一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法
【专利摘要】本发明提供的一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的钢;其[C]：0.065-0.085%、[Si]：0.20-0.30%、[Mn]：0.85-0.950%、[P]：≤0.020%、[S]：≤0.004%、[Cr]：0.45-0.55%、[Ni]：0.12-0.25%、[Cu]：0.25-0.35%、[Nb]：0.010-0.030%、[Al]：0.020-0.040%、[Ti]：0.010-0.018%、[Ca]：0.0015-0.0030%、[N]：≤0.0045%；轧制：设定加热炉炉膛温度在1200℃±20℃，板坯保温时间30-40min，板坯出炉温度在1200℃±20℃，其中入精轧轧机中间坯温度900-1000℃，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860℃±10℃，卷曲温度为600℃±10℃，层流冷却速度在15±2℃/s。
【专利说明】一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及腐蚀钢的生产，尤其该方法适用于寒冷地区焊接结构耐侯钢的生产。【背景技术】
[0002] 20世纪30年代，美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀高强度含铜低合金钢，用于建筑和桥梁，其中最普遍应用的是高磷、铜、铬、镍的高耐候钢系列和以铬、锰、铜合金化为主的焊接结构系列钢。1960年前后，武钢利用其铁矿中含铜，首先在国内进行了含铜耐候钢的研究和开发工作。1965年，试制出09MnCuPTi耐候钢，并研制出我国第一辆耐候钢铁路货车。此外，研究者还结合我国的资源优势开发出了鞍钢集团的OSCuPVRE系列、武钢集团的09CuPTi系列、济南钢铁公司的09MnNb等，到目前为止，我国已经成功开发了焊接结构耐候和高耐候两个系列11个牌号(其中高耐候4个，焊接结构7个)，但在戈壁沙漠大风砂环境下使用的耐低温、耐磨损(抗砾石打击磨损)、耐盐碱等恶劣环境条件使用的焊接结构耐候钢生产信息未见披露。
[0003]本发明是针对兰新铁路沿线的恶劣环境，即途经百里风区，最大风力达到11级，茫茫戈壁和沙漠，冬季最低气温达到_40°C以下，开发的耐低温、耐大气腐蚀、耐砂粒磨损，即抗砾石打击的焊接结构耐候钢，用于制造高速铁路挡风墙，保证高速列车的行驶安全，使用效果十分显著，为企业的技术创新作出了典范。
【发明内容】
[0004]本发明的目在于:生产提供的高强度易成型、耐低温、耐磨损、耐大气腐蚀钢的耐候钢，实现了在寒冷与极端环境下的利用目的。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，原料以重量百分比配制，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的腐蚀钢；
[0006]成分设计:[C]:0.065-0.085%、[Si]:0.20-0.30%、[Mn]:0.85-0.950%、[P]:(0.020%、[S] S 0.004%、[Cr]:0.45-0.55%、[Ni]:0.12-0.25%、[Cu]:0.25-0.35%、[Nb]:0.010-0.030%、[Al]:0.020-0.040%、[Ti]:0.010-0.018%、[Ca]:0.0015-0.0030%、[N]:(0.0045%,铁及杂质；
[0007]其中为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200°C ±20°C，板坯在炉均热保温时间控制在35min，板坯的加热炉出炉温度控制在1200°C ±20°C ;控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950°C，入精轧轧机中间坯厚度> 50mm,终轧温度在8600C ±10°C，卷曲温度为600°C，层流冷却前段采用急冷方式，冷却速度控制在20±2°C /s ;其中连铸钢水过热度控制在20°C，并采用连铸板坯轻压下技术(板坯压下量控制在4mm),生产出的板还偏析C类小于0.5级。
[0008]其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制:
[0009]①铁水预处理后的[S]含量小于0.003% ;转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
[0010]②转炉吹炼时，严禁补吹，其控制参数的供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h,强度为0.4-0.6Nm3/t.min,吹氧时间14min，其中底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa ;转炉出钢温度为1620_1670°C，此时[C]含量为 0.09%, [P]含量小于 0.008% ；
[0011]③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，时间ll_13min，其中精炼的终渣Al2O3的含量为28_33%，钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级;
[0012]④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护，连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
[0013]所述方法，成品的钢板耐磨性为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9-10级，提高了钢材的耐磨性能。
[0014]所述方法，成品在环境温度为16-20°C下，周期浸润腐蚀试验，平均腐蚀失重率为0.75-0.77g/m2/h，相对腐蚀速率达到 46.8-47.5。
[0015]所述方法，成品钢板的抗拉强度510_610MPa，屈服强度390_480MPa，断后延伸率为25-33%，屈强比0.80-0.85，低温冲击功，一 20°C冲击功值在250-350J，一 40°C冲击功值在 230-300J。
[0016]本发明的技术效果:成品钢的钢卷厚度为2.5-16_，与国内现有技术生产的焊接结构耐候钢的冲击功相比，低温冲击功显著提高，-20°C冲击功250-350J，一 40°C冲击功230-300J (备注:冲击功试样形状夏氏V型)，国内现有相近的牌号Q355NH焊接结构耐候钢，GB/T4171-2008规定的一 40°C冲击功大于27J，用户协议的冲击功平均值可以大于60J)。
【具体实施方式】
[0017]本发明结合实施例作进一步说明。
[0018]实施例
[0019]1、冶炼工艺:铁水预处理一转炉吹炼一LF精炼一板坯连铸一板坯清理一板坯再加热一控制轧制与冷却一成品检验。
[0020]2.成分设计
[0021 ] 生产钢板厚度为2.5-16.0mm ；
[0022]成分组成以重量百分比:[C]:0.065-0.085% ； [Si]:0.20-0.30% ； [Mn]:0.85-0.950% ；[P]: ( 0.020% ； [S]: ( 0.004% ； [Cr]:0.45-0.55% ； [Ni]:0.12-0.25% ；[Cu]:0.25-0.35% ； [Nb]:0.010-0.015% ； [Al]:0.020-0.040% ； [Ti]:0.010-0.018% ； [Ca]:0.0015-0.0030% ； [N] S 0.0045%，铁和不可避免的杂质；
[0023] 根据铌钛的碳氮化物夹杂在钢水凝固过程中的析出特性(研究表明，当钢水中的[C]含量为0.17%时，[N]含量为0.0040%, [Nb]含量为0.018%，Tli (C，N)的析出温度小于1400°C, Tffl3(C, N)的析出温度小于IlOO0C ;当钢水中的[N]含量为0.0080%, [Nb]含量为0.018%,Tli (C，N)的析出温度小于14701:，1^(C，N)的析出温度基本不变；当钢水中的[N]含量为0.0120%, [Nb]含量为0.018%, Tli (C，N)的析出温度接近1490。。，Tffl3 (C，N)的析出温度基本不变)，为降低钢水中的T1JC, N)和TTi (C，N)类夹杂，为保证钢板的力学性能(主要指抗拉、屈服、延伸以及低温冲击性能)合格，只能降低钢水中的碳含量、钛含量和氮含量，因此确定上述成分组成为最佳方案。
[0024]3.合金元素的加入方式
[0025]①铜、镍元素的加入，对于难以氧化的铜、镍元素通过废钢料斗加入转炉，铜板通过料斗和废钢一起加入转炉熔炼；
[0026]②铬、硅、锰、铝元素的加入，通过转炉料仓在转炉出钢过程加入钢包钢水中。
[0027]③钛、钙元素在LF精炼结束加入钢包钢水中。
[0028]4.其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制方法
[0029]①铁水预处理后的[S]含量小于0.003% ;转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
[0030]②转炉吹炼时，严禁补吹，防止钢水增氮，其控制参数为供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h，强度为0.4-0.6Nm3/t.min,吹氧时间14min ;底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa ;转炉出钢温度为1620_1670°C，此时[C]含量为 0.09%, [P]含量小于 0.008% ；
[0031]③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，控制时间> IOmin ;精炼的终渣Al2O3的含量为28-33% ;钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B 类非金属夹杂小于1.0级。
[0032]④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护；连铸时钢水[N]增量小于
0.001%。
[0033]5.钢板的性能控制方法
[0034](I)钢材的耐腐蚀性，通过Cu、Cr、Ni含量来保证。
[0035](2)提高低温冲击功的创新方法主要有如下两点:
[0036]采用中碳、中锰，并加入微量的Nb、T1、微合金化元素强化的成分设计方案，在保证钢材的强度、韧性、提高成形性能的前提下，显著提高了钢材的低温冲击功。
[0037]生产技术要点:
[0038](I) 一是根据在钢液温度恒定的前提下，Ti (C、N)析出温度随着钢液中氮含量的增加而提高；二是在钢液中[Ti]、[N]含量一定的情况下，钢液中Ti (C、N)析出随着钢水温度的变化而显著变化，但Nb (C，N)的析出与钢水温度的变化相关性不显著的的特性，在提高钢材韧性和焊接性能的前提下，钢中钛含量控制在0.015%低水平，钢中氮含量控制在
0.005%、锰含量0.95%、碳含量0.070%、铌含量0.02%,连铸钢水过热度控制在20°C，并采用连铸板坯轻压下技术(板坯压下量控制在4_)，生产出的板坯偏析C类小于0.5级，为轧制出耐低温冲击耐磨钢材准备了高品质板坯。
[0039](2)为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200°C ±20°C，板坯在炉均热保温时间控制在35min ;板坯的加热炉出炉温度控制在1200°C ±20°C ;控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950°C，入精轧轧机中间坯厚度> 50mm，终轧温度在8600C ±10°C ;卷曲温度为600°C，层流冷却前段采用急冷方式，冷却速度控制在20±2°C /
So
[0040](3)钢板耐磨性:通过在钢液中添加碳、锰、氮，经控制轧制和控制能却，钢材组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9.5级，在满足钢材强度要求的同时提高了钢材的耐磨性能。
【权利要求】
1.一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，其特征在于:原料以重量百分比配制，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的腐蚀钢；
成分设计:[C]:0.065-0.085%、[Si]:0.20-0.30%、[Mn]:0.85-0.950%、[P]：≤ 0.020%、[S]:≤ 0.004%、[Cr]:0.45-0.55%、[Ni]:0.12-0.25%、[Cu]:0.25-0.35%、[Nb]:0.010-0.030%、[Al]:0.020-0.040%、[Ti]:0.010-0.018%、[Ca]:0.0015-0.0030%、[N]:≤ 0.0045%，铁及杂质； 其中为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200°C ±20°C，板坯保温时间为35min，板坯的加热炉出炉温度为1200°C ±20°C ;控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950°C，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860°C ±10°C，卷曲温度为600°C，层流冷却速度控制在20±2°C /s ;其中连铸钢水过热度控制在20°C，板坯压下量控制在4mm，生产出的板坯偏析C类小于0.5级； 其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制: ①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%;转炉出钢时[N]的含量小于0.002%; ②转炉吹炼时，严禁补吹，其控制参数的供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h,强度为0.4-0.6Nm3/t -min,吹氧时间14min，其中底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa ;转炉出钢温度为1620_1670°C，此时[C]含量为0.09%, [P]含量小于 0.008% ； ③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，时间10.5-13min，其中精炼的终渣Al2O3的含量为28_33%，钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级; ④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护，连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于:成品钢板耐磨性为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9-10级，提高了钢材的耐磨性能。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于:成品钢板在环境温度为16-20°C下，周期浸润腐蚀试验，平均腐蚀失重率为0.75-0.77g/m2/h，相对腐蚀速率达到46.8-47.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:成品钢板的抗拉强度510-610MPa，屈服强度390-480MPa，断后延伸率为25_33%，屈强比0.80-0.85，低温冲击功，一 20°C冲击功值在250-350 J，一 40°C冲击功值在 230-300 J。
【文档编号】C21D8/02GK103911558SQ201410077286
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】吾塔, 陈勇, 张爱梅, 赵亮, 张建新, 冯跃平, 雷洪, 宋维兆, 黄星武 申请人:宝钢集团新疆八一钢铁有限公司