一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明属于钢板制造的【技术领域】，具体的涉及一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法。该种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，主要由以下重量百分比的成分组成：C0.17～0.25%；Si0.10～0.40%；Mn0.50～0.80%；P≤0.020%；S≤0.001%；Al0.015～0.040%；Nb0.02～0.05%；Ti0.010～0.030%；其余为Fe及不可避免的杂质。该种钢板的制备方法，包括以下步骤：（1）一次VD真空弱脱气；（2）二次VD真空强脱气；（3）板坯加热；（4）粗轧；（5）精轧；（6）亚温淬火；（7）一次高温回火；（8）二次低温回火。所得到的马氏体钢板克服了传统成分设计的不足，腐蚀的速度低、易焊接、低温韧性好；制造的成本低。
【专利说明】—种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢板制造的【技术领域】，具体的涉及一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钢板在工业领域被广泛用于铁路车辆、桥梁、厂房结构、输电铁塔的制造，由于工业性大气中含有对钢严重腐蚀性的污染物质，如S02、H2S、NH3、C02、N02、N0、HC1等，因此必须提高钢板的耐蚀性，才能降低建筑工程和各种装备的腐蚀损耗，保障这些装备的安全运行。早在上世纪初，国外已开始对耐大气腐蚀用钢开展了研究，开发出了许多低合金耐候钢。近年来，我国在耐候钢的研究上也得到长足发展，并广泛应用于铁路、桥梁、电力等工业部门。
[0003]美国是国外研究开发耐大气腐蚀钢的国家,早在1933年,Corten钢就申请了专利并
商业化，还最早 制订了 ASTM 242低合金高强度耐大气腐蚀钢标准。其他国家随后陆续研发了其他牌号，如日本的River-Ten钢、英国的BS968钢、美国的Mayar1-R钢、前苏联的IOCrSiNiCu钢。上世纪80年代，日本于上世纪60年代引进美国CortenA钢技术后，耐大气腐蚀钢的发展突飞猛进，先后制订了 JIS G3114和JIS G3125标准。我国耐大气腐蚀钢起步较晚，上世纪60年代中期，武钢首先进行了含Cu钢的研发工作，随后各钢厂开始关注并大规模研制耐大气腐蚀钢，Cu系、P-V系、P-RE系、P-Nb-RE系、Cr-Ni系等各种钢号应运而生，目前以仿CortenA、B的Cu-P系和Cu-P-Cr-Ni系耐大气腐蚀钢为主。如CN200810026086.X公开了一种600MPa及高强耐候钢及其制备方法，其成分设计采用低碳+Cu-Cr-Ni系，冶炼采用电炉；CN200510045624.6采用的是Cu系生产的普碳钢。
[0004]根据各国研究，基本都是通过添加Cu、Cr、Ni等合金元素，使其在金属基体表面上形成保护膜，以提高耐大气腐蚀性能，这种做法是抑制腐蚀发生的阳极过程，是一种有效的方法，但弊端很多，如加入合金元素，容易形成第二相，将加速腐蚀；要使基体表面形成贵金属组分的防护层，需要较高的原子浓度，及加入大量贵重合金，在经济上难以接受；较高的合金含量导致钢的生产和焊接性能下降，Cu等元素极易导致裂纹并且恶化低温韧性。
【发明内容】
[0005]目前提高钢板的耐大气腐蚀性能是通过添加Cu、Cr、Ni等合金元素进而抑制腐蚀发生的阳极过程来实现的，但是这种方式在成分和方式设计上是有严重缺陷的，加入合金元素，成本高，容易形成第二相，将加速腐蚀，同时钢的生产和焊接性能下降，易导致裂纹并且恶化低温韧性，本发明的目的在于针对上述缺陷而采用另一种抑制工业大气腐蚀途径，即通过限制阴极过程，提供了一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法。所得到的马氏体钢板克服了传统成分设计的不足，不添加Cr、Cu、Ni合金，腐蚀的速度低、易焊接、低温韧性好；制造的成本低，是一种耐工业大气腐蚀的700MPa级高强度结构钢板。在制备方法上采用双重深度真空精炼减少夹杂物数量，减少了阴极活性面积；利用两阶段轧制抑制过量第二相；通过亚温淬火以及双回火方法减少合金中活性阴极相，使组织均匀化淬火,形成混合取向型马氏体,提高耐蚀性。
[0006]本发明的技术方案为:一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，主要由以下重量百分比的成分组成:C 0.17~0.25% ；Si 0.10~0.40% ；Mn 0.50~0.80% ；P ≤ 0.020% ；S ( 0.001% ；A1 0.015 ~0.040% ；Nb 0.02 ~0.05% ；Ti 0.010 ~0.030% ;其余为Fe及不可避免的杂质。
[0007]一种所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，包括以下步骤:(I) 一次VD真空弱脱气；(2) 二次VD真空强脱气；(3)板坯加热；(4)粗轧；(5)精轧；(6)亚温淬火；(7) 一次高温回火；(8) 二次低温回火。
[0008]所述步骤(1)中的真空度为2.0mbar,抽真空的处理时间至少15min,搅拌时间至少 IOmin0
[0009]所述步骤(2)中的真空度为2.5mbar,抽真空的处理时间至少30min,搅拌时间至少20min,软吹时间大于45min。
[0010]所述步骤(3)中均热的温度为1250~1300°C，均热的时间为1.5~2.0小时，高
温消
除板坯组织偏析。 [0011]所述步骤(4)中的开轧温度为1150~1250°C，三道次内完成，单道次的压下率大于40%，单道次的轧制速度> 3m/s，充分破碎网状碳化物。
[0012]所述步骤(5)中的开轧温度为820~900°C，两相区轧制，单道次的压下率大于20%,
相变为铁素体晶粒和含有亚晶粒的铁素体的混合组织，实现亚晶强化。
[0013]所述步骤(6)中的温度为750~800°C，冷却速度为30~50°C /s，得到了少量游离碳化物+马氏体+残余奥氏体。
[0014]所述步骤(7)中的回火温度为600~650°C，保温时间为120~150min，聚集消除碳化物，马氏体板条化，提高韧塑性。
[0015]所述步骤(8)中的回火温度为200~250°C，保温时间为80~120min，降低脆性、消除内应力，得到混合型回火马氏体组织。
[0016]本发明的有益效果为:本发明是一种不含有Cu、Cr、Ni合金的低成本设计，利用双重深度真空精炼、两阶段控轧、亚温淬火+双回火技术制造耐工业大气腐蚀的马氏体钢板的方法，利用该方法制造的钢板，具有明显的高强韧性、易焊接性。
[0017]钢板的化学成分中不含Cu、Cr、Ni，不同于传统耐候钢成分设计，成本低、易冶炼。其关键步骤为:一次VD真空弱脱气；二次VD真空强脱气；板坯加热；两阶段控轧；亚温淬火；一次高温回火；二次低温回火。采用本发明生产的耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，焊接性好，韧性优良。通过两阶段轧制、亚温淬火及两次回火热处理，金相组织中主要为混合型回火马氏体，主要用于S02、H2S, NH3> CO2, NO2, NO、HCl等工业大气污染地区的铁路车辆、桥梁、厂房结构、输电铁塔的制造等领域。
[0018]所述钢板的抗拉强度高于800MPa，屈服强度范围695~720MPa，_40°C低温冲击功> 100J，延伸率大于18%，耐工业大气年腐蚀损失< 350g/m2。[0019]综上所述，本发明采用另一种抑制工业大气腐蚀途径，即通过限制阴极过程，提供了一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板及其制备方法。所得到的马氏体钢板克服了传统成分设计的不足，不添加Cr、Cu、Ni合金，腐蚀的速度低、易焊接、低温韧性好；制造的成本低，是一种耐工业大气腐蚀的700MPa级高强度结构钢板。在制备方法上采用双重深度真空精炼减少夹杂物数量，减少了阴极活性面积；利用两阶段轧制抑制过量第二相；通过亚温淬火以及双回火方法减少合金中活性阴极相，使组织均匀化淬火，形成混合取向型马氏体，提高耐蚀性。由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性的进步，实施效果显著。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例对本发明进行详细的说明。
[0021]实施例1
一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，主要由以下重量百分比的成分组成:C0.17% ；Si 0.26% ；Mn 0.61% ；P 0.015% ；S 0.0008% ；A1 0.022% ；Nb 0.035% ；Ti 0.012% ;其余为Fe及不可避免的杂质。
[0022]所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，包括以下步骤:
(I) 一次VD真空弱脱 气:真空度为2.0mbar,抽真空的处理时间20min，搅拌时间15min。
[0023](2) 二次VD真空强脱气:真空度为2.5mbar，抽真空的处理时间45min，搅拌时间30min,软吹时间50min。
[0024](3)板坯加热:均热的温度为1280°C，均热的时间为2.0小时，高温消除板坯组织偏析。
[0025](4)粗轧:开轧温度为1200°C，二道次完成，单道次的压下率依次分别为60%、55%，单道次的轧制速度> 3m/s，充分破碎网状碳化物。
[0026](5)精轧:开轧温度为880°C，两相区轧制，单道次的压下率大于25%，相变为铁素体晶粒和含有亚晶粒的铁素体的混合组织，实现亚晶强化。
[0027](6)亚温淬火:温度为760°C，冷却速度为36°C /s，得到了少量游离碳化物+马氏体+残余奥氏体。
[0028](7)一次高温回火:回火温度为630°C，保温时间为120min，聚集消除碳化物，马氏体板条化，提高韧塑性。
[0029](8) 二次低温回火:回火温度为250°C，保温时间为120min，降低脆性、消除内应力，得到混合型回火马氏体组织。
[0030]实施例1所得钢板的力学性能及耐蚀性:钢板厚度6mm ;屈服强度(MPa):695 ;抗拉强度(MPa):820 ;断后伸长率(％):25 ;V型纵向冲击功(_40°C ): 116J、127J、139J ;工业大气中年腐蚀损失303g/m2。
[0031]实施例2
一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，主要由以下重量百分比的成分组成:C
0.20% ；Si 0.35% ；Mn 0.77% ；P 0.01% ；S 0.0003% ；A1 0.033% ；Nb 0.026% ；Ti 0.018% ;其余为Fe及不可避免的杂质。[0032]所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，包括以下步骤:
(I) 一次VD真空弱脱气:真空度为2.0mbar，抽真空的处理时间17min，搅拌时间15min。
[0033](2) 二次VD真空强脱气:真空度为2.5mbar，抽真空的处理时间35min，搅拌时间22min，软吹时间50min。
[0034](3)板坯加热:均热的温度为1250°C，均热的时间为1.8小时，高温消除板坯组织偏析。
[0035](4)粗轧:开轧温度为1220°C，三道次完成，单道次的压下率依次分别为62%、51%、47%，单道次的轧制速度> 3m/s，充分破碎网状碳化物。
[0036](5)精轧:开轧温度为895°C，两相区轧制，单道次的压下率大于23%，相变为铁素体晶粒和含有亚晶粒的铁素体的混合组织，实现亚晶强化。
[0037](6)亚温淬火:温度为800°C，冷却速度为42°C /s，得到了少量游离碳化物+马氏体+残余奥氏体。
[0038](7)一次高温回火:回火温度为600°C，保温时间为120min，聚集消除碳化物，马氏体板条化，提高韧塑性。
[0039](8) 二次低温回火:回火温度为200°C，保温时间为120min，降低脆性、消除内应力，得到混合型回火马氏体组织。
[0040]实施例2所述钢板的力学性能及耐蚀性:钢板厚度50mm ;屈服强度(MPa): 700 ;抗拉强度(MPa):850 ;断后伸长率(％):22 ;V型纵向冲击功(_40°C ): 103J、112J、IOlJ ;工业大气中年腐蚀损失321g/m2。
[0041]实施例3
一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，主要由以下重量百分比的成分组成:C
0.23% ；Si 0.35% ；Mn 0.80% ；P 0.008% ；S 0.0001% ；A1 0.040% ；Nb 0.042% ；Ti 0.025% ;其余为Fe及不可避免的杂质。
[0042]所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，包括以下步骤:
(I)一次VD真空弱脱气:真空度为2.0mbar,抽真空的处理时间20min，搅拌时间15min。
[0043](2) 二次VD真空强脱气:真空度为2.5mbar，抽真空的处理时间40min，搅拌时间25min,软吹时间50min。
[0044](3)板坯加热:均热的温度为1250°C，均热的时间为2.0小时，高温消除板坯组织偏析。
[0045](4)粗轧:开轧温度为1200°C，三道次完成，单道次的压下率依次分别为62%、59%、52%，单道次的轧制速度> 3m/s，充分破碎网状碳化物。
[0046](5)精轧:开轧温度为900°C，两相区轧制，单道次的压下率大于26%，相变为铁素体晶粒和含有亚晶粒的铁素体的混合组织，实现亚晶强化。
[0047](6)亚温淬火:温度为796°C，冷却速度为45°C /s，得到了少量游离碳化物+马氏体+残余奥氏体。
[0048](7)一次高温回火:回火温度为620°C，保温时间为120min，聚集消除碳化物，马氏体板条化，提高韧塑性。[0049](8) 二次低温回火:回火温度为200°C，保温时间为120min，降低脆性、消除内应力，得到混合型回火马氏体组织。[0050]实施例3所得钢板的力学性能及耐蚀性:钢板厚度100mm ;屈服强度(MPa): 705 ；抗拉强度(MPa):820 ;断后伸长率(％):21 ;V型纵向冲击功(_40°C ): 155J、122J、107J ;工业大气中年腐蚀损失340g/m2。
【权利要求】
1.一种700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板，其特征在于，主要由以下重量百分比的成分组成:C 0.17 ~0.25% ；Si 0.10 ~0.40% ；Mn 0.50 ~0.80% ；P ≤ 0.020% ；S ≤ 0.001% ；A1 0.015 ~0.040% ；Nb 0.02 ~0.05% ；Ti 0.010 ~0.030% ;其余为 Fe 及不可避免的杂质。
2.—种权利要求1所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，包括以下步骤:(I) 一次VD真空弱脱气；(2) 二次VD真空强脱气；(3)板坯加热；(4)粗轧；(5)精轧；(6)亚温淬火；(7) 一次高温回火；(8) 二次低温回火。
3.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的真空度为2.0mbar,抽真空的处理时间至少15min,搅拌时间至少IOmin0
4.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的真空度为2.5mbar,抽真空的处理时间至少30min,搅拌时间至少20min,软吹时间大于45min。
5.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中均热的温度为1250~1300°C，均热的时间为1.5~2.0小时。
6.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的开轧温度为1150~1250°C，三道次内完成，单道次的压下率大于40%，单道次的轧制速度> 3m/s。
7.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的开轧温度为820~900°C，两相区轧制，单道次的压下率大于20%。
8.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的温度为750~800°C，冷却速度为30~50°C /s。
9.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中的回火温度为600~650°C，保温时间为120~150min。
10.根据权利要求2所述700MPa级耐工业大气腐蚀型马氏体钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中的回火温度为200~250°C，保温时间为80~120min。
【文档编号】C22C38/14GK103981440SQ201410236616
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】侯登义, 刘晓东, 孙卫华, 周兰聚, 冯勇, 贾希光 申请人:济钢集团有限公司