耐腐蝕焊接結構鋼及其製備方法與流程

2023-05-24 18:17:41

本發明涉及結構鋼領域，特別涉及一種耐腐蝕焊接結構鋼及其製備方法。
背景技術：
：近年，南海問題成為我國領土爭端問題的焦點領域。為了進一步宣示我國對於南海的主權以及實現建設海洋強國的目標，我國將加大對海洋資源的開發力度。而在海洋資源的開發過程中，海洋工程設備是強有力的硬體支持。隨著未來我國海洋工程設備製造業的快速發展，與之相配套的海洋工程用鋼必然會成為鋼鐵需求的新亮點。因此，開發海洋工程用鋼新產品具有顯著的經濟效益和社會效益。公開號為CN103741057B的中國專利公開了一種低密度高耐海洋環境腐蝕鋼板及其生產工藝。該鋼板的Al元素最高可達2.0％，鋼板密度明顯降低，由於Al元素本身耐蝕性能顯著，使得本發明製造出的鋼板耐海洋不同區域(海洋大氣、潮差、全浸等)的腐蝕性能均得到大幅提高。但是，該鋼板對於海洋大氣的腐蝕性能仍然有待進一步提升。技術實現要素：本發明的目的是提供一種耐腐蝕焊接結構鋼。該結構鋼具有優異的耐海洋大氣腐蝕性能。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種耐腐蝕焊接結構鋼，包括如下重量份的組分：93.323-95.77份的鐵、0.05-0.08份的碳、0.2-0.4份的矽、0.8-1.2份的錳、0-0.012份的磷、0-0.005份的硫、0.5-1.0份的鉻、2.5-3.5份的鎳、0.1-0.2份的鉬、0.02-0.06份的鈮。通過採用上述技術方案，錳提高鋼的強度和顯著提高鋼的淬透性，能消深和減少硫對鋼產生的熱脆性。鉻提高鋼的強度、淬透性和起到細化晶粒，提高韌性和耐磨性的作用。鉻能夠與鎳配合提高抗氧化性和熱強性，並進一步提高抗腐蝕性。鉬能夠提高鋼的熱硬性和耐磨性，有阻礙鋼晶粒長大和防止回火脆性的作用，也能提高回火穩定性，還能夠提高鋼的粹透性。鈮能夠顯著地提高鋼的強度和抗腐蝕性能，改善鋼的焊接性能。本發明進一步設置為：按照重量份，還包括0.05-0.2份的錫。通過採用上述技術方案，少量錫的加入能夠提高鋼的耐腐蝕性能，同時對其強度也有一定程度的提高。本發明進一步設置為：按照重量份，還包括0.01-0.02份的鈦。通過採用上述技術方案，鈦能夠細化鋼的晶粒組織，從而能夠提高鋼的強度和韌性，消除或減輕鋼的晶間腐蝕現象。鈦能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力，降低時效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。鈦固溶強化作用強，固溶於奧氏體中提高鋼的脆透性，改善回火穩定性，並有二次硬化作用，提高抗氧化性和熱強性。鈦能與硫作用，降低硫的熱脆作用。本發明的另一發明目的在於提供一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備工藝，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；所述爐料包括生鐵組分和合金組分，其中，按照重量份，生鐵組分：93.323-95.77份的鐵、3.63-3.72份的碳、0.2-0.4份的矽、0.8-1.2份的錳、0.105-0.108份的磷、0.021-0.022份的硫，按照重量份，合金組分：0.5-1.0份的鉻、2.5-3.5份的鎳、0.1-0.2份的鉬、0.02-0.06份的鈮、0.05-0.2份的錫、0.01-0.02份的鈦。通過採用上述技術方案，使各合金元素充分混合，增強合金元素之間的相互作用，提高鋼的防腐性能。本發明進一步設置為：所述電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體的底部均設置有第一通氣槍，所述電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體的頂部均設置有第二通氣槍，所述電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體的側部均設置有第三通氣槍。通過採用上述技術方案，第一通氣槍、第二通氣槍和第三通氣槍的設置實現電弧爐、AOD爐和LF爐中氧氣和惰性氣體的通入。本發明進一步設置為：所述第一通氣槍通入惰性氣體，所述第二通氣槍和第三通氣槍均通入氧氣。通過採用上述技術方案，第一通氣槍位於底部，惰性氣體從底部通入，起到對鋼液充分攪動的作用，增強鋼液與氧氣的混合效果。第三通氣槍位於側部，主要起到供氧作用。第二通氣槍位於頂部，起到輔助供氧的作用，提高供氧強度、縮短冶煉時間的作用。本發明進一步設置為：所述惰性氣體為氬氣。通過採用上述技術方案，氬氣作為常用惰性氣體，能夠降低生產成本，增強鋼液攪動效果，同時不會對鋼液性能造成影響。本發明進一步設置為：所述第一通氣槍設置在電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體的底部中心處，所述第一通氣槍的槍口豎直朝向爐體的頂部，所述第二通氣槍在電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體的頂部均設置有多根，多根所述第二通氣槍位於爐體的頂部的邊緣處，每根所述第二通氣槍傾斜朝向爐體的底部且垂直於鋼液的轉動方向。通過採用上述技術方案，惰性氣體從底部向頂部運動，帶動與惰性氣體接觸較近的鋼液部分從底部向頂部運動。而第二通氣槍從頂部朝底部通氣，從而帶動與第二通氣槍釋放的氧氣較近的鋼液部分從頂部向底部運動，從而使鋼液形成環流。由於氬氣是從底部的中心處噴出，而第二通氣槍從頂部的邊緣處朝底部釋放氧氣且第二通氣槍設置有多根，從而使鋼液形成多個環流，增強氧氣與鋼液的混合程度。本發明進一步設置為：多根所述第二通氣槍呈圓周狀分布，多根所述第二通氣槍從槍尾圍成的圓周至槍頭圍成的圓周直徑逐漸變大。通過採用上述技術方案，若第二通氣槍從槍尾圍成的圓周至槍頭圍成的圓周直徑逐漸變小，則第二通氣槍釋放的氧氣對鋼液所起到的作用力一方面使鋼液從頂部往底部運動，另一方面使頂部的鋼液從邊緣往中間運動。而使鋼液從邊緣往中間運動的作用力與鋼液環流的方向衝突，反而會起到一定限制環流的作用。本發明進一步設置為：所述第三通氣槍在電弧爐、AOD爐和LF爐相對的兩側各設置一根，相對的兩根所述第三通氣槍的朝向相反，相對的兩根所述第三通氣槍交替通氣。通過採用上述技術方案，鋼液在第三通氣槍通氧氣作用下能夠水平方向發生轉動。假設將相對的兩根第三通氣槍命名為A槍和B槍，從俯視方向看，鋼液在A槍作用下發生順時針轉動，在B槍作用下發生逆時針轉動。則在當A槍停止通氣時，鋼液由於慣性仍會發生順時針轉動，此時B槍通氣，組織鋼液發生順時針轉動，並逐漸開始發生逆時針轉動。而在鋼液轉動方向的切換過程中，鋼液發生強烈的湍流，此時氧氣與鋼液的混合程度明顯增大，促進鋼液的脫碳脫硫。綜上所述，本發明具有以下有益效果：1、本發明設置的第二通氣槍和第三通氣槍，一方面增強供氧能力，另一方面起到促進鋼液發生湍流，增強氧氣與鋼液混合程度，增強脫碳脫硫效果；2、本發明焊接結構鋼腐蝕速率低，且隨著腐蝕周期的延長，腐蝕速率呈現下降趨勢，可用於南海鋼結構設施使用。附圖說明圖1為對比例2、對比例3和實施例3西沙暴曬1年後的鏽層形貌；圖2為電弧爐、AOD爐和LF爐的前視結構示意圖；圖3為圖2的俯視圖。附圖標記：1、爐體；2、第一通氣槍；3、第二通氣槍；4、第三通氣槍；5、電極；6、氬氣；7、氧氣。具體實施方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。實施例1-5中熱加工溫度為115-850℃。實施例1一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備方法，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；爐料包括生鐵組分和合金組分。其中，按照重量份，生鐵組分：95.77份的鐵、3.63份的碳、0.2份的矽、0.8份的錳、0.105份的磷、0.021份的硫。按照重量份，合金組分：0.5份的鉻、2.5份的鎳、0.1份的鉬、0.02份的鈮、0.01份的錫、0.01份的鈦。按照重量份，生產完成得到的耐腐蝕焊接結構鋼：95.77份的鐵、0.05份的碳、0.2份的矽、0.8份的錳、0.003份的磷、0.001份的硫、0.5份的鉻、2.5份的鎳、0.1份的鉬、0.02份的鈮、0.05份的錫、0.01份的鈦。實施例2一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備方法，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；爐料包括生鐵組分和合金組分。其中，按照重量份，生鐵組分：94.778份的鐵、3.66份的碳、0.25份的矽、1.1份的錳、0.106份的磷、0.022份的硫。按照重量份，合金組分：0.8份的鉻、2.7份的鎳、0.16份的鉬、0.05份的鈮、0.07份的錫、0.015份的鈦。按照重量份，生產完成得到的耐腐蝕焊接結構鋼：94.778份的鐵、0.07份的碳、0.25份的矽、1.1份的錳、0.005份的磷、0.002份的硫。按照重量份，合金組分：0.8份的鉻、2.7份的鎳、0.16份的鉬、0.05份的鈮、0.07份的錫、0.015份的鈦。實施例3一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備方法，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；爐料包括生鐵組分和合金組分。其中，按照重量份，生鐵組分：94.967份的鐵、3.69份的碳、0.3份的矽、0.9份的錳、0.107份的磷、0.021份的硫。按照重量份，合金組分：0.6份的鉻、2.9份的鎳、0.12份的鉬、0.03份的鈮、0.1份的錫、0.013份的鈦。按照重量份，生產完成得到的耐腐蝕焊接結構鋼：94.967份的鐵、0.06份的碳、0.3份的矽、0.9份的錳、0.006份的磷、0.004份的硫。按照重量份，合金組分：0.6份的鉻、2.9份的鎳、0.12份的鉬、0.03份的鈮、0.1份的錫、0.013份的鈦。實施例4一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備方法，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；爐料包括生鐵組分和合金組分。其中，按照重量份，生鐵組分：94.291份的鐵、3.72份的碳、0.35份的矽、1份的錳、0.108份的磷、0.022份的硫。按照重量份，合金組分：0.7份的鉻、3.2份的鎳、0.18份的鉬、0.04份的鈮、0.15份的錫、0.018份的鈦。按照重量份，生產完成得到的耐腐蝕焊接結構鋼：94.291份的鐵、0.06份的碳、0.35份的矽、1份的錳、0.008份的磷、0.003份的硫。按照重量份，合金組分：0.7份的鉻、3.2份的鎳、0.18份的鉬、0.04份的鈮、0.15份的錫、0.018份的鈦。實施例5一種耐腐蝕焊接結構鋼的製備方法，包括如下製備步驟：Step1：將爐料加入到電弧爐中進行熔煉；Step2：進入AOD爐進行精煉；Step3：進入LF爐進行精煉；Step4：連鑄連軋；Step5：控溫控軋；Step6：退火處理；Step7：機加工；爐料包括生鐵組分和合金組分。其中，按照重量份，生鐵組分：93.323份的鐵、3.65份的碳、0.4份的矽、1.2份的錳、0.106份的磷、0.021份的硫。按照重量份，合金組分：1份的鉻、3.5份的鎳、0.2份的鉬、0.06份的鈮、0.2份的錫、0.02份的鈦。按照重量份，生產完成得到的耐腐蝕焊接結構鋼：93.323份的鐵、0.08份的碳、0.4份的矽、1.2份的錳、0.012份的磷、0.005份的硫。按照重量份，合金組分：1份的鉻、3.5份的鎳、0.2份的鉬、0.06份的鈮、0.2份的錫、0.02份的鈦。參照圖2和3，在實施例1-5中，電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體1的底部中心處均設置有用於通氬氣6的第一通氣槍2。第一通氣槍2的槍口豎直朝向爐體1的頂部。電弧爐、AOD爐和LF爐的爐體1的頂部邊緣處均設置有用於通氧氣7的多根第二通氣槍3。第二通氣槍3傾斜朝向爐體1的底部且垂直於鋼液的轉動方向。多根第二通氣槍3呈圓周狀分布。多根第二通氣槍3從槍尾圍成的圓周至槍頭圍成的圓周直徑逐漸變大。惰性氣體從爐體1的底部的中心處噴出，從爐體1的底部向爐體1的頂部運動，帶動與惰性氣體接觸較近的鋼液部分從爐體1的底部向爐體1的頂部運動。第二通氣槍3從爐體1的頂部的邊緣處朝爐體1的底部釋放氧氣7且第二通氣槍3設置有多根，多根第二通氣槍3從槍尾圍成的圓周至槍頭圍成的圓周直徑逐漸變大，則第二通氣槍3釋放的氧氣7對鋼液所起到的作用力一方面使鋼液從爐體1的頂部往爐體1的底部運動，另一方面使爐體1的頂部的鋼液從中間往邊緣運動。鋼液在惰性氣體從爐體1的頂部向爐體1的底部的作用力，第二通氣槍3釋放的從中間往邊緣的分力和從爐體1的頂部向爐體1的底部的分力的共同作用下，形成多個環流，增強氧氣7與鋼液的混合程度。參照圖2和3，電弧爐、AOD爐和LF爐相對的兩側各設置一根用於通氧氣7的第三通氣槍4，相對的兩根第三通氣槍4的朝向相反。在使用時，兩根第三通氣槍4交替通氧氣7。假設將相對的兩根第三通氣槍4命名為A槍和B槍，從俯視方向看，鋼液在A槍作用下發生順時針轉動，在B槍作用下發生逆時針轉動。則在當A槍停止通氣時，鋼液由於慣性仍會發生順時針轉動，此時B槍通氣，組織鋼液發生順時針轉動，並逐漸開始發生逆時針轉動。而在鋼液轉動方向的切換過程中，鋼液發生強烈的湍流，此時氧氣7與鋼液的混合程度明顯增大，促進鋼液的脫碳脫硫。拉伸性能試驗參照GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行測定並做記錄。表1拉伸性能記錄表RP0.2/MPaRm/MPaRP0.2/RmA/％KV2/J@20℃實施例13455470.6323112實施例23956170.6426146實施例34255200.8228187實施例45507700.7132216實施例56107170.8535265從表1可知，本發明得到的耐腐蝕焊接結構鋼具有良好的拉伸性能。在實施例1-5中實施例3的拉伸性能優於其他實施例。點蝕點位試驗參照GB/T17899-1999《不鏽鋼點蝕電位測量方法》進行電化學腐蝕研究並進行試驗記錄。表2點蝕電位記錄表點蝕電位Eb100(V)實施例11.2實施例21.4實施例31.5實施例41.1實施例51.2從表2可知，實施例3的點蝕電位均大於1，能夠保證基本不發生腐蝕。而在實施例1-5中，實施例3的點蝕電位最大，可見實施例3的耐腐蝕性能最強。對比例1選用鋼號為Q235B的普通碳素鋼作為對比例1。對比例2選用鋼號為Q450NQR1的傳統耐候鋼作為對比例2。對比例3選用鋼號為Q345的鋼作為對比例3。周浸腐蝕試驗試驗條件：水浴溫度：45±2℃；試驗箱相對溼度：70％RH；循環周期：60min，其中浸潤時間12±1.5min；全天光照；烘烤後試驗表面最高溫度：70±10℃；試驗溶液：質量分數2％氯化鈉容易；溶液pH：7。表3周浸腐蝕試驗記錄表從表3可知，本發明所得到的耐腐蝕焊接結構鋼的腐蝕速率比普通碳素鋼降低約3倍。而傳統耐候鋼比普通碳素鋼腐蝕速率僅降低16％。西沙大氣暴曬試驗將對比例2、對比例3和實施例3置於相同的西沙大氣中暴曬一年，並進行試驗記錄。表4西沙大氣暴曬試驗記錄表從表4可知，實施例3具有良好的耐蝕性，可應用於南海鋼結構設施使用。參照圖1可知，西沙暴曬一年後，對比例2和對比例3均尚未形成穩定的鏽層，鏽層裂紋較多，而實施例3鋼鏽層緻密，已形成穩定的內鏽層。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp