一种高强韧性耐腐蚀钢板及其制造方法.pdf

本发明提供了一种高强韧性耐腐蚀钢板及其制造方法的技术方案，通过本制造方法所生产的钢板其包含的组分及其重量百分比为：碳（C）0.10～0.13%，硅（Si）0.10～0.30%，锰（Mn）0.25～0.40%，磷（P）≤0.015%、硫（S）≤0.010%，镍（Ni）2.30-2.50%，铬（Cr）1.30～1.50%，钼（Mo）0.28～0.38%，钒（V）0.010～0.030%，钙（Ca）0.0015～0.0045%，余量为铁和不可避免的杂质。抗拉强度达到800MPa以上，-70℃横向冲击功不小于100J，耐腐蚀性能是普碳钢的2.35倍以上，具有良好的高强韧性和耐腐蚀性能，焊接性能优良，广泛应用于海洋结构、设备等。

权利要求书
1.  一种高强韧性耐腐蚀钢板，其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.10～0.13%，硅（Si）0.10～0.30%，锰（Mn）0.25～0.40%，磷（P）≤0.015%、硫（S）≤0.010%，镍（Ni）2.30-2.50%，铬（Cr）1.30～1.50%，钼（Mo）0.28～0.38%，钒（V）0.010～0.030%，钙（Ca）0.0015～0.0045%，余量为铁和不可避免的杂质。

2.  根据权利要求1所述的高强韧性耐腐蚀钢板，其特征在于：其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.10～0.12%，硅（Si）0.15～0.25%，锰（Mn）0.28～0.35%，磷（P）≤0.012%、硫（S）≤0.008%，镍（Ni）2.35-2.45%，铬（Cr）1.35～1.45%，钼（Mo）0.30～0.36%，钒（V）0.015～0.025%，钙（Ca）0.0020～0.0040%，余量为铁和不可避免的杂质。

3.  根据权利要求2所述的高强韧性耐腐蚀钢板，其特征在于：其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.11%，硅（Si）0.20%，锰（Mn）0.32%，磷（P）0.008%、硫（S）0.001%，镍（Ni）2.40%，铬（Cr）1.40%，钼（Mo）0.33%，钒（V）0.020%，钙（Ca）0.0030%，余量为铁和不可避免的杂质。

4.  根据权利要求1-3任一权利要求所述的高强韧性耐腐蚀钢板，所述钢板的厚度为10-60mm。

5.  一种高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，包括下述的步骤：铁水预处理脱硫、脱磷步骤，顶底复吹转炉冶炼步骤，LF+RH炉外精炼步骤，钙处理步骤，板坯连铸步骤，板坯缓冷步骤，板坯再加热步骤，高压水除磷步骤，板坯轧制步骤，钢板缓冷步骤，热处理步骤；所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火温度880～900℃，保温时间1.6～2.6min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度665～685℃，保温时间1.8～2.8min/mm，钢板出炉后空冷。

6.  根据权利要求5所述的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，具体步骤如下：
铁水预处理脱硫、脱磷步骤，处理后硫含量0.0019%-0.0032%，铁水温度1262℃-1310℃；
顶底复吹转炉冶炼步骤：终点碳含量目标为0.06％-0.07％，P：0.005％-0.006％，S：0.0035%-0.005%；出钢温度为1622℃-1632℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁、电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、硅铁、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间17-19min；
LF精炼步骤：到站温度1527℃-1535℃，出站温度1656℃-1661℃；
加热时间32-34min，处理周期56-58min；
RH精炼步骤：保真空时间15-16min，真空度0.6mbr；
钙处理步骤：RH后喂钙铁线，钙处理后软吹氩21-25min，软吹过程钢液面无裸露；
板坯连铸步骤：拉速为0.93-0.94m/min，全氩气保护浇铸；
熔炼分析得到钢板的化学成分为：C：0.10%-0.13%，Si：0.15 %-0.21%，Mn：0.27%-0.39%，P：0.009%-0.010%，S：0.001%-0.003%，Ni:2.33%-2.47%，Cr：1.34%-1.49%，Mo：0.41%-0.46%，V：0.016%-0.027%，Ca：0.0024%-0.0036%；
板坯下线缓冷58h-87h；
连铸坯再加热步骤：加热时间160-205min，出炉温度1175-1188℃；
高压水除磷：板坯出炉后进行高压水除磷，高压水压力20MPa；
板坯轧制步骤：开轧温度：1133℃-1145℃，终轧温度：924℃-966℃；钢板缓冷至100℃以下；
所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火温度880～900℃，保温时间1.6～2.6min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度665～685℃，保温时间1.8～2.8min/mm，钢板出炉后空冷。

7.   根据权利要求6所述的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火＋回火工艺：淬火温度889℃，保温时间1.8min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度678℃，保温时间2.5min/mm，钢板出炉后空冷。

8.   根据权利要求6所述的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火＋回火工艺：淬火温度895℃，保温时间2.5min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度669℃，保温时间2.0min/mm，钢板出炉后空冷。

9.   根据权利要求6所述的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火＋回火工艺：淬火温度884℃，保温时间2.1min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度673℃，保温时间1.9min/mm，钢板出炉后空冷。

说明书一种高强韧性耐腐蚀钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料制造的技术领域，具体涉及的是一种高强韧性耐腐蚀钢板及其制造方法。
背景技术
随着海洋战略的实施，海洋环境下使用的钢板越来越多，由于海洋环境中含有氯离子（Cl-），对钢材腐蚀严重。从海洋大气到深海温度变化大，要求钢板的具有良好的低温韧性。海洋环境下使用的结构、装备等随着科学技术的进步，强度要求越来越高。目前在海洋环境下使用的钢板有的只能满足其高强度或高韧性或一定的耐腐蚀性，无法同时满足高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性，不能满足海洋环境下的使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高强韧性耐腐蚀钢板及其制造方法，本发明所涉及的高强韧性耐腐蚀钢板抗拉强度达到800MPa以上，-70℃横向冲击功不小于100J，耐腐蚀性能是普碳钢的2.35倍以上，具有良好的高强韧性和耐腐蚀性能，焊接性能优良；同时该发明所提供的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，采用转炉冶炼、LF+RH炉外精炼、淬火+回火热处理等，保证钢质纯净，组织均匀，使钢的抗拉强度达到800MPa以上和-70℃横向冲击功不小于100J。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种高强韧性耐腐蚀钢板，其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.10～0.13%，硅（Si）0.10～0.30%，锰（Mn）0.25～0.40%，磷（P）≤0.015%、硫（S）≤0.010%，镍（Ni）2.30-2.50%，铬（Cr）1.30～1.50%，钼（Mo）0.28～0.38%，钒（V）0.010～0.030%，钙（Ca）0.0015～0.0045%，余量为铁和不可避免的杂质。
一种高强韧性耐腐蚀钢板，其优选方案是，其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.10～0.12%，硅（Si）0.15～0.25%，锰（Mn）0.28～0.35%，磷（P）≤0.012%、硫（S）≤0.008%，镍（Ni）2.35-2.45%，铬（Cr）1.35～1.45%，钼（Mo）0.30～0.36%，钒（V）0.015～0.025%，钙（Ca）0.0020～0.0040%，余量为铁和不可避免的杂质。
一种高强韧性耐腐蚀钢板，最优方案为，其组分及各组分按重量百分比为：碳（C）0.11%，硅（Si）0.20%，锰（Mn）0.32%，磷（P）0.008%、硫（S）0.001%，镍（Ni）2.40%，铬（Cr）1.40%，钼（Mo）0.33%，钒（V）0.020%，钙（Ca）0.0030%，余量为铁和不可避免的杂质。
所生产钢板的厚度为10-60mm。
本发明的另一目的，在于提供一种高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，包括下述的步骤：铁水预处理脱硫、脱磷步骤，顶底复吹转炉冶炼步骤，LF+RH炉外精炼步骤，钙处理步骤，板坯连铸步骤，板坯缓冷步骤，板坯再加热步骤，高压水除磷步骤，板坯轧制步骤，钢板缓冷步骤，热处理步骤；所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火温度880～900℃，保温时间1.6～2.6min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度665～685℃，保温时间1.8～2.8min/mm，钢板出炉后空冷。
本发明的高强韧性耐腐蚀钢板的制造方法，具体步骤如下：
铁水预处理脱硫、脱磷步骤，处理后硫含量0.0019%-0.0032%，铁水温度1262℃-1310℃；
顶底复吹转炉冶炼步骤：终点碳含量目标为0.06％-0.07％，P：0.005％-0.006％，S：0.0035%-0.005%；出钢温度为1622℃-1632℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁、电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、硅铁、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间17-19min；
LF精炼步骤：到站温度1527℃-1535℃，出站温度1656℃-1661℃。加热时间32-34min，处理周期56-58min；
RH精炼步骤：保真空时间15-16min，真空度0.6mbr；
钙处理步骤：RH后喂钙铁线，钙处理后软吹氩21-25min，软吹过程钢液面无裸露；
板坯连铸步骤：拉速为0.93-0.94m/min，全氩气保护浇铸；
熔炼分析得到钢板的化学成分为：C：0.10%-0.13%，Si：0.15 %-0.21%，Mn：0.27%-0.39%，P：0.009%-0.010%，S：0.001%-0.003%，Ni:2.33%-2.47%，Cr：1.34%-1.49%，Mo：0.41%-0.46%，V：0.016%-0.027%，Ca：0.0024%-0.0036%；
板坯下线缓冷58h-87h；
连铸坯再加热步骤：加热时间160-205min，出炉温度1175-1188℃；
高压水除磷：板坯出炉后进行高压水除磷，高压水压力20MPa；
板坯轧制步骤：开轧温度：1133℃-1145℃，终轧温度：924℃-966℃；钢板缓冷至100℃以下；
热处理步骤；所述的热处理的具体步骤为：钢板淬火温度880～900℃，保温时间1.6～2.6min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度665～685℃，保温时间1.8～2.8min/mm，钢板出炉后空冷。
为满足低温韧性要求，一般通过细化晶粒、合金化及提高纯净度等措施以改善铁素体钢的低温韧性。在钢中加Ni，可增加残余奥氏体的含量，促进逆转变奥氏体的形成，使基体的低温韧性得到改善，Ni还能够提高钢的强度和耐蚀性。C、Mn在钢中易偏析，影响组织的均匀性，因此需降低C、Mn含量。加入Cr、Mo，提高钢的淬透性，提高强度和耐蚀性。加入适量的V，细化晶粒，提高强度。当腐蚀发生时，Ca溶解于水呈碱性，能够降低腐蚀前端的pH值，抑制因pH值降低而造成的腐蚀加速；Ca可以使钢中硫化物发生变性，促进上浮，纯净钢质，提高韧性。
采用转炉冶炼生产效率高，钢中残余元素易控制，提高合金收得率，控制合金成分在要求的范围内，需采取最佳加入方式、加入时间。采用炉外精炼减少钢中有害元素如P、S、H等，提高钢的纯净度，进而提高钢的商务质量和综合性能。
钢板在轧制后进行热处理以获得所需求的组织和性能，淬火+回火可获得高强度高韧性。
本发明采用合理的化学成分设计和相匹配的淬火+回火的热处理工艺的是保证钢板具有合理的微观组织和各项力学性能满足标准的必要条件。化学成分设计保证了钢具有良好的耐腐蚀性能及高强度高韧性，合理的热处理工艺能够保证钢板具有均匀的微观组织，从而保证钢板具有良好的常温拉伸性能、低温韧性等指标，保证钢板使用安全性。
本发明的有益效果为：
可根据对上述方案的叙述得知，高强韧性耐腐蚀钢板，抗拉强度达到800MPa以上，-70℃横向冲击功不小于100J，耐腐蚀性能是普碳钢的2.35倍以上，具有良好的高强韧性和耐腐蚀性能，焊接性能优良，广泛应用于海洋结构、设备等。
具体实施方式
为能清楚说明本发明的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1：生产钢板的厚度为10mm。
铁水预处理脱硫、脱磷，处理后硫含量0.0028%，铁水温度1262℃；
转炉冶炼：终点碳含量目标为0.07％，P：0.005％，S：0.005%。出钢温度为1622℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁、电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、硅铁、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间17min；
LF精炼：到站温度1530℃，出站温度1656℃。加热时间33min，处理周期58min。
RH精炼：保真空时间16min，真空度0.6mbr。
钙处理步骤：RH后喂钙铁线，钙处理后软吹氩21min，软吹过程钢液面无裸露；
连铸：拉速为0.93m/min，全氩气保护浇铸；
熔炼分析得到钢板的化学成分为：C：0.10%，Si：0.16%，Mn：0.27%，P：0.009%，S：0.001%，Ni:2.33%，Cr：1.44%，Mo：0.41%，V：0.016%，Ca：0.0024%;
板坯下线缓冷58h。
连铸坯再加热：加热时间160min，出炉温度1188℃。
高压水除磷：板坯出炉后进行高压水除磷，高压水压力20MPa；
开轧温度：1145℃，终轧温度：924℃；钢板缓冷至100℃以下；
钢板淬火＋回火工艺：淬火温度889℃，保温时间1.8min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度678℃，保温时间2.5min/mm，钢板出炉后空冷。
实施例2：本实施例所涉及的钢板厚度为30mm。
铁水预处理脱硫、脱磷，处理后硫含量0.0032%，铁水温度1268℃；
转炉冶炼：终点碳含量目标为0.06％，P：0.006％，S：0.004%。出钢温度为1625℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁、电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、硅铁、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间19min；
LF精炼：到站温度1535℃，出站温度1660℃。加热时间32min，处理周期56min。
RH精炼：保真空时间15min，真空度0.6mbr。RH后喂钙铁线，钙处理后软吹氩25min，软吹过程钢液面无裸露；
连铸：拉速为0.98m/min，全氩气保护浇铸；
熔炼分析得到钢板的化学成分为：C：0.12%，Si：0.21%，Mn：0.33%，P：0.010%，S：0.003%，Ni:2.42%，Cr：1.34%，Mo：0.45%，V：0.027%，Ca：0.0036%;
板坯下线缓冷63h。
连铸坯再加热步骤：加热时间173min，出炉温度1175℃。
高压水除磷：板坯出炉后进行高压水除磷，高压水压力20MPa；
开轧温度：1133℃，终轧温度：959℃；钢板缓冷至100℃以下；
钢板淬火＋回火工艺：淬火温度895℃，保温时间2.5min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度669℃，保温时间2.0min/mm，钢板出炉后空冷。
实施例3：本实施例所涉及的钢板厚度为58mm。
铁水预处理脱硫、脱磷，处理后硫含量0.0019%，铁水温度1310℃；
转炉冶炼：终点碳含量目标为0.07％，P：0.006％，S：0.0035%。出钢温度为1632℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；钼铁、电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰、萤石造顶渣；依次加入硅锰合金、硅铁、铝锰铁、铬铁、钒铁进行合金化，出钢过程吹氩时间17分钟；
LF精炼：到站温度1527℃，出站温度1661℃。加热时间34min，处理周期58min。
RH精炼：保真空时间16min，真空度0.6mbr。RH后喂钙铁线，钙处理后软吹氩23min，软吹过程钢液面无裸露；
连铸：拉速为0.94m/min，全氩气保护浇铸；
熔炼分析得到钢板的化学成分为：C：0.13%，Si：0.15 %，Mn：0.39%，P：0.010%，S：0.002%，Ni:2.47%，Cr：1.49%，Mo：0.46%，V：0.023%，Ca：0.0029%;
板坯下线缓冷87h。
连铸坯再加热：加热时间205min，出炉温度1175℃。
高压水除磷：板坯出炉后进行高压水除磷，高压水压力20MPa；
开轧温度：1133℃，终轧温度：966℃；钢板缓冷至100℃以下；
钢板淬火＋回火工艺：淬火温度884℃，保温时间2.1min/mm，钢板出炉后快速水冷至室温，钢板回火温度673℃，保温时间1.9min/mm，钢板出炉后空冷。
常温拉伸性能如表1所示。
表1 钢板常温拉伸性能

  低温冲击试验：在-70℃进行横向低温冲击试验，冲击试验采用V型缺口，冲击试验结果如表3所示。
表2 钢板-70℃ V型横向冲击试验结果

       腐蚀试验采用室内模拟加速试验，中性盐雾试验参照GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》开展，试样尺寸100×50×4mm，平行样每种材料3片。试验条件：0.5% NaCl，35±1℃；喷雾方式：喷15min，停喷45min，持续8h；保温35±1℃原气氛16 h，共24 h为一周期。本工作分别在第64周期、第102周期、第128周期各取一组(3片)试样测量腐蚀速率，其结果表3。
表3   腐蚀试验结果

本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。