一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼及生產方法
2023-08-09 07:54:16 1
一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼及生產方法
【專利摘要】一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其組分及重量百分比含量為：C：0.27～0.33%、Si:0.15～0.55%、Mn:1.4～1.6%、P≤0.035%、S≤0.015%、B0.001～0.003%、V0.03～0.05%、Cu0.1～0.25%、Als0.025～0.035%、Ni0.1～0.25%、Ca0.001～0.007％；工藝：鐵水脫硫；轉爐冶煉；吹氬；LF爐精煉；RH爐真空處理；鑄坯；自然堆垛冷卻至室溫；粗軋；精軋；空冷至室溫待用。本發明能提高鋼的耐鹼性腐蝕能力45%以上，使錨鏈鋼其在鹼性條件下服役期延長；並在不降低材料性能的情況下，降低了合金含量，從而降低了生產成本，且具有優良的焊接性能及塑性；轉爐的工藝具有高的能效比。
【專利說明】一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼及生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及低合金鋼的生產【技術領域】，尤其適用於一種直徑不大於40mm耐鹼性 腐蝕錨鏈鋼的生產方法。
【背景技術】
[0002] 錨鏈是艦船和海洋工程中重要的部件，是一種高強度、高技術含量的產品，廣泛應 用於大型船舶的系泊定位。服役條件惡劣，長期浸泡在海水中，因此不僅要求具有高強度、 良好的韌性，而且需要具有好的耐海水腐蝕、耐磨損等特性。錨鏈鋼則是用於製作錨鏈的原 材料，因而其質量要求不言而喻。
[0003] 當錨鏈在死海或者其他呈鹼性海域使用時，將面臨鹼性環境的腐蝕，而目前對錨 鏈鋼腐蝕的研究主要酸性海水腐蝕，關於相關方面的研究及應用很少報導，因此有必要研 制出一種耐鹼性腐蝕的錨鏈鋼。
[0004] 申請號為CN00109053.4公開了一種高強度、高韌性、耐腐蝕的系泊鏈用鋼及 其生產工藝，該鋼含有（重量 ％) C :0· 25-0. 33%、Si :0· 15-0. 30%、Mn : L 45-1. 75%、Cr : 0· 90-1. 40%、Ni :1. 00-1. 20%、Mo :0· 45-0. 65%、Nb :0· 02-0. 06%、Al :0· 020-0. 05%、殘餘及 有害元素 P 彡 〇· 020%、S 彡 0· 015%、Cu 彡 0· 20%、Sn 彡 0, 03%、Sb 彡 0· 01%、As 彡 0· 04%、 B 彡 0· 005%、[N]彡 0· 009%、[0]彡 0· 0020%、[H]彡 0· 0002%，其餘為 Fe。同時其碳當量必 須大於1.40。該鋼採用EAF+LF+VD+CCM工藝生產，可用於半潛式鑽井平臺、單點系泊結構 和浮式生產儲油輪以及其它海洋開發設施的R4級系泊鏈，亦可用於一些要求較高的船舶 錨鏈。該技術存在以下幾個問題：i碳當量較高，影響焊接性能；ii電爐生產相對於轉爐成 本較高；iii合金成分總體設置較高，導致材料的組織在交貨的時候需進行退火處理，否則材 料在放置過程中出現組織轉變，產生組織應力，導致材料出現內部裂紋；iv該鋼在鹼性環境 下，其耐鹼性性能與普通錨鏈鋼差不多。
[0005] 申請號為CN 99116494公開了一種用於製造四級海洋系泊鏈用鋼鋼27CrMnMo， 該鋼的化學成分重量百分比為碳〇. 25- 0. 30,矽0. 15 - 0. 37,錳0. 90- 1. 70,鉻0. 90- L 70,鑰 0· 40 - 0· 60,鋁 0· 01-0· 06,鎳 0· 00 - 0· 20,銅 0· 00 - 0· 25,磷 0· 000- 0· 025,硫 〇.〇〇〇-〇.〇25,鈮0. 02- 0. 04,餘量為鐵，該鋼通過控制碳含量，調整易燒損（氧化）和不 易燒損（氧化）合金元素含量的比例，能在無氬氣保護狀態下保證鏈環閃光焊接的質量，鏈 環力學性能符合英國勞氏船級社"船泊入級規範"的規定，鏈環焊縫區的低溫（一 20°C )V 型衝擊功大於40J。其缺點是鉻含量是易偏析元素，在凝固過程中產生的枝晶偏析，影響整 體耐腐蝕性能，同時枝晶偏析易產生帶狀組織，而帶狀組織會使鋼的力學性能產生方向性， 使鋼的橫向塑性和韌性指標降低；另，該鋼在鹼性環境下，其耐鹼性性能與普通錨鏈鋼差不 多。
【發明內容】
[0006] 本發明針對上述現有技術存在的不足，提供一種在保證其力學性能的前提下，能 提高鋼的耐鹼性腐蝕能力45%以上，使錨鏈鋼其在鹼性條件下服役期延長的耐鹼性腐蝕錨 鏈鋼及生產方法。
[0007] 本申請為了實現上述目的，對實現本申請的目的的起影響或者關鍵作用的合金元 素及工藝進行了深入的研究其結果，為了既使在保證基本力學性能的前提下，還能實現提 高錨鏈的耐鹼腐蝕性能，因此提出了採用在成分方面主要是採用了提高V元素含量，使添 加釩可以與鋼中的碳、氮原子形成細小的碳化物和碳氮化物，這些碳化物和碳氮化物在奧 氏體轉化為鐵素體和珠光體的過程中和轉變後逐漸析出，起到細化鋼的室溫組織的作用， 並阻礙晶格中的位錯運動，產生沉澱強化的作用，最終達到改進鋼的強韌性；其次還添加 了少量提高耐鹼性腐蝕能力的元素鎳、銅等，改善耐鹼性腐蝕，以及少量的Ca元素，提高 鋼的純淨度，發揮基材的潛能，從而進一步提高了錨鏈鋼的耐鹼性腐蝕能力；成分的優化， 還需要匹配的工藝才行，因此，本申請經研究，工藝方面主要是採取了開軋溫度在：1〇〇〇? 1100°C，精軋終軋溫度在878?950°C的範圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原 始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得 到細化，綜合性能得到改善，同時也有利於釩的析出物析出更加細小和彌散，所以終軋溫度 在 878 ?950 ?。
[0008] 實現上述目的的措施： 一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 27?0. 33%、Si:0. 15? 0. 55%、Mn: 1. 4 ?1. 6%、P 彡 0. 035%、S 彡 0. 015%、B 0. 001 ?0. 003%、V 0. 03 ?0. 05%、Cu 0· 1 ?0· 25%、Als 0· 025 ?0· 035%、Ni 0· 1 ?0· 25%、Ca 0· 001 ?0· 007%，其餘為 Fe 和 雜質元素；同時滿足：V+ Ni不低於0. 16%。
[0009] 優選地：Si重量百分比含量為：0.16?0.50%。
[0010] 優選地：Ni重量百分比含量為：0.13?0.235%。
[0011] 優選地：V重量百分比含量為：0· 03?0· 048%。
[0012] 生產一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼的方法，其步驟： 1) 對鐵水進行脫硫，並採用噴鎂粉脫硫，控制脫硫後出站鐵水中的S S 0.01%，且不留 漁操作； 2) 進行轉爐冶煉：採用頂底複合吹煉，控制非鋼加入量佔爐內總裝入量的10?15% ; 點出不超過二次；終渣鹼度控制在I. 8~2. 2 ;終點C不低於0. 07% ;控制出鋼溫度在1680? 1700°C ;鋼包渣層厚度控制在不超過IOOmm ; 出鋼到1/4時，先向鋼水中加入矽錳鐵及碳化矽合金原料，其中：矽錳鐵按照18~21Kg/ 噸鋼加入，碳化矽按照2. 5?4. 5Kg/噸鋼加入；當出鋼到3/4時，按照0. 5?0. 8kg/噸鋼加 入釩鐵，按照1. 5?3kg/噸鋼加入鎳鐵，按照0. 6?I. 2kg/噸鋼加入硼鐵，按照2?3kg/ 噸鋼加入碳粉一次性加完； 3) 在氦站吹氦,在成分進行微調後開始吹氦,吹氦時間不低於5 min,並在吹氦的同時 按照8?12米/噸鋼餵入鋁線； 4) LF爐精煉時，加熱時間不低於lOmin，並控制氬氣氣壓力為0. 5?0. 6MPa，氬氣氣流 量為7. 0?10. 0Nm3/min，吹氬時間：20?40min ;，進行成分微調、測溫、取樣，起吊前按照 3?5米/噸餵入Ca線； 5) RH爐真空處理時，脫氣時間為3(T45min，並且保持爐內真空度在60Pa以下脫氣時 間大於5min ; 6) 進行鑄坯：採用大罐長水口及結晶器浸入式水口進行保護澆注，控制水口的插入深 度在10(Tl50mm;且中間包保護渣採用鹼性的，結晶器保護渣採用中碳的，常規速度拉坯； 7) 自然堆垛冷卻至室溫；，加熱時間100?120min，不得過熱、過燒，開軋溫度：1050? 1150°C，終軋溫度 980 ?1050°C ; 8) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1200?1300°C，加熱時間在於100?120min ; 9) 進行粗乳，並控制其開軋溫度在：1000?IKKTC ; 10) 進行精軋，控制其終軋溫度878~950°C ; 11) 自然空冷至室溫待用。
[0013] 本發明中各元素及主要工序的作用 C :C是擴大和穩定奧氏體兀素，提1?鋼材強度最有效的兀素，也能提1?耐熱鋼的1?溫 強度，但是當其含量低於0. 27%時，會導致力學性能不足而增加合金添加量從而增加了生 產成本，當其含量高〇. 33%，會產生塑性和韌性下降，對焊接性能不利，同時會促進珠光體轉 變，降低鋼的耐鹼性腐蝕性能，因此，本發明C選擇在0. 27、. 33%。
[0014] Si :是一種廉價的置換強化元素，可以顯著提高鋼的屈服強度，但是Si會嚴重損 害鋼的低溫韌性，提高韌脆轉變溫度，所以不宜太高，選擇Si的範圍在0. 15?0. 55% ;優選 地：Si重量百分比含量為：0. 16?0. 50%。
[0015] Mn:主要是固溶於鐵素體中提高材料的強度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑，含 有一定量的錳可以消除或減弱因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能，但錳含量過高時 會使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋後控冷不當時容易產生白點，所以選擇Mn的範圍在1. 4? 1. 6% ； S :作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的 機械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的範圍在=0. 015% ; P是對抗鹼性腐蝕性能有利的元素，能夠有助於在鋼表面形成均勻的a-FeOOH鏽層，阻 止進一步腐蝕，因此其需要有一定的量，而過高的P易在晶界偏析，增加鋼的脆性，使低溫 衝擊性能大幅下降，因此含量越低越好，所以選擇P的範圍在=〇. 035%。
[0016] B :鋼中加入極少量的硼可以顯著影響材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶斷裂， 提高衝擊性能，改善夾雜物的形態和分布，硼溶入固溶體中使晶體點陣發生畸變，晶界上的 硼又能阻止夾雜物進一步長大，使夾雜物變得細小，圓整，均勻分布於晶界，強化了晶界，使 材料的韌性提高。當硼的含量大於〇. 003%時，其對鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反 而增加了成本，硼的控制量在〇. 001?〇. 003%範圍； Cu:是提高耐腐蝕性能的主要合金元素，鋼中含有一定量的銅，能夠有效提高鋼的耐腐 蝕性能，其含量低於〇. 1%，效果不明顯，超過〇. 25%時，會出現銅脆現象，而且銅含量達到一 定量再增加不會明顯的大幅增加耐蝕性，同時惡化其焊接性能，所以銅的控制量在〇. 1? 0· 25%範圍； Ni :是提高耐腐蝕性能的合金元素，同時鎳固溶在鋼中，富集於靠近基體的金屬鏽層 中，形成緻密、粘附性強，接近於非晶態的穩定鏽層，能夠阻礙腐蝕性介質向基體滲透，增加 鋼的耐蝕性，鎳還能改善鋼的低溫韌性。同時添加的鎳還能夠防止銅脆現象的產生。其含量 低於0. 1%,提高耐腐蝕效果不明顯,超過0. 25%時，耐腐蝕性能不再大幅增加，反而增加了 生產成本，所以鎳的控制量在0. 1?0. 25%範圍；優選地：Ni重量百分比含量為：0. 13? 0·235%。
[0017] V :是微合金化鋼最常用也是最有效的強化元素之一。釩的作用是通過形成VN、 V (CN)來影響鋼的組織和性能，它主要是在奧氏體晶界的鐵素體中沉澱析出，細化鐵素體 晶粒，從而提高材料的強度和低溫韌性。V低於0. 03%時，析出強化效果不能夠滿足力學性 能要求，V高於0. 05%時，析出強化使強度太高而導致韌性變差；優選地：V重量百分比含量 為：0· 03 ?0· 048%。
[0018] Al :是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，Al與鋼中的N形成細小難溶AlN質點，起到阻抑 作用，進而細化鐵素體晶粒，Al含量低於0. 025%，細化作用不明顯，Al含量高與0. 035%，降 低了鋼液的流動性，形成大量的Al2O3會在水口結瘤，從而堵住水口，所以選擇Al的範圍在 0. 025 ?0. 035% ; Ca :可以淨化鋼液，提高鋼的純淨度，使鋼的MnS球化，發揮材料的潛能，從而提高了 錨鏈鋼的耐鹼性腐蝕能力，其含量過高時，易形成粗大的非金屬夾雜物，所以選擇範圍在 0. 001 ?0. 007%。
[0019] 之所以採用了開軋溫度在：1000?1KKTC，精軋終軋溫度在878?950°C的範 圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應的 軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細化，綜合性能得到改善，同時也有利於釩 的析出物析出更加細小和彌散。
[0020] 之所以要限定V+ Ni不低於0. 16%，是為了保證基本的力學性能和一定的耐鹼性 性能。
[0021] 本發明與現有技術相比，能提高鋼的耐鹼性腐蝕能力45%以上，使錨鏈鋼其在鹼 性條件下服役期延長；並在不降低材料性能的情況下，降低了合金含量，從而降低了生產成 本，且具有優良的焊接性能及塑性；轉爐的工藝具有高的能效比。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 附圖為本發明的熱軋態金相組織示意圖； 本發明鐵素體晶粒度10-10. 5級，說明V的析出強化以及低溫軋制起到很好的細化晶 粒作用。
【具體實施方式】
[0023] 下面對本發明予以詳細描述： 表1為本發明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表； 表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表； 表4為本發明各實施例及對比例耐鹼性腐蝕結果列表。
[0024] 本發明各實施例按照以下步驟生產： 1) 對鐵水進行脫硫，並採用噴鎂粉脫硫，控制脫硫後出站鐵水中的S S 0.01%，且不留 漁操作； 2) 進行轉爐冶煉：採用頂底複合吹煉，控制非鋼加入量佔爐內總裝入量的10?15% ; 點出不超過二次；終渣鹼度控制在I. 8~2. 2 ;終點C不低於0. 07% ;控制出鋼溫度在1680? 1700°C ;鋼包渣層厚度控制在不超過IOOmm ; 出鋼到1/4時，先向鋼水中加入矽錳鐵及碳化矽合金原料，其中：矽錳鐵按照18~21Kg/ 噸鋼加入，碳化矽按照2. 5?4. 5Kg/噸鋼加入；當出鋼到3/4時，按照0. 5?0. 8kg/噸鋼加 入釩鐵，按照1. 5?3kg/噸鋼加入鎳鐵，按照0. 6?I. 2kg/噸鋼加入硼鐵，按照2?3kg/ 噸鋼加入碳粉一次性加完； 3) 在氦站吹氦,在成分進行微調後開始吹氦,吹氦時間不低於5 min,並在吹氦的同時 按照8?12米/噸鋼餵入鋁線； 4) LF爐精煉時，加熱時間不低於lOmin，並控制氬氣氣壓力為0. 5?0. 6MPa，氬氣氣流 量為7. 0?10. 0Nm3/min，吹氬時間：20?40min ;，進行成分微調、測溫、取樣，起吊前按照 3?5米/噸餵入Ca線； 5) RH爐真空處理時，脫氣時間為3(T45min，並且保持爐內真空度在60Pa以下脫氣時 間大於5min ; 6) 進行鑄坯：採用大罐長水口及結晶器浸入式水口進行保護澆注，控制水口的插入深 度在10(Tl50mm ;且中間包保護渣採用鹼性的，結晶器保護渣採用中碳的，常規速度拉坯； 7) 自然堆垛冷卻至室溫；，加熱時間100?120min，不得過熱、過燒，開軋溫度：1050? 1150°C，終軋溫度 980 ?1050°C ; 8) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1200?1300°C，加熱時間在於100?120min ; 9) 進行粗乳，並控制其開軋溫度在：1000?IKKTC ; 10) 進行精軋，控制其終軋溫度878~950°C ; 11) 自然空冷至室溫待用。
[0025] 表1 本發明實施例與比較例的化學成分列表（wt%)
【權利要求】
1. 一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 27?0. 33%、Si :0. 15? 0· 55%、Μη:1· 4 ?1. 6%、P 彡 0· 035%、S 彡 0· 015%、B 0· 001 ?0· 003%、V 0· 03 ?0· 05%、Cu 0· 1 ?0· 25%、Als 0· 025 ?0· 035%、Ni 0· 1 ?0· 25%、Ca 0· 001 ?0· 007%，其餘為 Fe 和 雜質元素；同時滿足：V+ Ni不低於0. 16%。
2. 如權利要求1所述的一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其特徵在於：Si重量百分比含量為： 0. 16 ?0. 50%。
3. 如權利要求1所述的一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其特徵在於：Ni重量百分比含量為： 0. 13 ?0. 235%。
4. 如權利要求1所述的一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼，其特徵在於：V重量百分比含量為： 0. 03 ?0. 048%。
5. 生產權利要求1所述的一種耐鹼性腐蝕錨鏈鋼的方法，其步驟： 1) 對鐵水進行脫硫，並採用噴鎂粉脫硫，控制脫硫後出站鐵水中的S S 0.01%，且不留 漁操作； 2) 進行轉爐冶煉：採用頂底複合吹煉，控制非鋼加入量佔爐內總裝入量的10?15% ; 點出不超過二次；終渣鹼度控制在1. 8~2. 2 ;終點C不低於0. 07% ;控制出鋼溫度在1680? 1700°C ;鋼包渣層厚度控制在不超過100mm ; 出鋼到1/4時，先向鋼水中加入矽錳鐵及碳化矽合金原料，其中：矽錳鐵按照18~21Kg/ 噸鋼加入，碳化矽按照2. 5?4. 5Kg/噸鋼加入；當出鋼到3/4時，按照0. 5?0. 8kg/噸鋼加 入釩鐵，按照1. 5?3kg/噸鋼加入鎳鐵，按照0. 6?1. 2kg/噸鋼加入硼鐵，按照2?3kg/ 噸鋼加入碳粉一次性加完； 3) 在氦站吹氦,在成分進行微調後開始吹氦，吹氦時間不低於5 min,並在吹氦的同時 按照8?12米/噸鋼餵入鋁線； 4. LF爐精煉時，加熱時間不低於lOmin，並控制氬氣氣壓力為0. 5?0. 6MPa，氬氣氣流 量為7. 0?10. 0Nm3/min，吹氬時間：20?40min ;，進行成分微調、測溫、取樣，起吊前按照 3?5米/噸餵入Ca線； 5. RH爐真空處理時，脫氣時間為3(T45min，並且保持爐內真空度在60Pa以下脫氣時 間大於5min ; 6) 進行鑄坯：採用大罐長水口及結晶器浸入式水口進行保護澆注，控制水口的插入深 度在10(Tl50mm ;且中間包保護渣採用鹼性的，結晶器保護渣採用中碳的，常規速度拉坯 7) 自然堆垛冷卻至室溫；，加熱時間100?120min，不得過熱、過燒，開軋溫度：1050? 1150°C，終軋溫度 980 ?1050°C ; 8) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1200?1300°C，加熱時間在於100?120min ; 9) 進行粗乳，並控制其開軋溫度在：1000?1100°C ; 10) 進行精軋，控制其終軋溫度878~950°C ; 11) 自然空冷至室溫待用。
【文檔編號】C22C38/16GK104294153SQ201410451615
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】徐志東, 周新龍, 龍莉, 範植金, 吳傑, 徐志 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司