一种高耐蚀海洋工程用特种不锈钢的制作方法

本发明涉及特种不锈钢及其加工，特别涉及一种具有高耐腐蚀性能的海洋工程用特种不锈钢。

背景技术：

1、我国海域辽阔，跨越热带、亚热带和温带，海岸线长达3万多公里，海洋资源丰富，特别是油气资源，开发潜力巨大。海洋经济已经成为我国国民经济发展的新增长点。海洋工程建筑业作为海洋经济的重要组成部分和海洋经济发展的基础产业，其发展前景广阔，将极大地促进与之配套的海洋建筑结构用钢筋的繁荣和发展。

2、海洋建筑工程用钢筋材料主要用于沿海、近海、远海等海洋工程建设，其服役环境十分恶劣。高氯离子浓度、高温、高湿、浪涌、飞溅、海洋生物多等因素都对钢筋材料的耐腐蚀和力学性能提出了严峻的考验。目前大量用于普通钢筋混凝土结构中的碳素钢筋致命弱点是耐氯离子点蚀能力差，在海洋环境下极易被锈蚀，导致结构性能退化，严重缩短了混凝土结构的服役寿命。近年来，为了使建筑物达到100年使用寿命设计要求和降低建筑的后期维护成本，欧美国家陆续开发使用了不锈钢钢筋，如304、316等奥氏体不锈钢钢筋，2205双相不锈钢钢筋及2304和2101经济型双相不锈钢钢筋。随着我国全面实施海洋战略，未来几年内跨海大桥、海底隧道、岛礁等海洋建筑重点工程将进入快速发展期，高强度(屈服强度≥600mpa)高耐蚀(pren≥40)的双相不锈钢钢筋以其高性能、全寿命周期成本优势存在巨大的潜在市场需求。

3、另外，近年来，国家为保障海洋权益，提出了要建造大批海警船、军辅船，这些船舶需求大量的船体用耐蚀钢板。为了确保船舶航行的安全性和可靠性，船板用钢的开发不仅要考虑到材料的力学以及焊接性能，同时还对材料耐海洋腐蚀性能提出了更高的要求。由于海洋环境中存在大量的侵蚀性氯离子，导致一般的碳素钢表面无法形成能够阻隔侵蚀性介质抵达基体的保护性锈层。国外对耐蚀钢进行了大量研发，开发出ni-cu-p系，cr-al系等 耐 海 洋 环境的结构用钢，这些低合金钢在海水飞溅区的耐蚀性能可以达到普通碳钢的双倍。耐蚀钢中的合金元素cu、cr、mn、ni、si、p等元素的添加能够促使钢的表面生成致密、黏附性强的稳定保护性锈层，从而减缓钢在海洋环境中的腐蚀过程。鉴于广泛且迫切的应用需求，我国的业者也已经开展了很长时间的合金元素对提高耐蚀钢腐蚀性能的研究工作，也开发出了一系列耐海水腐蚀用钢，但是从总体应用效果来讲，目前我国开发的耐海水腐蚀钢效果不理想，实际应用效果与设计期望相距较大，比如，根据统计，我们每年用于各种海洋船舶、舰艇腐蚀防护和维修的费用就超过20亿元，严重阻碍了海工船体用耐蚀钢板的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，可以在提高不锈钢力学稳定性的基础上达到优异的耐腐蚀性能，阻止侵蚀性介质如氯离子对钢材的腐蚀。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其元素组成及重量份数为：c：0.05～0.1%、si：0.2～0.27%、mn：0.8～1.2%、cr：0.1～0.15%、ni：0.08～0.12%、mo：0.002～0.004%、cu：0.09～0.12%、n：0.45～0.55%、ti:0.008～0.012%、al：0.003～0.005%、nb：0.01～0.015%；v：0.018～0.022%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe；其通过如下制备工艺生产制得：

3、s1：电炉或感应炉转炉冶炼：将转炉铁水及合金料在电炉或感应炉内进行初炼，入炉铁水温度≥1290℃，控制出钢钢水p含量≤0.1wt%，s含量≤0.01wt%；出钢过程中通氩气，氩气流量1000 l/min，出钢80%后氩气流量控制为 200 l/min并持续至出钢完成后3min左右；cu、cr、ni后期以合金添加物添加；

4、s2：aod精炼：将初炼钢水兑入aod炉中进行精炼，控制脱碳速率≥0.15％/min；

5、s3：lf（钢包）精炼：钢水进入lf工位进行精炼，加入精炼渣并通电化渣，控制白渣保持时间15～20min，并保持炉内微压状态及还原气氛；向渣面小分量分批次加入铝粉、铝丸进行脱氧，控制铝的总含量小于0.005%；lf精炼出工位后进行ti合金化，调整ti含量小于0.012%；

6、s4：rh精炼（钢液炉外精炼）：控制真空压力≤60 pa， 时间≥20min；破空后对合金成分进行微调，钢液rh工位出站后温度保持在1530～1570℃，加入cu-cr-ni合金添加物，合金添加物中按质量比0.8<cr/ni<1.5，吹氩搅拌使合金在钢液中分布均匀；然后进行增氧，增氧在钢中分布均匀后控制钢水中的元素含量如上所示；

7、s5：方坯连铸及热轧：经连铸后制得方坯，并对铸坯表面进行全修磨处理；将铸坯送入步进式加热炉中进行加热，铸坯依次经过预热段、加热段和均热段，均热段保温时间为每毫米厚铸坯加热0.95～1.05min，出炉温度为1230～1260℃；然后将铸坯经开坯机轧制8～11道次，开坯前温度为1200～1230℃，开坯后温度为950～1050℃，在空气中自然冷却；获得目标合金。

8、优选的，所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其元素组成及重量份数为：c：0.08%、si：0.23%、mn：1.1%、cr：0.12%、ni：0.1%、mo：0.003%、cu：0.11%、n：0.5%、ti:0.01%、al：0.004%、nb：0.01%；v：0.019%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe。

9、再优选的，所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其元素组成及重量份数为：c：0.09%、si：0.25%、mn：1.0%、cr：0.1%、ni：0.09%、mo：0.004%、cu：0.10%、n：0.45%、ti:0.011%、al：0.005%、nb：0.012%；v：0.021%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe。

10、再优选的，cu-cr-ni合金添加物中，cr和cu的质量比控制在1.1<cr/cu<1.8。

11、再优选的，在步骤s4的增氧后保持小流量弱吹氩5分钟左右，使钢水中的元素分布均匀。

12、再优选的，在钢液进入步骤s5进行连铸前，温度控制在1540℃以上。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

14、（1）在不锈钢中加入合金元素cu、cr、mn、ni等可有效降低特种不锈钢的饱和电流密度和全浸以及周浸条件下的腐蚀速率，使不锈钢的自腐蚀电位朝向更正的方向改变，提高钢的稳定性，降低其腐蚀速率。

15、（2）合金元素cu、cr、mn、ni的添加有助于在不锈钢的钢表面形成更加均匀、致密稳定的保护锈层，能够有效阻止侵蚀性介质特别是氯离子对钢基体的腐蚀。

技术特征：

1.一种高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，所述的不锈钢中元素组成及重量份数为：c：0.05～0.1%、si：0.2～0.27%、mn：0.8～1.2%、cr：0.1～0.15%、ni：0.08～0.12%、mo：0.002～0.004%、cu：0.09～0.12%、n：0.45～0.55%、ti:0.008～0.012%、al：0.003～0.005%、nb：0.01～0.015%；v：0.018～0.022%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe；其通过如下制备工艺生产制得：

2.如权利要求1所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，所述的不锈钢中元素组成及重量份数为：c：0.08%、si：0.23%、mn：1.1%、cr：0.12%、ni：0.1%、mo：0.003%、cu：0.11%、n：0.5%、ti:0.01%、al：0.004%、nb：0.01%；v：0.019%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe。

3.如权利要求1所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，所述的不锈钢中元素组成及重量份数为：c：0.09%、si：0.25%、mn：1.0%、cr：0.1%、ni：0.09%、mo：0.004%、cu：0.10%、n：0.45%、ti: 0.011%、al：0.005%、nb：0.012%；v：0.021%、s：≤0.003%、p：≤0.015%、余量为fe。

4.如权利要求1所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，步骤s4的cu-cr-ni合金添加物中，cr和cu的质量比控制在1.1<cr/cu<1.8。

5.如权利要求1或4所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，在步骤s4的增氧后保持小流量弱吹氩5分钟左右，使钢水中的元素分布均匀。

6.如权利要求1所述的高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其特征在于，在钢液进入步骤s5进行连铸前，温度控制在1540℃以上。

技术总结
本发明公开了一种高耐蚀海洋工程用特种不锈钢，其元素组成及重量份数为：C：0.05～0.1%、Si：0.2～0.27%、Mn：0.8～1.2%、Cr：0.1～0.15%、Ni：0.08～0.12%、Mo：0.002～0.004%、Cu：0.09～0.12%、N：0.45～0.55%、Ti:0.008～0.012%、Al：0.003～0.005%、Nb：0.01～0.015%；V：0.018～0.022%、S：≤0.003%、P：≤0.015%、余量为Fe；其制备步骤包括：转炉冶炼、AOD精炼、LF精炼、RH精炼以及方坯连铸及热轧，在RH精炼步骤中加入Cu‑Cr‑Ni合金添加物。本发明在不锈钢中加入合金元素Cu、Cr、Ni可有效降低特种不锈钢的饱和电流密度和全浸以及周浸条件下的腐蚀速率，提高钢的稳定性，降低其腐蚀速率；有助于在不锈钢的钢表面形成更加均匀、致密稳定的保护锈层，能够有效阻止侵蚀性介质特别是氯离子对钢基体的腐蚀。

技术研发人员：翟海平,王庆,汪川,任崇清,袁荃
受保护的技术使用者：江苏星火特钢集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12