专利名称：一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及耐腐蚀的钢铁材料，具体属于一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其
生产方法。
背景技术：
海洋钻井平台、远洋船舶、跨海大桥等钢结构工程由于受到海水及海洋大气腐蚀环境，使用寿命显著低于内陆钢结构工程，腐蚀为钢结构工程失效的首位因素，为了提高使用寿命，往往在钢材表面喷涂厚厚的防腐涂料，但增加了钢结构自身重量，不利于施工、运输，而且钢材表面涂料在钢结构装配等施工过程中容易擦伤，形成局部腐蚀源，且不易被发现，一定时间后可能产生灾难性后果。在本申请以前，中国专利申请200610024963. O公开了一种“抗海水和潮湿环境腐蚀钢”，化学成分为 C 0. 06 % O. 09 %，Si 0. 20 O. 50 %，Mn 0. 30 % O. 40 %，Cr : I. 00% I. 20%, Al 0. 40% O. 60%, Mo 0. 25% O. 35%, P ·.( O. 01 B %, s^O- 010%， Cu:<0· 15%^ Ni ( O. 20%, Ti ( O. 020%, Sn ( O. 020%, As ( O. 020%, Pb ( O. 0025%, Bi ( O. 010%, Sb ( O. 004%, [N] ( O. 030%, [O] ( O. 0025%, [H] ( O. 00015%，其余为 Fe和不可避免杂质。经电弧炉初炼-钢包炉真空精炼-轧钢机热加工轧制成材。该专利技术不足之处在于钢中强氧化合金元素Al含量太多，高达O. 60%，易形成颗粒粗大的Al2O3 且不易除净，降低钢的断裂韧性和钢板表面质量，在连铸过程中生成的Al2O3容易堵塞浇铸水口，造成生产事故。钢中添加了 I. 00% I. 20%的Cr，容易在钢材中形成含Cr的系列化合物如Cr2C3、Cr6C23等，增加了夹杂物与Fe基体的电极电位，容易造成腐蚀，尤其易发生点蚀。中国专利申请200780006797. 4公开了“船舶用耐腐蚀钢材”，该船舶用耐腐蚀钢材以质量％计，含有 C 0. 03 O. 25%、Si 0. 05 O. 50%、Mn :0· I 2. 0%、P 0. 025% 以下、 S 0. 01% 以下、Al 0. 005 O. 10%,W 0. 01 I. 0%Xr :0. 01% 以上且小于 O. 20%，根据需要还含有选自Sb :0. 001 O. 3%和Sn :0. 001 O. 3%中的I种或2种，和/或选自Ni
0.005 O. 25%, Mo :0. 01 O. 5%, Co :0. 01 I. 0%中的I种或2种以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成。该专利技术不足之处在于有意添加了合金元素W，且含量在O. 01
1.0%范围，W熔点很高，易在钢中形成单质W夹杂，又因为钢中Cr含量在O. 01%以上且小于O. 20%，增加了钢中含Cr夹杂物种类及数量，不利于提高钢的耐腐蚀性能。中国专利申请201010137072. 2介绍了一种“低成本耐海水腐蚀钢”，其化学成分为C :0. 06 O. 15%、 Si :0. 05 O. 40%,Mn :0. 50 I. 20%,P :0. 010 O. 030%, S ( O. 020%,Als :0. 004
O.070%,O 0. 0040 O. 0100%。该专利技术不足之处在于钢中[O]含量较高，在生产制造中易在钢中形成众多氧化物夹杂物，提高了 Fe基体与这些夹杂物之间的电位差，降低了钢的耐腐蚀性能，另外，钢中C含量较高，生产该钢的过程中易产生Fe3C,形成珠光体组织，更为严重的是，可能形成珠光体-铁素体带状组织，不同类组织之间形成的电位差导致腐蚀速率加快，最后缩短整个钢结构工程的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的问题是洁净度不够而造成耐海水腐蚀性能较差的不足，提供一种在满足海洋结构用钢力学性能的前提下，提高耐海水腐蚀能力至少在35%，钢的洁净度好的洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其生产方法。实现上述目的的措施一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢，其化学成分按重量百分比为C :0.01 O. 03%, Si :0. 28 % O. 95 %，Mn :0. 10 % O. 50 %，P :0. 010 % O. 10 %，Ni :0. 10 %
0.90 %，Cu :0· 05 % O. 25 %，并控制钢中S≤O. 006 %, Nb ≤ O. 005 %, V ≤ O. 005 %, Ti ≤ O. 005%，余为Fe和不可避免的杂质；且满足以下关系式3C ≤ Cu+Ni ≤ 1. 15%, 1. 5Cu ( Ni+Mn ≤ 1. 28%。生产一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢的方法，其步骤I)冶炼并进行真空处理，连铸成坯；2)对铸坯进行常规加热及均热；3)连续轧制成产品钢板，并控制终轧温度780 820°C，轧后浇水冷却至430 530 0C ；4)自然冷却至室温，待用。本发明主要合金元素含量的设定及制造方法，依据以下原理。耐腐蚀性能是衡量海洋工程用钢技术指标之一，提高低碳低合金结构钢的耐腐蚀性能钢主要措施减少钢中杂质含量，降低异于基体组织结构的Fe3C及珠光体数量。因此， 本发明钢中不有意添加Nb、V、Ti等强碳化物、氮化物形成元素，且控制钢中Nb ( O. 005%, V^O. 005%, Ti ^ O. 005%,目的在于避免在钢中形成Nb (CN)、VC、Ti (CN)等析出相，因为这些析出相与基体的界面处容易产生点蚀，降低钢的耐腐蚀性能。钢种化学成分设计以置换强化合金元素为主，且设置3C< Cu+Ni ( I. 15%，目的在于置换合金元素含量高于3倍于C含量，减少钢中形成Fe3C的数量，乃至避免形成珠光体，在达到上述目的的前提下，Cu+Ni ( I. 15%目的在于具有一定耐腐蚀性能的前提下，尽可能降低Cu、Ni合金元素含量，降低钢的生产原材料成本。由于Cu在钢中易在生产过程中产生热裂现象，设置
1.5Cu ( Ni+Mn目的在于用一定Ni、Mn含量抑制Cu的热裂影响，设定Ni+Mn ( I. 28%,目的在于达到上述目的的前提下减少Ni、Mn合金元素含量，降低生产成本。C :是钢中廉价的强化元素，为了提高钢的强度，控制钢中一定C含量可保障钢的屈服强度> 310MPa，但是过高的C含量会使钢在生产过程中产生Fe3C及珠光体组织，增加钢的在海水及海洋大气环境下的腐蚀速率。相反，如果C含量过低，则难于保障钢的强度， 综合平衡钢的力学性能和耐腐蚀性能，将C含量的取值范围确定为0. 01-0. 03%。Si :是一种廉价的强化元素，加入钢中可显著提高钢的强度，另外。Si在钢中由于 “拖曳”作用抑制C原子扩散，减少Fe3C形成的可能性，有利于提高钢的耐腐蚀性能。但如果钢中Si含量偏高，会使钢的韧性，尤其使低温韧性明显降低，综合钢的强度、韧性及耐腐蚀性能诸方面的考虑，将Si的成分范围确定为0. 28% O. 95%。Mn:是结构钢中常用合金元素，不仅可以增加钢的强度，还可以降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，在提高钢的强度同时提高其断裂韧性，但若Mn含量过高，在钢中易形成MnS夹杂，减低钢的耐腐蚀性能，故将Mn含量的范围设定为O. 10% O. 50%。
Cu:与钢中适量Ni共同作用，抑制环境中的氧进入到钢中与Fe发生反应形成Fe 的系列氧化物FeO、Fe2O3等，提高钢的抗腐蚀性能。另一方面，由于钢中适量Ni、Cu的作用，可以有效抑制Fe3C及珠光体的形成，使钢具有良好的耐腐蚀性能。但过量的Ni含量导致钢的生产成本增加，Cu含量过高会增加钢的热裂纹造成废品，故将Ni含量范围设定为 O. 10% O. 90%，将Cu含量范围设定为O. 05% O. 25%。S :是钢中有害的杂质元素，在钢中易形成MnS夹杂物，不仅强烈减低钢的力学性能尤其是韧性，而且降低钢的耐腐蚀性能，因此S含量越低越好，但若将其含量限定得过低，会增加生产难度，提高生产成本，因此在不影响钢的抗冲刷磨蚀性能的前提下，将钢的S 含量分别限定在S < O. 006%范围。P:通常被认为是钢中有害元素，显著降低钢的韧性，但一定的P含量可改善钢的抗大气腐蚀性能，因此，在保障钢的综合力学性能的前提下，一般耐大气腐蚀结构钢中添加一定含量廉价的P，在本申请中将P含量设定为O. 010% O. 10%。工艺步骤本发明通过在工艺中控制S，Nb, V，Ti，以减少钢中MnS等夹杂及钢中、[N]、[H]等有害成分；将钢的C含量控制在O. 001% O. 003%，减少生成Nb (Ne)、 Ti (NC)、VC等第二相化合物数量，降低钢的腐蚀速率。采用本发明轧制工艺，可减少钢中形成Fe3C及珠光体数量，提高钢的抗腐蚀性能。本发明与现有相比，在满足海洋结构用钢力学性能的前提下，提高耐海水腐蚀能力至少在35%，钢的洁净度高(在100倍金相显微镜下观察到的夹杂物颗粒< 5粒)，化学成分相对简单，成分范围设定较宽，且冷、热工艺性能优良。
附图为本发明钢的金相组织中黑点表示夹杂物颗粒。
具体实施例方式下面对本发明予以详细描述本发明进行了六次试验，其试验条件表I为各实施例例及对比例的化学成分及取值列表；表2为各实施例例及对比例的主要工艺参数取值列表；其生产步骤按照以下步骤进行I)冶炼并进行真空处理，连铸成坯；2)对铸坯进行常规加热及均热；3)连续轧制成产品钢板，并控制终轧温度780 820°C，轧后浇水冷却至430 530 0C ；4)自然冷却至室温，待用。表3为各实施例例及对比例的性能检测结果列表。表I各实施例例及对比例的化学成分及取值列表
\本发明钢对比钢种I23456I2CO. 02O. 015O. 029O. 025O. 01O. 026O. 14O. 09SiO. 65O. 28O. 95O. 76O. 47O. 88O. 07O. 20MnO. 15O. 23O. 27O. 35O. 46O. 50I. 45O. 95PO. 014O. 032O. 064O. 078O. 046O. 100O. 012O. 010SO. 001O. 002O. 004O. 006O. 003O. 005O. 003O. 002NiO. 90O. 37O. 84O. 54O. 10O. 25O. 09O. 87CuO. 17O. 05O. 10O. 19O. 25O. 21O. 19O. 21NbO. 004O. 005O. 002O. 002O. 003O. 004O. 028O. 120VO. 001O. 003O. 005O. 002O. 004O. 002O. 017O. 062TiO. 003O. 002O. 003O. 004O. 005O. 001O. 008O. 015 表2.各实施例钢及对比例的主要工艺
钢编号终乳温度乳后冷却温度/ 0C/ 0C本I805 810490 505发2811 815475 485明3780 785520 530实4800 805430 445施5787 798448 470例6815 820507 518对比钢I8904502905500 表3.各实施例钢及对比例晶粒尺寸与力学性能及腐蚀量
实施例屈服强度 / MPa腐蚀量5g /mg夹杂物颗粒个 / mm2本发 明实 施例I31511. 424238510. 917340512. 842439511. 68954259. 575637512. 327对比钢I59520. 5624252518. 7720由表3可见，按本发明生产的钢板腐蚀量显著低于对比钢，钢中夹杂物数量在100 倍金相显微镜下观察< 5粒，且呈圆形、细小、弥散分布，因而具有优良的综合力学性能和耐腐蚀性能。对比例虽然屈服强度高于310MPa，但屈服强度过高，容易导致屈强比过高，造成钢结构工程不安全。对比例中由于C含量较高，生产过程中易生成大量Fe3C及珠光体，
6且对比例中含量较多的Nb、V、Ti等，容易形成数量较多的Nb(NB)、Ti (NC)及VC等第二相， 增加了第二相与基体之间的电位差，加快了钢的腐蚀速率。对比钢中夹杂物颗粒数量明显高于本发明钢种，因而腐蚀量显著高于本发明钢。
权利要求
1.一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢，其化学成分按重量百分比为c:0.01 O.03%, Si :0. 28% O. 95%，Mn :0. 10% O. 50%，P :0. 010% O. 10%, Ni :0. 10% O.90 %，Cu :0· 05 % O. 25 %，并控制钢中S 彡 O. 006 %, Nb ^ O. 005 %, V ^ O. 005 %, Ti ( O. 005%，余为Fe和不可避免的杂质；且满足以下关系式3C ( Cu+Ni ^ I. 15%, I. 5Cu ( Ni+Mn 彡 I. 28%。
2.生产权利要求I所述的一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢的方法，其步骤1)冶炼并进行真空处理，连铸成坯；2)对铸坯进行常规加热及均热；3)连续轧制成产品钢板，并控制终轧温度780 820°C，轧后浇水冷却至430 530 0C ；4)自然冷却至室温，待用。
全文摘要
本发明涉及一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其生产方法。其化学成分按重量百分比C0.01～0.03％，Si0.28％～0.95％，Mn0.10％～0.50％，P0.010％～0.10％，Ni0.10％～0.90％，Cu0.05％～0.25％，并控制钢中S≤0.006％，Nb≤0.005％，V≤0.005％，Ti≤0.005％，；且满足以下关系式3C≤Cu+Ni≤1.15％，1.5Cu≤Ni+Mn≤1.28％；其生产步骤冶炼并真空处理及连铸；对铸坯加热及均热；连续轧制成产品钢板；自然冷却至室温。本发明在满足海洋结构用钢力学性能的前提下，提高耐海水腐蚀能力至少在35％，钢的洁净度高(在100倍金相显微镜下观察到的夹杂物颗粒≤5粒)，且冷、热工艺性能优良。
文档编号C22C38/16GK102586686SQ20121005563
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者丁庆丰, 刘文斌, 刘昌明, 张开广, 童明伟, 罗毅, 董中波, 邹德辉, 陈颜堂, 骆海贺 申请人:武汉钢铁(集团)公司