本發明涉及耐腐蝕鋼材，特別涉及一種高強度耐海水腐蝕鋼。
背景技術：
：海洋環境是一種復雜的腐蝕環境。在這種環境中，海水本身是一種強的腐蝕介質，同時波、浪、潮、流又對金屬構件產生低頻往復應力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產物等都對腐蝕過程產生直接或間接的加速作用。海洋腐蝕一般為分為以下腐蝕方式：①點腐蝕：海水是一種高含鹽、高電導性的溶液。局部表面腐蝕坑的腐蝕特征判斷，其腐蝕類型為點腐蝕，管束的腐蝕泄漏是管束內點腐蝕引起。②氧腐蝕：海水中富含的氧對換熱器管束內表面產生以氧去極化腐蝕為主的電化學腐蝕。反應式如下：陽極過程：M→M2++2e（M-Fe）陰極過程：1/2O2＋H2O+2e→OH－。③氧化物腐蝕：在海水環境中，當金屬表面有氧化鐵銹垢時，氧化物電位高，成為陰極；金屬表面電位低，成為陽極，因此產生電偶腐蝕。由于鋼材表面局部點腐蝕形成了氧化物銹垢，因此內表面也存在氧化物腐蝕，腐蝕反應式如下：4Fe2O3+Fe—3Fe3O4。海水一般含氯離子20000ppm左右，因此海水腐蝕主要是防氯離子的應力腐蝕，該腐蝕不易發現，一旦發現則易出現應力開裂等致命問題，因此現有技術都在普通的C-Mn耐腐蝕鋼或者在碳錳鋼基礎上，添加Cr、Ti、V等元素來提高其耐腐蝕性能，這些元素的添加雖然是耐腐蝕性能有一定的提高，但是會影響鋼的強度等理化性質。且含有鉻、鉬、鎳氮合金成分的雙相耐腐蝕鋼2205價格昂貴，導致生產成本上升。隨著跨海大橋、海洋油氣田開采的迅速崛起，耐海水腐蝕用鋼需求量迅猛增加，耐海水腐蝕鋼開發技術難度大，主要由于鑄坯質量及帶鋼質量要求嚴格難于控制，需要掌握生產技術訣竅，目前生產企業較少，主要依賴進口滿足市場需求，因此耐海水腐蝕用鋼附加值較高，成為目前最有競爭力的產品。技術實現要素：本發明的技術任務是針對以上現有技術的不足，本發明提出了一種高強度耐腐蝕鋼。本發明解決其技術問題的技術方案是：一種高強度耐腐蝕鋼，其特征在于：鋼的化學成分及質量百分比為：C：≤0.09%；Si：≤0.40%；Mn：0.80~0.90%；P：0.090~0.10%；S≤0.005%；Al：0.02~0.06%；Cu：0.52~0.58%；Ni：0.42~0.48%；Ti：0.030~0.050%。本發明所述的高強度耐腐蝕鋼具備以下良好效果：1、耐海水腐蝕性是普通mariner鋼的2倍。2、強度高，該耐海水腐蝕鋼屈服強度達到400Mpa以上，抗拉強度達到500Mpa以上，由于強度高廣泛用于海洋鋼板樁領域，滿足深海高強度作業需要。3、避免了加入Cr對鋼材形成點蝕缺陷，采用Cu-P-Ni體系和比例配合、工藝匹配，完全達到Cr成分設計的耐腐蝕鋼的效果，產品合格率高。4、成本低，本發明工藝由于未采用常規加Cr成分設計，噸鋼節省成本100噸/元。本發明高強度耐腐蝕鋼中各化學成分的作用及限定原因如下：C：鋼中碳以碳化物形式存在，是導電元素，增強了電子移動，易形成電位差，從而加快腐蝕，且碳在金屬構件中會造成一定的空隙，容易滲入氯、硫等腐蝕性元素，使碳成為游離態析出，金屬構件出現應力腐蝕，根據金屬腐蝕學原理，滲碳體相當于：鋼是陰極，碳含量升高，相當于陰極數量增多，相應的腐蝕電流增加，腐蝕加速；鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量超過0.23%時鋼的焊接性能降低，同時降低鋼的耐大氣腐蝕能力，因此腐蝕鋼性能要求，本發明中C含量控制在≤0.09%的范圍內。C含量的控制范圍直接關系到鑄坯表面質量的好壞，需要綜合考慮鋼的耐腐蝕、強度及鑄坯表面質量，選擇在C含量控制在≤0.09%的范圍內。此外，該低碳配方下大部分C還可以起到穩定奧氏體的作用，少量C與加入的稀土元素形成R2Fe17Cx夾雜，降低鋼中滲碳體的含量，在增強鋼構件抗腐蝕的同時，降低因C引起的點腐蝕。Si：在煉鋼過程中除作為還原劑和脫氧劑，還具有強化鐵素體，提高耐熱性和耐腐蝕性的作用；在腐蝕環境中在鋼材表面形成Si氧化物皮膜，具有使耐腐蝕性提高的作用，因此在本發明中是需要而不可欠缺的元素。若Si量變得過剩，則局部性地偏析，成為點腐蝕的原因，使耐腐蝕性惡化。本發明中將硅量控制在≤0.40%。Mn：Mn可以提高鋼的強度，但是與S結合而形成MnS，阻礙Cu的硫化物形成的沉淀性皮膜生成，因此是對于耐腐蝕性造成不良影響的元素。含量增加顯著影響鋼的焊接性能，本發明將Mn含量控制在0.80~0.90%。P：P促使鋼表面Fe均勻溶解，避免點蝕形成形成，形成穩定的P氧化物與Cu共同作用在鋼材表面，具有使腐蝕溶解反應減少的作用，形成的磷酸根可以阻止Cl~的滲透，是耐腐蝕性提高所需要的元素。若P量變得過剩，則磷酸局部性地集中而使點腐蝕發生。P含量控制為0.090~0.10%。S：S可以作為在腐蝕環境溶解時，與Cu一起在鋼材表面形成致密的沉淀性皮膜，具有使腐蝕溶解反應減少的作用，是耐腐蝕性提高所需要的元素。若S量變得過剩，則過剩的S與氫離子結合而成為硫化氫，促進鋼材出現裂紋，過剩的S還與Ni形成NiS、與Mn形成MnS、與Fe結合形成FeS這些硫化物在潮濕環境下易發生電化學腐蝕，因此本發明中S含量明顯低于現有技術方案，將S含量控制在0.005%以下，但是因其與稀土、Cu的協同作用，雖然含量低于現有技術，但仍保留了其抗腐蝕能力。Al：Al由細化晶粒，改善鋼低溫沖擊韌性的作用，且與氧形成穩定的Al氧化物，在鋼材表面形成致密氧化物皮膜，具有使腐蝕溶解反應減少的作用，是耐腐蝕性提高所需要的元素。Al量變得過剩，則局部性地偏析而成為鋼出現點腐蝕的原因，使耐腐蝕性惡化。本發明Al含量控制在0.02~0.06%。Cu：Cu在一定條件下可以促進鋼產生陽極鈍化，與P協同作用使尖晶石化合物非晶質化，在基體與銹層之間形成以Cu、P為主要成分的阻擋層，它與基體結合牢固，因而具有較好的保護作用，降低鋼的腐蝕速率；且Cu可以與S一起形成致密的沉淀性皮膜，具有使腐蝕反應減少的作用，是耐腐蝕性提高所需要的元素。若Cu量變得過剩，則不僅焊接性和熱加工性的劣化，而且由于與周邊的電位差致使發生點腐蝕。本發明Cu含量控制在0.52~0.58%。Ni：Ni在鋼中是穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素，起到消除殘余鐵素體的作用。但是Ni的過剩的添加，會增加C在奧氏體中的溶解度，促進陰極反應，成為點腐蝕和裂紋的原因，反而使耐腐蝕性惡化，因此本發明Ni含量控制在0.42~0.48%。Ti：Ti在鋼中能起到固氮作用，防止晶界出現碳氮化合物，可以有效阻止晶界裂紋，同時有效防止晶間腐蝕，提高鋼的耐腐蝕性能，另外鋼中加入Ti能提高鋼的強度。因此本發明Ti含量控制在0.030-0.050%。RE：稀土中的Yb可以與C、Fe反應形成化合物，凈化鋼液，其中稀土化合物在鋼液中與氧化鋁夾雜形成復雜的球狀化合物，稀土元素可以使P在晶界上的宏觀偏析減少，并使P在各相中分布均勻，提高Cu的溶解度，消除P對鋼韌性的危害和Cu脆現象，間接起到提高鋼鐵耐腐蝕的性能，本發明稀土含量控制在0.01～0.05%。Zr：Zr與鋼中C結合生成ZrC成為奧氏體行核中心，起到細化晶粒，提高鋼的韌性的同時增加鋼強度的作用。但是Zr過剩添加反而起不到細化晶粒的作用，究其原因為行核中心趨于飽和，含量過多反而會導致C在晶界析出影響鋼材抗腐蝕性能。含量控制在0.1～0.5%。本發明為了降低生產成本，并未加入現有技術中常見的Cr成分，降低成本的同時也降低了加Cr對鋼材形成點蝕而造成的終產品性能上的難以避免的副作用。本發明通過Cu-P-Ni的配合，加入的Cu與P、S形成化合物在鋼的表面形成致密化合物，達到抗腐蝕的目的。而該體系能實現上述抗腐蝕作用的關鍵在于窄成分設計，低碳、低硫以及Cu、P、Ni成分的比例至關重要，沒有上述比例關系，則無法達到預期的抗腐蝕效果。其中控制Cu：P：Ni的質量比為5.2～6.4：1：4.2～5.3，該比例下Cu、P、Ni在鋼液中作用，終產品鋼的強度和耐腐蝕性大大提高。此外終產品效果與下述工藝控制手段也密切相關：連鑄過程中采用結晶器冷卻水量寬面2800L/min，窄面380L/min，拉速按0.85~0.95m/min控制；專用保護渣，渣的要求為堿度大于1.1，粘度為0.8～1.2Po、熱軋過程中還原性氣氛下控制加熱溫度1220~1250℃、加熱時間≤2小時、控制爐內氣氛，使鋼液各相均勻結晶，降低鋼點腐蝕傾向，提高鋼的耐腐蝕性能。具體實施方式下面結合具體實施例底本發明的高強度耐腐蝕鋼做進一步詳細說明。實施例1一種高強度耐腐蝕鋼組成成分為：C：0.07%；Si：0.20%；Mn：0.90%；P：0.10%；S：0.004%；Al：0.02%；Cu：0.52%；Ni：0.48%；Ti：0.050%；余量為Fe及不可避免雜質。制備上述高強度耐腐蝕鋼的方法包括以下步驟：（1）采用鐵水預處理：本實施例的預處理方式具體為采用噴吹Mg粉工藝，通過Mg與S反應生成MgS，同時加入聚渣劑使MgS夾雜聚集，通過鐵水表面扒渣處理，扒渣干凈后，預處理后鐵水S≤0.005%；（2）轉爐冶煉：轉爐終點C按0.04~0.06%，轉爐出鋼C按0.04~0.06%進行控制，既保證C含量符合技術要求，同時避免C含量過低造成鋼中氧含量高，造成夾雜含量高；而控C的方式可以采用業內常規控碳方法，只要保證其含量結果符合上述范圍即可；（3）LF精煉：精煉時間45分鐘，軟吹時間15分鐘；（4）連鑄：結晶器冷卻水量寬面2800L/min，窄面380L/min，保護渣采用耐腐蝕鋼專用保護渣，其化學成分包括CaO：34.3%；SiO2：28%；MgO：2.6%；Al2O3：3.7%；Na2O：9%；F：9.3%；C：10%；物理性能粘度為0.9po；熔點為1150℃；拉速按0.90m/min控制；（5）熱軋工藝：加熱溫度按1220℃控制、加熱時間120min，采用還原性氣氛。實施例2一種高強度耐腐蝕鋼組成成分為：C：0.09%；Si：0.40%；Mn：0.80%；P：0.10%；S：0.001%；Al：0.05%；Cu：0.55%；Ni：0.42%；Ti：0.03%；Re：0.01%；余量為Fe及不可避免雜質。制備上述高強度耐腐蝕鋼的方法包括以下步驟：（1）采用鐵水預處理：采用噴吹Mg粉工藝，通過Mg與S反應生成MgS，同時加入聚渣劑使MgS夾雜聚集，通過鐵水表面扒渣處理，扒渣干凈后，處理后鐵水S≤0.005%；（2）轉爐冶煉：轉爐終點C≤0.06%；（3）LF精煉：精煉時間40分鐘，軟吹時間15分鐘；（4）連鑄：結晶器冷卻水量寬面2800L/min，窄面380L/min，保護渣采用耐腐蝕鋼專用，其化學成分包括CaO：34.3%；SiO2：28%；MgO：2.6%；Al2O3：3.7%；Na2O：9%；F：9.3%；C：10%；物理性能粘度為0.9Po；熔點為1150℃；拉速按0.95m/min控制；（5）熱軋工藝：加熱溫度按1250℃控制、加熱時間90min，采用還原性氣氛。實施例3一種高強度耐腐蝕鋼組成成分為：C：0.06%；Si：0.28%；Mn：0.75%；P：0.090%；S：0.005%；Al：0.06%；Cu：0.58%；Ni：0.43%；Ti：0.04%；Re：0.05%；Zr：0.3%；余量為Fe及不可避免雜質。制備上述高強度耐腐蝕鋼的方法包括以下步驟：制備上述高強度耐腐蝕鋼的方法包括以下步驟：（1）采用鐵水預處理：采用噴吹Mg粉工藝，通過Mg與S反應生成MgS，同時加入聚渣劑使MgS夾雜聚集，通過鐵水表面扒渣處理，扒渣干凈后，處理后鐵水S≤0.005%；（2）轉爐冶煉：轉爐終點C≤0.06%；（3）LF精煉：精煉時間45分鐘，軟吹時間20分鐘；（4）連鑄：結晶器冷卻水量寬面2800L/min，窄面380L/min，保護渣采用耐腐蝕鋼專用保護渣，其化學成分包括CaO：34.3%；SiO2：28%；MgO：2.6%；Al2O3：3.7%；Na2O：9%；F：9.3%；C：10%；物理性能黏度為0.9Po；熔點為1150℃；，拉速按0.85m/min控制；（5）熱軋工藝：加熱溫度按1240℃控制、加熱時間105min，采用還原性氣氛。通常Cu-P系耐腐蝕鋼中Cu加入量最高為0.58%，Cu含量升高會導致Cu在鋼中出現偏析，導致Cu脆，本發明實施例2中Cu含量增加在稀土的作用下Cu在鋼中各相均勻分布，同時與P化合物、S作用形成致密的耐蝕層，阻止Cl、O等的腐蝕，Cu還具有鈍化陽極，活化陰極的作用，使鋼材耐腐蝕性能提高2倍。此外，本發明實施例3中加入的Zr與C形成奧氏體成核中心，奧氏體組織均勻分布，使鋼中多相均勻分布，有效抑制晶界碳元素偏析防止其在后續加工過程中滲出導致構件在海洋環境中出現隙縫腐蝕。加入稀土元素與S、Al、O等元素結合生成復雜球狀化合物夾雜，消除S、O在鋼表面的偏聚傾向，從而降低點腐蝕發生概率。鋼的腐蝕若是過于均勻則容易造成銹層易脫落，若過于不均與則易造成銹層缺陷，本發明的鋼在銹層上屬于微觀上不均勻，宏觀均勻的腐蝕，因此耐腐蝕性能高于普通含Cr耐海水腐蝕鋼。本發明配方下，Cu：P：Ni質量比為5.2～6.4：1：4.2～5.3時鋼的強度和耐腐蝕性大大提高，其屈服強度為375~450Mpa，抗拉強度為520~600Mpa，72h周期浸潤試驗平均腐蝕率為2.88g/m2/h。實施例1~3的終產品具有良好的抗腐蝕能力，其抗腐蝕能力為實驗數據所證實與含Cr耐海水腐蝕鋼效果相似，但是成本大大降低。對比鋼成分對比如下表：牌號CSiMnPSCuCrNiNbTiAlReZrQ345B0.15~0.190.20~0.301.25~1.50≤0.025≤0.015////////含Cr耐海水腐蝕鋼0.09~0.120.20~0.401.0~1.3≤0.015≤0.0050.50~0.550.5~0.70.40~0.500.02~0.050.01~0.030.01~0.05//實施例10.070.200.900.100.0040.52/0.48/0.0500.02//實施例20,090.400.800.100.010.55/0.42/0.0300.050.01/實施例30.060.280.750.09≤0.0050.58/0.43/0.0400.060.050.31、耐腐蝕性能比較：采用周期浸潤試驗（72小時）對耐海水腐蝕鋼、普通鋼（Q345B）、含Cr耐海水腐蝕鋼進行耐腐蝕對比：鋼種腐蝕速率g/m2/h相對腐蝕速率Q345B（熱軋）5.55100含Cr耐海水腐蝕鋼2.9453實施例13.0254.4實施例22.9252.6實施例32.88522、材料理化性能比較：牌號規格mm屈服強度MPA抗拉強度MPA延伸率%Q345B15.536551323.5含Cr耐海水腐蝕鋼1243055022實施例115.641052026實施例215.637551026實施例315.645060024.5從上述性能情況看，本發明所公開的耐海水腐蝕鋼總體性能優良。3、成本比較：耐海水腐蝕鋼與含Cr耐海水腐蝕鋼相比，改良了工藝，由于沒有加入Cr元素，其他元素成分相差不大，成本較同級別鋼種降低100元/噸。需要說明的是，本發明的特定實施方案已經對本發明進行了詳細描述，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下對它進行的各種顯而易見的改變都在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 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