次压下率在15％以上或道次压下量25mm以上，同时粗轧阶段变形比大于80％，并控制精轧最后一道次压下率不低于16％；精轧终轧温度≥880℃；

4)冷却

冷却采用层流冷却，冷却至550～680℃后卷取；

5)热处理

对钢板进行淬火、回火处理，其中：

淬火加热温度820～845℃，淬火保温时间T1从钢板心部到温开始计时，T1＝(1.5～2)×H，T单位min，H为板厚，单位mm；钢板出炉后直接水淬至室温，要求冷速≥50℃/s；

回火温度为200～240℃，回火保温时间T2从钢板心部到温开始计时，T2＝(2～3)×H，T单位min，H为板厚，单位mm，且，T2≥12min；

最后对回火后的钢板进行精整处理。

优选的，步骤1)中，铸坯在浇铸完成后热装入炉，即确认铸坯表面无质量问题后从浇铸区通过辊道直接运到加热炉进行加热保温，从而能够降低能源消耗；如不能热装，则浇铸后的铸坯必须放到保温坑进行缓冷，待温度降低到200℃以下后方可移除保温坑空冷。

优选的，步骤5)将冷至室温的钢卷经开卷矫直后进行切板，然后对钢板进行淬火、回火处理。

优选的，获得的耐磨蚀钢板厚度为8～20mm。

在本发明所述耐磨蚀钢板的制造方法中：

轧制前将铸坯进行加热保温，加热温度1230℃以上。铸坯在加热炉的加热保温分为预热段、加热段和均热段，本发明要求铸坯在加热炉内总加热时间不少于2h，其中均热段的保温时间不小于40min。此外，铸坯可以在浇铸完成后热装入炉，即确认铸坯表面无质量问题后从浇铸区通过辊道直接运到加热炉进行加热保温，从而能够降低能源消耗；如不能热装，则浇铸后的铸坯必须放到保温坑进行缓冷，待温度降低到200℃以下后方可移除保温坑空冷。

轧制分为粗轧和精轧两个阶段。为获得细的原始奥氏体晶粒度，铸坯在粗轧阶段采用大压下量轧制，在轧机载荷允许条件下控制道次压下率在15％以上或道次压下量25mm以上。为获得细的晶粒度及良好的板形，要求粗轧阶段变形比大于80％，并控制精轧最后一道次压下率不低于16％。

由于本发明涉及钢种在轧后采用离线热处理，对铸坯的轧制温度无特别要求。但为了降低轧制载荷，所以采用尽量高的精轧终轧和卷取温度。从图1的连续转变曲线看，钢种的ɑ→γ转变点约为780℃，所以推荐采用880℃以上的精轧终轧温度，从而保证实现完全奥氏体区轧制，进而实现低的轧制载荷及轧制载荷的稳定，有利于后续获得高质量的板形；钢板较厚时可适当降低精轧终轧温度，但不得低于850℃。钢卷轧后通过层流冷却冷制到550～680℃之间卷取，过高则一方面冷速过低导致钢卷晶粒粗大，同时对卷取机不利；温度过低则容易形成贝氏体组织，提高钢板强度，增加后续开卷、矫直难度。

将冷至室温的钢卷经开卷矫直后进行切板，对钢板进行淬火、回火处理，以获得高的强度、硬度，保证耐磨损性能。

淬火加热温度直接影响后续马氏体组织的粒度，进而影响钢板的韧性。为保证基体充分奥氏体化，一般采用Ac3点以上30～50℃的加热温度。加热温度过高容易使奥氏体晶粒粗化，淬火后马氏体组织粗大，韧性恶化；而加热温度偏低则导致奥氏体化不充分，淬火后无法获得完全马氏体组织并对韧性不利。保温时间对淬火性能也有类似的规律，时间过长容易使得晶粒粗大，同时增加能耗，提高成本，时间过短则奥氏体化不充分，淬火后硬度、强度达不到要求。为获得突出的低温韧性，本发明特别采用临界区淬火工艺对钢板进行淬火处理。临界区淬火组织中存在着未溶针状铁素体，这些未溶针状铁素体虽然会使得强度有所降低，但在外力作用下其先于马氏体达到强度极限，使得裂纹首先在其中萌生、扩展，吸收能量，从而提高韧性。所以要求控制淬火加热温度在Ac3点之上-5℃到﹢20℃之间，即820～845℃之间，从而获得更好的低温韧性。淬火保温时间T1从钢板心部到温开始计算，为板厚H(mm)的1.5～2倍(min)。钢板出炉后直接水淬至室温，要求冷速≥50℃/s。

回火处理主要是减缓、消除淬火应力，改善塑性和韧性。较高的回火温度容易使得钢板的强度、硬度降低过多，无法满足设计要求，同时成本增加。所以应对钢板的回火工艺参数加以限定。本发明中对钢板在200～240℃区间进行回火处理，回火保温时间T2从钢板心部到温开始计时，时间为板厚H(mm)的2～3倍(min)，但最低不得少于12min。最后对淬火、回火的钢板进行精整处理(矫直、切边)，性能合格后出厂放行。

采用本发明工艺可以实现8～20mm厚度高硬度耐磨蚀钢板的生产。钢板屈服强度在1100MPa以上，抗拉强度超过1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，同时-40℃冲击功值超过60J。结合钢种的耐腐蚀设计，钢板具有良好的耐磨蚀性能和抗延迟开裂特性。在大颗粒、高密度的海水浆体输送环境耐磨蚀性能可达到普通Q235B管的2倍以上。

本发明具有如下优点：

本发明采用简单、经济的C-Mn成分设计，辅以少量的Nb、Ti微合金元素，实现了钢种的高硬度；同时通过Cu、Ni、Cr等耐蚀性元素提高基体电位，抑制腐蚀的发生，改善了钢板的耐腐蚀性能。从而使得钢种在腐蚀磨损环境下具有良好的耐磨蚀性能，特别是在大颗粒、高密度的海水浆体输送条件下耐磨蚀性能达到普通管的2倍以上。

本发明涉及钢种具有良好的低温冲击韧性和冷弯加工性能，满足后续疏浚管道的制管加工要求，可以在现有设备的基础上实现高硬度钢板的轻松制管。

本发明所涉钢种具有优良的低温韧性和耐腐蚀性能，显著改善了钢板的抗延迟开裂性能，降低了疏浚管在服役过程中开裂渗漏风险，提高疏浚效率并降低维护成本。

本发明涉及钢种的生产工艺简单，贵重合金元素含量低，降低了生产难度和生产成本，有利于钢种的大范围推广。

本发明针对疏浚管线的服役工况，提供了一种具有高硬度的耐磨蚀钢板，钢板经热处理后形成高硬度的马氏体组织，屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，-40℃冲击功值≥60J。耐磨损性能优异，加上耐腐蚀的提高，耐磨蚀性能达到现有普碳钢材料的2倍，并具有良好的抗延迟开裂特性，易于焊接和冷弯加工。用其制作的高强度疏浚管特别适用于大颗粒、高密度的浆体输送领域，在使用过程中不易发生开裂渗漏，这些是目前其他已知专利钢种所不具备的。

与现有技术相比，本发明涉及钢种的在成分和性能上与对比专利有显著的差异：

在成分上，对比专利1(中国专利CN102776445A)需要添加0.01～1.0％的Mo、Ca和RE，同时还要求N含量0.01～0.1％，通过N实现强度的提高，同时Mn含量的上限达到5％，接近中锰钢的成分。

对比专利2(中国专利CN101886225A)成分中的C、Mn、Cr含量分别高达0.4～0.9％、14～16％和5～10％，并要求添加Pr、Dy、Gd和Nd等多种稀少元素。

对比专利3(中国专利CN10893001A)成分中Cr较低，但Al含量较高，对韧性不利。而本发明钢种通过Si、Cr、Cu、Ni改善耐腐蚀性能，这几种元素含量与对比专利3不同。

此外，本发明钢的性能要求也与对比专利1～3不同。

本发明钢要求屈服强度1100MPa以上，延伸率≥12％，-40℃低温冲击功值≥60J并明确具有良好的抗延迟开裂特性，这是对比专利1～3钢种所不具备的。其中，对比专利1的屈服强度范围则较为宽泛，从300MPa直至2500MPa，虽然可以实现很高的强度，但牺牲了塑性，延伸率无法保证，限制了应用范围；对比专利2通过高含量的强化元素虽然可以实现硬度超过50HRC，导致成本过高且存在延伸率无法保证的问题影响加工性能；而且对比专利1、2钢种均不具备良好的低温冲击韧性。

附图说明

图1为本发明所述钢的CCT曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例钢的成分如表1所示，实施例钢的制造工艺参数参见表2，实施例钢的性能参数参见表3。

本发明实施例的工艺路径为：铁水深脱S(保证钢中低的S含量)→转炉顶底复合吹炼(控制C含量)→炉外精炼→连铸(机清)→板坯再加热→控制轧制→控制冷却→卷取→开卷→矫直→切板→热处理(淬火+回火)→精整→交货。

实施例1

按照本发明所述耐磨蚀钢板的化学成分要求，在500kg真空感应炉中炼钢，具体化学成分见表1，浇铸成100kg钢锭，加热温度为1230℃以上，精轧终轧温度892℃，卷取温度680℃；钢卷经矫直后切板，对钢板进行淬火、回火处理，钢板淬火温度820℃，回火温度210℃。

采用U型弯曲浸泡试验评价钢板的抗延迟开裂性能。样板尺寸2*20*90mm，将试样弯曲成半径10mm的U形，使用夹具将样品加载至样品两侧平行，随后放入0.1mol/L盐酸溶液中浸泡，每24h更换一次溶液。试验过程中每日观察2次，根据视频回放确认样品具体开裂时间，对样品开裂时间进行记录。试样开裂时间越短，则抗延迟开裂性能越差，在腐蚀工况下发生延迟开裂的风险越高。通常认为超过300h不开裂则认为抗延迟开裂性能良好。

从表3可见，本发明涉及的钢板硬度均达到450HBW级别，拉伸性能也满足设计要求，从而具备优良的耐磨蚀性能。特别是延迟开裂时间普遍在600h以上，体现了及其优良的抗延迟开裂性能。

本发明与当前常规的450HBW级别耐磨钢为对比例做对比。

对比例1-4采用C-Si-Mn成分设计，其中Mn含量约1.6％，Cr含量0.4-1.2％，未添加Cu和Ni。对比例1采用820℃精轧终轧温度，但-40℃下冲击功值仅33J，在U型弯曲浸泡试验中48h即发生开裂，在低温韧性和抗延迟开裂性能上远低于本发明钢种；对比例2-4采用了880-900℃的精轧终轧温度，其-40℃的低温冲击功值在23-33J，U型弯曲浸泡试验的开裂时间最高仅57h，远低于本发明钢种。所以对比例不具备疏浚工况所要求的抗延迟开裂性能，不适用于疏浚管线的制作。

本发明涉及的耐磨蚀钢板可用于浆体疏浚管的制作，广泛应用于围海造陆、航道疏浚、内河清淤和矿浆输送等领域，取代目前的Q235、Q345级别普通疏浚管线，从而提高生产效率、降低作业成本。

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Claims (7)

1.一种高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢，其成分重量百分比为：C：0.17～0.22％，Si：0.1～0.3％，Mn：1.0～1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.02～0.04％，Cu：0.15～0.60％，Ni：0.1～0.3％，B：0.001～0.003％，N≤0.005％；含有Nb：0.01～0.03％和Ti：0.01～0.03％中的一种或两种，余量包含Fe和其它不可避免的杂质，且，满足：6.65N＜Nb+Ti≤0.04和Cu/Ni≤2。

2.如权利要求1所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢，其特征在于，还包含Cr≤2.0％、W 0.01～0.5％、Mo 0.01～0.5％、Sb 0.01～0.2％、RE 0.01～0.2％、V 0.01～0.2％和Ca 0.001～0.01％中的一种或一种以上。

3.如权利要求1或2所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢，其特征在于，所述耐磨蚀钢的屈服强度≥1100MPa，抗拉强度≥1300MPa，延伸率≥12％，硬度450±30HBW，-40℃冲击功值≥60J，耐磨蚀性能达到普通钢板如Q235B的2倍以上；同时在U型弯曲0.1mol/L盐酸溶液浸泡试验条件下发生开裂的时间在600h以上。

4.如权利要求1或2或3所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1或2所述成分冶炼、铸造成坯；

2)铸坯加热

加热温度1230℃以上，在加热炉内总加热时间不少于2h，其中，均热保温时间不小于40min；

3)轧制

粗轧阶段采用大压下量轧制，控制道次压下率在15％以上或道次压下量25mm以上，同时粗轧阶段变形比大于80％，并控制精轧最后一道次压下率不低于16％；精轧终轧温度≥880℃；

4)冷却

冷却采用层流冷却，冷却至550～680℃后卷取；

5)热处理

对钢板进行淬火、回火处理，其中：

淬火加热温度820～845℃，淬火保温时间T1从钢板心部到温开始计时，T1＝(1.5～2)×H，T单位min，H为板厚，单位mm；钢板出炉后直接水淬至室温，要求冷速≥50℃/s；

回火温度为200～240℃，回火保温时间T2从钢板心部到温开始计时，T2＝(2～3)×H，T单位min，H为板厚，单位mm，且，T2≥12min；

最后对回火后的钢板进行精整处理。

5.如权利要求4所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢的制造方法，其特征是，步骤1)中，铸坯在浇铸完成后热装入炉，即确认铸坯表面无质量问题后从浇铸区通过辊道直接运到加热炉进行加热保温，从而能够降低能源消耗；如不能热装，则浇铸后的铸坯必须放到保温坑进行缓冷，待温度降低到200℃以下后方可移除保温坑空冷。

6.如权利要求4所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢的制造方法，其特征是，步骤5)将冷至室温的钢卷经开卷矫直后进行切板，然后对钢板进行淬火、回火处理。

7.如权利要求4所述的高硬度浆体疏浚用抗延迟开裂耐磨蚀钢的制造方法，其特征是，获得的耐磨蚀钢板厚度为8～20mm。