一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼及其生產方法
2023-12-03 00:09:26 2
專利名稱：一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵材料，具體屬於耐海水腐蝕的結構用鋼及其生產方法。
背景技術：
海洋鑽井平臺等結構用鋼，尤其位於海水以下部位的結構用鋼材，不僅要求具有良好的綜合力學性能、工藝性能，而且還要求具有良好的抗腐蝕性能，以保障鋼結構工程的安全。現役的海洋鑽井平臺等結構用鋼，一般為相關船級社規定的DH36、AH36、EH36、D420、 E420、D460、E460、E690等，據有關文獻報導，上述材料在使用過程中有的抗疲勞性能不能滿足要求，疲勞壽命低於鋼結構使用壽命設計要求，有的抗海水腐蝕性能不能滿足要求，在海水環境過早出現點蝕現象，威脅鋼結構安全，有的鋼材強度、韌性等性能指標偏低，導致在寒冷地區使用過程中，由於海面結冰、海浪等環境的影響使得鑽井平臺整體傾斜、倒塌等事故。因此，本發明的目的在於提供晶粒尺寸均勻的海洋鑽井平臺用鋼，具有良好的綜合力學性能、冷熱加工性能和抗腐蝕性能，滿足海上鑽井平臺等等大型海洋工程建造用鋼需求，延長工程使用壽命。在本申請以前，中國專利申請200610020027. 2公開了一種「一種耐海水腐蝕性能的海洋鑽採平臺用鋼及其製造方法」，其化學元素組成包括C 0. 03 0. 09，Mn :0. 90 1. 60，Si 0. 10 0. 50，P :0. 006 0. 020，Cr :0. 004 0. 100，Cu :0. 02 0. 40，Als 0. 010 0. 060，Nb 0. 005 0. 060，Ti :0. 005 0. 030，餘量為Fe及不可避免的雜質。製造方法採用鐵水脫硫、轉爐頂底吹煉、真空處理、連鑄，以及控軋控冷工藝製成。不足之處在於碳含量為0. 03% 0. 09% C，經所述製造方法生產的鋼板強度偏低，降低在海浪、寒冷結冰地區鑽井平臺的穩定性。鋼中添加了 0.010% 0.060% Als，在製造鋼板過程中易形成顆粒粗大的Al2O3且不易除淨，降低鋼的斷裂韌性和鋼板表面質量，在連鑄過程中生成的Al2O3容易堵塞澆鑄水口，造成生產事故。鋼中添加了 0.004% 0. 100%的Cr，容易在鋼材中形成含Cr的系列化合物如Cr2C3、Cr6C23等，增加了夾雜物與基體的電極電位， 容易造成腐蝕，尤其易發生點蝕。中國專利申請200710052135. 2公開了「一種大線能量焊接高強度海洋用鋼板及其製造方法」，板坯的化學成分及其含量是C為0. 01 0. 25wt%, Si 為 0. 05 0. 5wt%,Mn 為 0. 5 1. 8wt%,Ni 為 0. 1 1. 5wt%,Cu 為 0. 1 1. 5wt%, Als 為 0. 001 0. 06wt%,Nb 為 0. 01 0. 08wt%, Ti 為 0. 01 0. 08wt%、N 為 0. 002 0. 012wt%, B 為 0. 0001 0. 003wt%, P 為< 0. 010wt%, S 為 10°C/s冷速加速冷卻。該方法可以獲得平均晶粒尺寸不大於4 μ m，體積分數大於85%的變形誘導相變鐵素體。一般地，結構鋼化學成分相同時，晶粒尺寸越小，晶粒晶界面積綜合越大，由於晶界與晶內存在能量不同、成分不同和結構不同，晶界比晶內更易被腐蝕，因此，晶粒越小的結構鋼抗腐蝕性能相對較低。
發明內容
本發明要解決的是現有技術存在的由於金相晶粒粗大，均勻性差而引起的抗海洋腐蝕性能較低，使用周期較短的不足，提供一種在滿足海洋結構用鋼的各種力學性能的前提下，使鋼的耐海洋腐蝕率提高至少45%，鋼的晶粒尺寸在10 25μπι的晶粒數量佔 80% 90%，且鋼的晶粒尺寸均勻的耐海水腐蝕的結構用鋼及其生產方法。實現上述目的的措施一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼，其組分及重量百分比為C:0.05 0. 45%, Si 0. 05 0. 45%,Mn :1. 50 2. 50%,P ^ 0. 025%, S 彡 0. 006%, Ti :0. 001 0. 0048%，餘為!^e和不可避免的雜質。生產一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼的方法，其步驟1)冶煉並進行真空處理，連鑄成坯；2)對鑄坯進行常規加熱及均熱；3)分段進行軋制進行第一階段即鑄態組織軋制，並控制其開軋溫度在1150°C 1320°C，終軋溫度控制在980°C 1120°C;在第一階段軋制後相隔60秒 300秒內，進行第二階段的軋制，即細化晶粒的軋制，並控制其開軋溫度在950°C 1050°C，終軋溫度控制在 880°C 960°C ；在第二階段軋制後相隔20秒 120秒內，進行第三階段的軋制，即進行晶粒大小均勻化的軋制，並控制其開軋溫度在850°C 940°C，終軋溫度控制在750°C 840°C ；4)自然冷卻至室溫，待用。本發明主要合金元素含量的設定及製造方法，依據以下原理晶粒尺寸均勻的結構鋼不僅具有良好的強度、韌性配合，而且還具有良好的塑性指標如延伸率等，因為，在外力的作用下，大小相近的晶粒可以協同變形，變形量相當，晶粒之間不會因變形量差別過大而過早出現裂紋，因而具有良好的綜合力學性能和工藝性能。C:為保障其強度，一定C含量是必不可少的，但是過高的C含量會使鋼在生產過程中產生!^e3C及珠光體組織，增加鋼的在海水及海洋大氣環境下的腐蝕速率。綜合平衡鋼的力學性能和耐腐蝕性能，將C含量的取值範圍確定為0. 05 0. 45%。Si 是結構鋼中常用的經濟型合金元素，加入鋼中可顯著提高鋼的強度，另外。Si 在鋼中由於「拖曳」作用抑制C原子擴散，減少!^e3C形成的可能性，有利於提高鋼的耐腐蝕性能。但如果鋼中Si含量偏高，會使鋼的韌性，尤其使低溫韌性明顯降低，綜合鋼的強度、 韌性及耐腐蝕性能諸方面的考慮，將Si的成分範圍確定為0. 05 0. 45%。Mn:不僅可以增加鋼的強度，還可以降低鋼的相變溫度，通過控制軋制過程，在提高鋼的強度同時提高其斷裂韌性，但若Mn含量過高，在鋼中易形成MnS夾雜，減低鋼的耐腐蝕性能，故將Mn含量的範圍設定為1. 50 2. 50%。S:是鋼中有害的雜質元素，在鋼中易形成MnS夾雜物，不僅強烈減低鋼的力學性能尤其是韌性，而且降低鋼的耐腐蝕性能，因此S含量越低越好，但若將其含量限定得過低，會增加生產難度，提高生產成本，故將鋼的S含量限定在S ^ 0. 006%範圍。P:通常被認為是鋼中有害元素，顯著降低鋼的韌性，但一定的P含量可改善鋼的抗大氣腐蝕性能，因此，在保障鋼的綜合力學性能的前提下，一般耐大氣腐蝕結構鋼中添加一定含量廉價的P，在本申請中將P含量設定為P 25 μ m的晶粒數量彡5 %，尺寸< 10 μ m的晶粒數量< 15%，其耐海洋腐蝕率提高至少45%，並具有良好的強度、韌性配合，且冷變形、 熱變形及焊接性能也很優良，完全滿足市場需求。
附圖為本發明鋼的金相組織圖
具體實施例方式下面對本發明予以詳細描述進行了五批次試驗及兩個對比例研究，其各實施例與對比例的成分及重量百分比取值見表1，各實施例與對比例的生產工藝主要參數見表2，各實施例與對比例的性能檢測結果見表3。生產工藝按照以下步驟進行1)冶煉並進行真空處理，連鑄成坯；2)對鑄坯進行常規加熱及均熱；3)分段進行軋制進行第一階段即鑄態組織軋制，並控制其開軋溫度在1150°C 1320°C，終軋溫度控制在980°C 1120°C;在第一階段軋制後相隔60秒 300秒內，進行第二階段的軋制，即細化晶粒的軋制，並控制其開軋溫度在950°C 1050°C，終軋溫度控制在 880°C 960°C ；在第二階段軋制後相隔20秒 120秒內，進行第三階段的軋制，即進行晶粒大小均勻化的軋制，並控制其開軋溫度在850°C 940°C，終軋溫度控制在750°C 840°C ；4)自然冷卻至室溫，待用。表1.各實施例與對比例的化學成分(重量百分數％ )
權利要求
1.一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼，其組分及重量百分比為C:0.05 0. 45%, Si 0. 05 0. 45%, Mn :1. 50 2. 50%, P ≤ 0. 025%, S ≤0. 006%, Ti :0. 001 0. 0048%，餘為!^e和不可避免的雜質。
2.生產權利要求1所述的一種金相組織均勻的耐海水腐蝕結構鋼的方法，其步驟1)冶煉並進行真空處理，連鑄成坯；2)對鑄坯進行常規加熱及均熱；3)分段進行軋制進行第一階段即鑄態組織軋制，並控制其開軋溫度在1150°C 1320°C，終軋溫度控制在980°C 1120°C;在第一階段軋制後相隔60秒 300秒內，進行第二階段的軋制，即細化晶粒的軋制，並控制其開軋溫度在950°C 1050°C，終軋溫度控制在 880°C 960°C ；在第二階段軋制後相隔20秒 120秒內，進行第三階段的軋制，即進行晶粒大小均勻化的軋制，並控制其開軋溫度在850°C 940°C，終軋溫度控制在750°C 840°C ；4)自然冷卻至室溫，待用。
全文摘要
本發明涉及一種金相組織均勻的耐海水腐蝕的結構用鋼及其生產方法。其組分及重量百分比為C0.05～0.45％，Si0.05～0.45％，Mn1.50～2.50％，P≤0.025％，S≤0.006％，Ti0.001～0.0048％，餘為Fe和不可避免的雜質；其生產步驟冶煉並進行真空處理，連鑄成坯；對鑄坯常規加熱及均熱；分段軋制，即鑄態組織軋制，細化晶粒的軋制，晶粒大小均勻化的軋制；自然冷卻至室溫，待用。本發明用200倍金相顯微鏡觀察，成品鋼板中尺寸為10～25μm的晶粒佔80％～90％，＞25μm的晶粒為≤5％，餘為＜10μm的晶粒，其耐海洋腐蝕率提高至少45％，並具有良好的強韌性配合，且冷、熱變形及焊接性能優良。
文檔編號C22C38/14GK102534378SQ20121005558
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者劉文斌, 劉昌明, 張開廣, 陳顏堂 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司