一種耐海洋氣候耐蝕鋼及其生產方法
【專利摘要】一種耐海洋氣候耐蝕鋼，其組分及重量百分比含量為：C≤0.06%，Si≤0.5%，Mn≤1.5%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ni：3.0%~4.5%，Cu：0.8%~2.0%，Al 0.5%~1.0%；生產步驟：常規轉爐冶煉等，并連鑄成坯；對連鑄坯加熱；熱軋；卷取；采用前段冷卻模式冷卻至室溫。本發明由于采取：C含量較低且添加了較高的Ni、Cu，以及少量的Mo或RE元素，并控制鋼水純凈度和夾雜物改性，使鋼板的耐高溫、高濕、高鹽度海洋氣候的腐蝕性能提高。經試驗：全浸試驗7天腐蝕速率不超過0.15mm/a，全浸試驗60天腐蝕速率不超過0.01mm/a，鹽霧腐蝕試驗30天腐蝕速率不超過0.05mm/a，自腐蝕電流密,度不超過1×10?5A/cm2；成本可比現有技術降低不低于10%。
【專利說明】
-種耐海洋氣候耐蝕鋼及其生產方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種耐腐蝕鋼及其生產方法，具體地屬于一種耐高溫、耐濕及耐高鹽 分的海洋氣候下用鋼及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 耐候鋼是在鋼中添加 P、Cu、Cr等耐蝕合金元素，通過誘防誘"的方式來防止基 體進一步腐蝕。目前國內外應用的耐候鋼大多針對陸地工業大氣腐蝕環境而言，而對海濱 地區耐候鋼的研究和應用較少。如經檢索，中國專利申請號:CN201510830756.3的文獻，其 公開了 "一種無儀高初性耐候鋼板及其制造方法"；中國專利申請號為CN201510031313.8的 文獻，其公開了一種"熱社高強低儀銅比厚規格耐候鋼及其生產方法"，其上述兩篇文獻強 調的使陸地工業氣候用耐候鋼。專利"一種耐高濕熱海洋氣候腐蝕鋼板及其制造方法"（申 請號：CN201510634619.2,汪兵等）公開了一種耐高濕熱海洋氣候耐候鋼，其化學成分為： 0.01~0.03%C、0.50~0.60%Si、0.50~0.70%Mn、0.50~0.60%Cu、0.50~0.60%Ni、 3.00~3.50%Cr、0.30~0.50%Mo、0.02~0.04%Nb、0.80~1.00%Al、0.20~0.30%Sn、 0.06~0.10%56，《0.03%?、《0.008%5，其生產工藝為鐵水脫硫一轉爐頂底復合吹煉一 爐外精煉^連鑄^熱連社^卷取^精整^檢驗入庫，由于該鋼添加了較高含量的Cr，可提 升使用初期鋼板的耐蝕性，但因為&元素的點蝕作用，鋼板使用一段時間后腐蝕速度會逐 漸加速。此外，由于添加易揮發有毒元素 Sn、Sb等元素，導致冶煉時難度增加和環境污染。專 利"一種高性能耐海洋氣候鋼板及其制造方法"（申請號：CN201410299647.9,劉自成等）公 開了一種高性能耐海洋氣候鋼板及其制造方法，其成分重量百分比為:C0.040~0.080%、 《0.30%Si、0.40~0.80%Mn、《0.015%P、《0.003%S、0.15~0.45%Cu、1.25~1.85% Ni、0.15~0.45%Mo、0.007~0.013%Ti、0.015~0.030%Nb、s0.035~0.065%Al、《 0.0050%N、0.001~0.004%化、其余為化和不可避免的夾雜。此外，日本的J??鋼鐵公司也 公開了兩種耐海洋氣候優良的耐蝕鋼，其化學成分為:0. 〇2%C，0.29%Si，0.92%Mn，0.005%P， 0.005%S，0.37%Cu，2.68%Ni，^及0.07%C，0.31%Si，0.68%Mn，0.003%P，0.002%S，0.32%Mo， 1.44%Ni(Estimation of corrosion loss for Ni-added high corrosion resistant weathering steel based on field exposure test, Isamu Kage et al. Zalryo-to - Kankyo 2006(152-158)，P55)。上述發明鋼種雖然都具有一定的耐候性能，但在高溫、高 濕、高鹽度等惡劣環境下，鋼板腐蝕速率仍然較快。而且，在海濱地區實際使用過程中，其鋼 板表面必須經表面處理(如純化處理、憐化處理，）后方能安全使用，從而導致加工和使用成 本增加，鋼板耐蝕性能仍有待進一步提高。
[0003] 隨著我國海洋經濟的快速發展，W及國防建設從近海防御向深海發展，耐海洋氣 候耐候鋼勢必將得到大力推廣和使用。W我國南海海域為例，該海域不僅是我國重要的軍 事戰略重地，保障我國能源安全的重要海上通道，也是我國最大的熱帶漁場W及未來重要 的礦產和能源潛在供應基地，豐富的物產和油氣資源致使南海成為世界各國竟相掠奪的焦 點。近年來，國家加快了南海島礁工程建設，但是由于接近赤道，加之終年高溫、高濕、高鹽、 及干濕循環等特點，現有的普通低合金鋼和耐候鋼在南海海域很快就會因腐蝕而誘層剝 落、耐蝕性降低等現象。惡劣的服役環境，致使低合金鋼和普通耐候鋼在該區域根本無法使 用。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種特別是適應高溫、高濕、高鹽度下海洋氣候特點的耐候鋼及其生 產方法，其能使鋼板耐蝕性能較普通低合金鋼和耐候鋼的耐蝕性能幅提升至少10%，且成分 簡單，易操作，成本可降低至少10%。
[0005] 實現上述目的的措施： 一種耐海洋氣候耐蝕鋼，其組分及重量百分比含量為：(：《0.06%，51《0.5%，111《 1.5%，P《0.010%，S《0.005%，Ni : 3.0%~4.5%，Cu: 0.8%~2.0%，A1 0.5%~1.0%，其余為化及不 可避免的雜質。
[0006] 其在于：添加有:M〇:0.2%~0.5%或RE:0.010%~0.030%或Ca 0.02~0. 30%或其中兩 種W上的復合。
[0007] 生產一種耐海洋氣候耐蝕鋼的方法，其步驟： 1) 常規轉爐冶煉、爐外精煉及加巧線助理，并連鑄成巧； 2) 對連鑄巧加熱，加熱溫度為1150~1200°C，并在此溫度下保溫3~化； 3) 進行熱社，并控制粗社開社溫度在1030~1070°C，精社社制溫度在850~890°C ; 4) 進行卷取，控制卷取溫度在630~670°C ; 5) 采用前段冷卻模式冷卻至室溫。
[000引本發明各元素及主要工藝的作用： C:本發明鋼中C的含量為《0.08%，C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，為了 保證鋼種具有良好的耐蝕性，將C含量限制在《0.06%，W下。
[0009] Si:Si能否改善鋼的耐候性還存在著很大爭議，研究發現，大顆粒a-Fe2化和磁性α- FeOOH會阻礙保護性誘層的形成，增加碳鋼的腐蝕速率。與此相反，碳鋼腐蝕速率則會由于 超順磁性的a-FeOOH對顆粒的細化得到減小。
[0010] P: P是提高鋼的耐大氣腐蝕性能最有效的合金之一，通常憐元素與銅元素配合，它 們可W促使鋼的均勻溶解，加快加速Fe2+向Fe3+的轉化，使鋼形成致密的誘層。在耐候鋼中， 憐的含量一般控制在0.06%~0.10%，當憐含量過高時，易偏析導致成分不均勻，導致機 械性能降低和焊接性能下降。
[0011] Ni :在鋼中添加合金元素 Μ能使其自腐蝕電位正移，從而增加其穩定性。由于Μ 元素富集在誘層中，使誘層晶粒得到細化，致密性增加，生成了具備保護功能的誘層，因此 氯離子難W透過誘層與鋼基體接觸，從而使得耐候鋼腐蝕速率得到降低。Ni可W顯著提高 鋼在高C1環境中的耐蝕性，其作用主要體現在兩個方面:一是Ni促進誘層的相變轉變，使不 穩定的徑基氧化鐵轉變為最穩定的a-FeOOH，二是Μ元素的存在，可改變誘層的生產方式， 使得誘層與基體界面形態由平滑界面變為"齒形"界面，增加誘層與基體的結合度，避免了 誘層的剝落。試驗研究表明，隨著Μ含量的提高，鋼的耐蝕性逐漸增加，但當含量超過5%W 后，鋼板耐蝕性與Ni含量的增加再無線性關系，因此，在本發明中將Ni含量確定為3.0%~ 4.5%之間。
[0012] Cu:在所有耐蝕合金元素中，Cu是最為有效元素之一。Cu在鋼中wCuO形式在內誘 層中富集，能很好的隔離腐蝕性介質，減輕了氯離子對腐蝕的促進作用，并增大鋼的極化電 阻，導致誘層的保護性增強.從而提高了鋼的海洋大氣腐蝕性能。而且，隨著化含量的增加， 鋼的耐蝕逐漸增強，但當化含量超過2.0%，由于Cu在化中溶解度的限制，連鑄和社制過程中 會產生鑄巧裂紋、液析等缺陷，因此，本發明中化含量確定為0.8%~2.0%之間。
[0013] A1:A1元素 W二價納米尺度復雜氧化物存在于內誘層中，能增加電荷傳質電阻，從 而抑制了腐蝕進程。
[0014] 1?6:稀±元素由于其極強的脫氧、脫硫能力，常作鋼的凈化劑。RE提高耐候鋼的耐 蝕性主要表現在它可改變夾雜物在鋼中的存在狀態，減少大夾雜物數量，細化晶粒，降低腐 蝕源點。
[001引化:微量Ca加人耐候鋼中不僅可有效避免其使用過程中誘液流掛，還能能改善鋼 的整體耐大氣腐蝕性。此外，在鋼表面形成的電解液薄膜中，微量化能與0、S元素結合生成 化0和化S并溶解于其中，增大了腐蝕界面堿性，使得誘層轉變為質地致密的a-FeOOH而提高 其耐蝕性。
[0016] Mo:Mo的作用主要體現在提高鋼的抗點蝕性能，同時Mo元素生成的不溶性鹽在穩 定誘層中富集，鋼中Mo的添加量在0.4%~0.5%時，在大氣腐蝕環境下尤其是在工業大氣 中，其腐蝕速率可降低50 % W上。
[0017] 發明鋼中添加了較高含量的Ni、Cu合金元素而摸棄常用耐候元素吐，運主要是因 為在高溫高濕高鹽度海洋氣候條件下，雖然合金元素 Cr在短期內可提升鋼板的耐蝕性，但 隨時間的延長，由于&元素形成的點蝕會加速鋼板腐蝕。而較高含量的Ni，Cu形成的致密保 護膜，則可有效阻礙鋼板的進一步腐蝕。
[0018] 本發明鋼種冶煉時，采用轉爐冶煉及爐外精煉，W及精煉后鋼水喂化線處理。運主 要是因為可提高鋼質純凈度，改善鋼中夾雜物的形貌，從而提高鋼板耐蝕性。
[0019] 本發明社制時采用低溫燒鋼，主要是當鋼中的Cu含量較高時，容易在鑄巧表面形 成一層液析層。運些液析層，很難通過高壓水除鱗和去除，從而導致鋼板表面質量變差，出 現較多氧化鐵皮壓入，麻坑等表面缺陷。
[0020] 本發明與現有技術相比，由于鋼中C含量較低且添加了較高的Ni、Cu，W及少量的 Mo或RE等元素，W及控制鋼水純凈度和鋼中夾雜物改性，W達到提高鋼板耐蝕性，特別是耐 高溫、高濕、高鹽度海洋氣候特點。經試驗:全浸試驗7天腐蝕速率不超過0.15mm/a，全浸試 驗60天腐蝕速率不超過0.0 lmm/a，鹽霧腐蝕試驗30天腐蝕速率不超過0.05mm/a，自腐蝕電 流密，度不超過1 X l(T5A/cm2，且成分簡單，易操作，成本可比現有技術降低不低于10%。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發明鋼種在南海某島蝸掛片試驗的實物圖； 圖2是本發明鋼種在南海某島蝸掛片試驗誘層形貌； 圖3是本發明鋼種在南海某島蝸掛片試驗誘層形貌； 說明：圖1中深色部分為誘蝕部分。
【具體實施方式】
[0022] 下面對本發明予W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監測情況列表。
[0023] 本發明各實施例按照W下步驟生產： 1) 常規轉爐冶煉、爐外精煉及加巧線助理，并連鑄成巧； 2) 對連鑄巧加熱，加熱溫度為1150~1200°C，并在此溫度下保溫3~化； 3) 進行熱社，并控制粗社開社溫度在1030~1070°C，精社社制溫度在850~890°C ; 4) 進行卷取，控制卷取溫度在630~670°C ; 5) 采用前段冷卻模式冷卻至室溫。
[0024] 表1本發明各實施例及對比例的取值列表wt%
注:Q235鋼為對比試驗鋼 表2本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表
注：：自腐蝕電流密度電流越高，腐蝕速率越快。
[0025] 從表3可W看出，本發明鋼在全浸試驗初期，其腐蝕速率與Q235鋼相當，但隨著時 間的延長，其耐蝕性能逐漸增強，全浸60天時，其腐蝕速率約為Q235鋼的1/3。鹽霧腐蝕30 天后，其腐蝕速率約為Q235鋼的1/2。電化學實驗表明，發明鋼的腐蝕速率，也明顯低于Q235 鋼。此外，南海島礁實地掛片腐蝕試驗表明，本發明鋼種誘層連續致密、無空桐且誘層與基 體結合牢固，發明鋼耐蝕性因此較高。另根據統計，噸鋼成本降低在10.5%。
[0026]上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發明的實施方式的限定。
【主權項】
1. 一種耐海洋氣候耐蝕鋼，其組分及重量百分比含量為：C<0.06%，Si彡Ο . 5%，Mn彡 1 · 5%，P彡Ο · 010%，S彡Ο · 005%，Ni : 3 · 0%~4 · 5%，Cu: Ο · 8%~2 · 0%，A1 Ο · 5%~1 · 0%，其余為Fe及不 可避免的雜質。2. 如權利要求1所述的一種耐海洋氣候腐蝕鋼，其特征在于:添加有:Mo: 0.2%~0.5%或 1^:0.010%~0.030%或0&0.02~0.30%或其中兩種以上的復合。3. 生產如權利要求1所述的一種耐海洋氣候腐蝕鋼的方法，其步驟： 1)常規轉爐冶煉、爐外精煉及加鈣線助理，并連鑄成坯； 2 )對連鑄坯加熱，加熱溫度為1150~1200 °C，并在此溫度下保溫3~5h; 3) 進行熱乳，并控制粗乳開乳溫度在1030~1070 °C，精乳乳制溫度在850~890 °C; 4) 進行卷取，控制卷取溫度在630~670°C ; 5) 采用前段冷卻模式冷卻至室溫。
【文檔編號】C22C38/06GK106011658SQ201610539721
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】尹云洋, 付勇濤, 方芳, 嚴翔, 楊治爭, 朱叢茂, 郭斌, 管計生, 陳瑋
【申請人】武漢鋼鐵股份有限公司