一种不易生锈的耐候钢及其生产方法与流程

本发明属于耐候钢生产领域，具体涉及一种不易生锈的耐候钢及其生产方法。

背景技术：

1、耐候钢是在普碳钢中添加少量cu、cr、ni等耐蚀合金元素冶炼而成。耐候钢具有优异的耐大气腐蚀性能，主要原因为其发生锈蚀后表面形成一层致密且稳定的保护性锈层。耐候钢的耐蚀性介于普碳钢和不锈钢之间，其耐腐蚀性能是普碳钢的2～5倍，耐腐蚀性能较普碳钢得到显著提高。尤其是耐候钢在含氯离子的海洋大气环境中的腐蚀形态为均匀腐蚀，不会像不锈钢出现点蚀。但是由于含氯离子的海洋大气环境对耐候钢的侵蚀特别严重，耐候钢在该环境中腐蚀减薄仍十分严重。可见，现今缺少在海洋大气环境中耐蚀性较高的耐候钢，钢结构在海洋大气环境地区的使用寿命较短。

2、经检索，中国专利申请号为cn202010044231.8的专利文献，公开了“一种耐高温高湿高盐雾海洋大气环境的耐候钢及制备方法”，其化学成分重量百分比为：c：0.03～0.07％，si：0.35～0.55％，mn：1.15～1.35％，p：≤0.01％，s：≤0.025％，cu：0.25～0.45％，cr：2.5～3.5％，ni：0.9～1.1％，mo：0.05～0.15％，sn：0～0.6％，其余为fe，通过真空感应炉冶炼出符合成分设计范围的钢锭，经过后续控轧控冷工艺，最终得到组织为铁素体+珠光体或贝氏体的耐候钢。在严酷的高温高湿高盐雾海洋大气环境中，该专利申请中cr、ni、mo、sn含量添加较低时难以在锈层中富集，耐候钢“以锈止锈”作用不能很好的发挥，导致其海洋大气环境中耐腐蚀性能仍然不太理想。

3、中国专利申请号为cn201980073445.3的专利文献，公开了“具有良好耐海水腐蚀性能的结构用高强度钢和制造其的方法”，其化学成分质量百分比为：0.03％～0.1％的c、0.1％～0.8％的si、0.3％～1.5％的mn、0.5％～1.5％的cr、0.1％～0.5％的cu、0.01％～0.08％的al、0.01％～0.1％的ti、0.05％～0.1％的ni、0.002％～0.07％的nb、0.03％或更小的p、0.02％或更小的s、以及余量的fe和不可避免的杂质，具有以面积分数计包含以下的显微组织：20％或更大的铁素体+珠光体或贝氏体、总计小于80％的多边形铁素体和针状铁素体、以及小于10％的作为其他相的珠光体和ma。该专利申请中cr、ni等合金添加量较少，同样存在难以形成保护性锈层的问题，其海洋大气环境中耐腐蚀性能仍然不太理想。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种不易生锈的耐候钢及其生产方法，通过适量添加cu、cr、sb等合金元素，并采用钛微合金化，配合控轧控冷工艺，获得高强度、低屈强比和优良韧性的在海洋大气环境中使用的高耐蚀耐候钢。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种不易生锈的耐候钢，其组分及重量百分比含量为：c 0.02％～0.07％、si0.20％～0.50％、mn 0.20％～0.50％、cu 0.2％～0.4％、cr 6％～10％、sb 0～0.13％、p0.005％～0.12％、ti 0.05％～0.10％，s≤0.01％，其余为fe及不可避免的杂质。

4、按上述方案，c优选为0.02％～0.05％。

5、按上述方案，cu优选为0.3％～0.4％。

6、按上述方案，cr优选为7％～10％。

7、按上述方案，sb优选为0.08％～0.13％。

8、按上述方案，p优选为0.07％～0.12％。

9、通过以上元素组分含量的优选，可以进一步提高耐候钢的耐海洋大气腐蚀性能。

10、上述不易生锈的耐候钢的金相组织为铁素体+少量珠光体或贝氏体，晶粒度≥10，夹杂物级别≤1级；力学性能如下：屈服强度rt0.5为420～720mpa，抗拉强度rm为520～850mpa，屈强比rt0.5/rm≤0.9，断后延伸率a50mm≥20％，-20℃冲击功kv2≥100j。

11、上述不易生锈的耐候钢依据gb/t 19746-2018《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》标准开展试验，7天周浸腐蚀速率＜1.5mm/a，相对普碳钢q345腐蚀率不高于30％；依据gb/t17897-2016《金属和合金的腐蚀不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》标准进行点蚀试验，腐蚀速率＜5mm/a，点蚀深度＜0.5mm。

12、上述不易生锈的耐候钢的生产方法，其步骤为：

13、1)转炉冶炼、rh真空进行钙处理、浇注成坯；

14、2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；

15、3)粗轧开始温度为1100～1200℃，粗轧终了温度为900～960℃，总下率60％～80％；

16、4)精轧开始温度为870～900℃，精轧终了温度为800～870℃，精轧累积压下率不低于75％，经过7～12道次轧制成1.5～10mm厚钢板；

17、5)进行层流冷却，在冷却速度为10～25℃/s下冷却至500～600℃，卷曲待用。

18、本发明中各元素及主要工序的作用如下：

19、碳(c)：碳是钢中的强化元素，但是过高的碳容易造成碳偏析的产生，对钢材的延性、焊接性能产生负面影响。本发明碳含量限制在0.02％～0.07％。

20、硅(si)：硅是钢中的固溶强化元素，能够提高钢的强度和韧性，但是过高的硅会降低钢材的冲击韧性和焊接性能。另外，锈层中含硅容易造成产生裂纹，使耐候钢的耐蚀性降低。因此，本发明硅含量限制在较低范围，控制在0.20％～0.50％。

21、锰(mn)：锰是钢的固溶强化元素，添加锰可以弥补低碳或超低碳造成的强度下降，但是锰特别容易与钢中的s结合形成mns夹杂，mns夹杂的产生将降低钢材的力学性能和耐腐蚀性能。因此，本发明锰含量限制在0.2％～0.5％。

22、铜(cu)：铜可以起到固溶强化作用，与磷元素协同，在锈层中富集，提高锈层的致密性，进而提高钢材的耐腐蚀性能。但是过量添加铜元素将引起钢的热脆。因此，本发明铜含量限制在0.2％～0.4％。

23、铬(cr)：铬元素能使钢材表面形成铬的钝化膜，形成钝态，自腐蚀电位和化学稳定性均得到提高，进而减缓初期腐蚀的发生。在钢材锈蚀后铬元素可以在腐蚀产物膜层中出现富集，促使非晶态α-feooh生成，生成致密的保护性内锈层形成，提高耐海洋大气腐蚀性能。较低的铬含量难以形成致密的铬的钝化膜，而过高的铬含量会增加成本。因此，本发明中铬含量限制在6％～10％。

24、锑(sb)：锑元素可以在锈层中生成稳定的sb2o3、sb2o5氧化物，提高锈层的保护性。另外，锑元素的添加能够提高钢材抗酸性介质的腐蚀，对沿海工业环境中提升钢材耐蚀性能非常有利；但是锑添加量超过0.13％后耐蚀反而出现下降趋势。因此，本发明锑含量限制在0％～0.13％。

25、磷(p)：磷元素是钢中的有害元素，会造成组织偏析，降低钢板的低温韧性和焊接性能。但是磷元素可以与铜元素协同作用提高钢材的耐腐蚀性能，其可以在锈层中形成磷酸盐，可以沉积铁离子，堵塞锈层中的孔洞和裂纹，进而提高锈层阻隔腐蚀介质渗入基体效果。因此，本发明控制磷含量限制在0.005％～0.12％。

26、钛(ti)：钛元素是微合金元素，少量的添加配合控轧控冷工艺即可大幅提高钢材的性能。因此，本发明钛含量限制在0.05％～0.10％。

27、硫(s)：硫是钢中的有害元素，容易与锰元素生成的硫化锰夹杂物，进而影响钢材的力学性能和耐腐蚀性能。因此，本发明控制硫的含量≤0.002％。

28、本发明对钢水进行rh真空处理结合钛微合金化，钛在钢水凝固阶段形成大量细小、弥散分布、不溶于奥氏体的tin/tic颗粒；tin/tic颗粒具有强烈的沉淀强化作用，并且使诱使铁素体形核，从而使晶粒细化；另外配合tmcp工艺技术制备，最终获得细小的铁素体+珠光体或贝氏体组织，使钢材具有较高的强度和韧性。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、(1)本发明在c、si、mn基础成分体系中通过适量添加cu、cr、sb等合金元素，并采用钛微合金化，配合控轧控冷工艺，获得高强度、低屈强比和优良韧性的在海洋大气环境中使用的高耐蚀耐候钢。

31、(2)本发明通过调配cu、cr、sb等合金元素，尤其是cr添加量超过6％含量，达到该量后钢材表面铬元素与氧反应形成氧化铬，在钢材表面形成钝化膜，使钢材表面处于钝化态，自腐蚀电位和化学稳定性均得到提高，进而减缓初期腐蚀的发生；另一方面cr在钢材锈蚀后腐蚀产物膜层中出现富集，促使非晶态α-feooh生成，生成致密的保护性内锈层形成，提高耐海洋大气腐蚀性能；而且，mo、ni为贵金属，通常情况下需要添加至一定含量后才能对耐蚀性有较大提升，本发明中大幅提高cr的含量至6％以上，减少mo、ni贵合金的添加，耐蚀性能提升效果更为明显，经济性更高；另外cu、p两元素发挥协同作用，在钢板锈蚀后锈层中富集，提高锈层的保护性。

32、(3)本发明所述不易生锈的耐候钢依据gb/t 19746-2018《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》标准开展试验，7天周浸腐蚀速率＜1.5mm/a，相对普碳钢q345腐蚀率不高于30％；依据gb/t17897-2016《金属和合金的腐蚀不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》标准进行点蚀试验，腐蚀速率＜5mm/a，点蚀深度＜0.5mm。