一种Q460级改进韧性高耐蚀钢板及其生产方法和应用与流程

本发明涉及冶金，具体的说是涉及一种q460级改进韧性高耐蚀钢板及其生产方法和应用。

背景技术：

1、随着岛礁基础设施建设、跨海大桥建设、海滨建筑以及船舶海洋工程的发展，针对海洋大气和海水腐蚀环境的近海结构钢的需求量大大增加。根据近海高湿热、高盐、高辐射和强热带风暴的独特、复杂、多变的海洋腐蚀环境，研究基础设施和重点工程用钢的力学性能、抗腐蚀性能，开发与之相匹配的高耐蚀合金化和组织结构的钢材，是目前冶金工业研究的重点方向之一。

2、公开号cn102586686b的专利公开了一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其生产方法，但是该技术方案中所提供的钢材p含量高，不利于母材和焊接热影响区的韧性。公开号cn104419871b的专利公开了耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法，但是该技术方案中所提供的钢材添加cu、mo较多，cu会增加连铸过程的铸坯裂纹，mo过多提高原料生产成本，同时增加焊接后硬度和增大焊后裂纹敏感性，该发明的技术方案中采用低碳成分设计tmcp+回火工艺生产，厚规格钢板心部受冷速影响，冲击韧性难以稳定。

3、公开号cn112746216b的专利公开了一种耐海洋环境海水干湿交替腐蚀钢板，采用低碳成分设计tmcp工艺生产，厚规格钢板冲击韧性难以稳定，p含量高，不利于母材和焊接热影响区的韧性。

4、基于上述现状，如何提供一种改进的韧性耐腐蚀钢板是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种q460级改进韧性高耐蚀钢板及其生产方法和应用，通过原位分析改进钢板心部质量，c、mn、ni、cu、sb统计偏析度≤0.05。生产岛礁基础设施建设、跨海大桥建设、海滨建筑建设以及船舶海洋工程用钢，具有更优异的理化性质。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、首先，本发明提供了一种q460级改进韧性高耐蚀钢板，所述q460级改进韧性高耐蚀钢板的化学成分重量百分比为：c：0.06％～0.08％，si：0.15％～0.40％，mn：1.28％～1.45％，p≤0.020％，s≤0.003％，nb：0.01％～0.02％，ti：0.01％～0.02％，als：0.02％～0.05％，cu：0.30％～0.70％，ni：0.7％～1.5％，sb：0.08％～0.30％，其余为fe及不可避免的杂质元素。

4、本发明采用ni-cu-sb系耐腐蚀合金设计，其中：

5、ni是一种比较稳定的元素，加入ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性。大气暴露试验表明，当ni含量在4％左右时，能显著提高近海耐大气腐蚀钢的抗大气腐蚀性能。稳定锈层中富集ni能有效抑制cl-离子的侵入，促进保护性锈层生成，降低钢的腐蚀速率。但是较高的ni含量必然导致钢材的成本升高，不利于工业大生产的使用，因此在满足一定海洋耐候性与经济性的平衡考虑下，本发明选择ni质量百分比为0.7％～1.5％。

6、cu作为强化元素越来越多地加入到钢中，尤其是超低碳钢。含铜高纯净钢固溶处理后，铜溶质原子并非均匀分布于铁素体基体，而是以一种不均匀的短程有序形式存在。有序畴的存在可为随后的时效析出创造有利条件，从而对含铜钢的时效强化行为产生一定影响。cu是提高钢的耐大气腐蚀性能十分重要合金元素，向钢中加入适量cu可以显著提高钢的耐腐蚀性能，同时通过固溶强化提高钢的强度，本发明选择cu的质量百分比为0.30％～0.70％。

7、si是钢中强化作用较大的元素，其置换晶格中fe原子产生固溶强化作用。固溶强化的一个显著特点是随着溶质原子的增多，强度、硬度上升，而塑性、韧性下降，强化效果越大，则塑性韧性下降得越多。同时，研究表明在大气腐蚀环境下，含有大量的si，能够增加保护性锈层中顺磁性的α-feooh含量，细化α-feooh，从而减小材料的腐蚀速率。碳钢的腐蚀速率与α-fe2o3及α-feooh的性质有关，大颗粒的α-feooh及磁性α-fe2o3会阻碍保护性锈层的完全形成，导致腐蚀速率增大。而超顺磁性的α-feooh能细化feooh颗粒，从而减小碳钢腐蚀速率。本发明选择si的质量百分比为0.15％～0.40％。

8、mn元素作为低碳钢中常存元素，在一定范围内含量的提高对低碳钢的性能是有利的。mn是提高钢强度最便宜的元素之一，它在钢中能显著扩大奥氏体相区，降低相变温度，细化相变组织，改变组织结构。当c含量较低时mn不仅起到提高强度的作用，并能有效保证塑性和韧性，对低合金钢的耐蚀性也无明显影响。关于低碳锰钢中形变强化相变的研究表明mn含量的提高对奥氏体向铁素体转变的相变过程起延迟作用，完成相变所需应变量增加，但最终得到的铁素体晶粒更细，一般认为在热变形过程中，铁素体的主要恢复机制是动态回复，很难发生动态再结晶。mn扩大钢的奥氏体相区，降低相变点，在热变形过程中mn原子延迟奥氏体再结晶、增大奥氏体形变抗力，对低碳钢的相变及热加工过程中奥氏体变形行为、再结晶行为会产生一定的影响。本发明选择mn的质量百分比为1.28％～1.45％。

9、cr的存在会明显加速电化学腐蚀产物向热力学稳定状态发展，对锈层的分析研究中发现：合金元素cr能明显的加速(fexhyoz)-→γ-feooh→α-feooh→α-fe2o3的转化过程，促进尖晶石化合物的生成；同时，cr能部分取代fe而形成铬铁轻基氧化物crxfe1-xooh，使α-feooh锈层具有阳离子选择性，阻止cl-，so42-向基体表面渗透而使锈层具有保护作用。kamimura利用含cr3+硫酸盐电解液作用下低碳钢干湿交替循环腐蚀试验来研究cr对钢大气腐蚀的影响，发现cr3+对腐蚀速率影响极大，即使表面极化电势达到-200mv(vs sce)时，腐蚀速率仍然很低。穆森包尔光谱研究发现cr3+对锈层的成分并没有明显的影响，但是在锈层与基体界面附近有一富cr区域，这与含cr钢是一致的。由于cr在锈层中的存在，阻碍了锈层的还原及中间态fe2+的形成。但是考虑到cr元素在海洋大气条件下性能，应少加或不加。因此本发明未加入铬。

10、微合金元素nb在钢中的主要作用是：高温下未溶解的nb(c,n)阻止奥氏体晶粒长大；轧制温度下未溶解的或应变诱导析出的nb(c,n)阻止再结晶晶粒长大；轧制温度下固溶的nb和应变诱导析出的nb，当nb含量小于0.1wt％时，随着nb含量的增加微合金碳氮化物对基体的再结晶行为产生抑制作用；固溶的nb对基体γ→α相变产生延迟作用，而nb(c,n)的析出又促进γ→α相变产生；较低温度下沉淀析出的尺寸非常细小的微合金碳氮化物产生强烈的沉淀强化效果，采用微nb轧制技术在轧制过程进一步强化，本发明选择加入质量百分比0.01％～0.02％的nb可以有效降低生产成本。

11、在钢中加入强碳氮化合物形成元素ti能够使c、n原子与之结合为ti(c,n)粒子，而ti(c,n)粒子能阻碍奥氏体的再结晶，从而为细化铁素体晶粒创造条件。一方面ti(c,n)粒子作为第二相沉淀粒子对铁素体基体起沉淀强化作用。这就是含ti微合金钢的物理冶金基础，另一方面ti的加入可以固定钢中的c、n原子实现钢中的无珠光体化净化铁素体晶界增强其耐蚀性能。由于ti与nb具有相似的性质，同时ti的成本远低于nb的，因此考虑用ti代替nb。

12、ti(有效)＝ti(全)-3.4n-3s-tic(应变诱导沉淀)

13、只有钢中ti％≥(3.4n+3s)时，tic粒子的析出强化作用才表现出来。根据铸坯n、s实际稳定含量，本发明采用质量百分比ti 0.01％～0.02％来满足要求。

14、sb在材料的表面形成一层氧化物保护外膜，有效抑制cl-离子的侵入，降低钢的腐蚀速率。增加在海洋气候环境下耐腐蚀性能。过高sb会影响铸坯表面质量，因此，本发明采用质量百分比0.08％～0.30％的sb满足需求。

15、本发明中所述q460级改进韧性高耐蚀钢板，钢板屈服强度≥460mpa，例如498mpa、500mpa、502mpa、504mpa、512mpa、517mpa。

16、本发明中所述q460级改进韧性高耐蚀钢板抗拉强度≥570mpa，例如665mpa、666mpa、673mpa、674mpa、681mpa。

17、本发明中所述q460级改进韧性高耐蚀钢板断后伸长率a≥30％，例如33.5％、34％、34.5％、36％、38.5％。

18、本发明中所述q460级改进韧性高耐蚀钢板钢板低温-60℃冲击韧性kv2≥120j，钢板1/2厚度处的低温-60℃冲击韧性kv2≥120j，抗层状撕裂性能z≥35％。

19、在本发明的某些实施方式中，c的含量为0.06～0.08％，例如0.06％、0.07％或0.08％；

20、si的含量为0.25～0.40％，例如0.25％、0.28％、0.30％、0.39％；

21、mn的含量为1.28～1.45％，例如1.28％、1.29％、1.32％、1.38％、1.39％、1.44％；p的含量≤0.0140％，例如0.014％、0.012％、0.010％、0.009％；

22、s的含量≤0.002％，例如0.002％、0.001％；

23、nb的含量为0.01～0.02％，例如0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.020％；

24、ti的含量为0.01～0.02％，例如0.010％、0.011％、0.017％、0.018％、0.020％；als的含量为0.02～0.05％，例如0.022％、0.025％、0.035％、0.039％、0.045％、0.047％；

25、cu的含量为0.30～0.70％，例如0.30％、0.35％、0.36％、0.45％、0.57％、0.63％；ni的含量为0.7％～1.5％，例如0.74％、0.99％、1.05％、1.29％、1.39％、1.47％、sb的含量为0.08％～0.30％，例如0.09％、0.15％、0.17％、0.20％、0.21％、0.29％。

26、本发明还提供了如上技术方案所述的q460级改进韧性高耐蚀钢板的生产方法，生产流程包括铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼lf→真空处理rh→连铸→加热→轧制→控轧冷却→淬火→回火→精整，关键工艺步骤包括：

27、连铸：钢水过热度小于15℃；连铸采用全保护浇注，避免钢水与空气接触，以控制浇注过程钢水吸收空气中的n，连铸采用凝固末端重压下技术，改善板坯内部偏析和内部疏松。

28、加热：加热炉采用还原性气氛，加热段温度1100℃～1240℃，均热段温度1100℃～1200℃，均热段保温时间≥30min；

29、轧制：粗轧轧制采用大压下制度，保证展宽后有连续三道次压下率≥14％；精轧终轧温度750℃～820℃，精轧前三个道次压下率≥10％；

30、控轧冷却：直接入水，返红温度600℃～660℃，冷速3～10℃/s；

31、淬火：900℃～920℃淬火，在炉时间为板厚mm×(1.4～2.5)min/mm，水冷；淬火保证淬火机高压段压力≥8bar，低压段压力≥3.5bar，淬火后钢板表面温度≤40℃。

32、回火：650～670℃回火，在炉时间为板厚mm×(2.0～3.5)min/mm，空冷+堆冷。回火后进行堆冷，堆冷温度200-300℃，堆冷时间≥24小时才能拆垛。

33、本发明中，所述还原性气氛为混合煤气，可以控制氧含量，减少sb元素氧化，提高钢板表面质量。

34、在本发明某些实施方式中，所述淬火温度为900℃～920℃，例如900℃、907℃、909℃、915℃、919℃、920℃；在炉时间为板厚mm×(1.4～2.5)min/mm，例如183min、200min、202min、204min、235min、245min。

35、在本发明某些实施方式中，所述淬火机高压段压力≥8bar，例如8.1bar、8.2bar、8.3bar、8.4bar；淬火机低压段压力≥3.5bar，例如3.9bar、4.0bar、4.1bar、4.2bar、4.3bar。

36、在本发明某些实施方式中，所述回火温度为650～670℃，例如652℃、654℃、655℃、668℃、670℃；在炉时间为板厚mm×(2.0～3.5)min/mm，例如239min、254min、256min、284min、305min、345min。

37、本发明中，所述q460级改进韧性高耐蚀钢板厚度≤100mm。

38、本发明还提供了一种所述q460级改进韧性高耐蚀钢板在生产岛礁基础设施建设、跨海大桥建设、海滨建筑建设以及船舶海洋工程用钢中的应用。

39、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种q460级改进韧性高耐蚀钢板及其生产方法和应用，具有如下有益效果：

40、(1)本发明攻克了高耐蚀合金成分设计、冶金质量、显微组织、材料性能的协同调控关键技术，开发改进韧性高耐蚀钢板；解决了低碳贝氏体钢厚规格冲击韧性不稳定，受轧后冷却速率的影响，形成珠光体后择优腐蚀的问题；系列化组织设计为回火索氏体钢；通过原位分析技术，改进钢板心部质量，c、mn、ni、cu、sb统计偏析度≤0.05；添加微量nb：0.01％～0.02％，采用微nb轧制技术在轧制过程进一步强化。

41、(2)本发明采用合理的成分设计和微合金强化技术并结合轧制和调质工艺，用于岛礁基础设施建设、跨海大桥建设、海滨建筑建设以及船舶海洋工程等方面对海洋气候环境高耐蚀钢的发展需求；钢板强度级别为q460级，钢板厚度规格≤100mm，屈服强度≥460mpa，抗拉强度≥570mpa，断后伸长率a≥30％，低温-60℃冲击韧性kv2≥120j，钢板1/2厚度处的低温-60℃冲击韧性kv2≥120j，抗层状撕裂性能z≥35％。