CN119020698A - 一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,属于耐蚀钢技术领域,解决了现有技术中高强钢无法满足高强度冻土公路用钢低成本、高性能需求的问题。该低温耐蚀钢包括:C:0.05~0.12%,Si:0.30~0.50%,Mn:1.50~1.80%,P:0.002~0.02%,S:≤0.005%,Cu:0.05~0.55%,Cr:0.1~0.8%,Ni:0.5~3.0%,V:0.02~0.08%,Nb:0.010~0.02%,N:0.003~0.020%,Al≥0.015%,La+Ce≤0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢适用于高强度冻土公路用钢。
Description
技术领域
本发明涉及耐蚀钢技术领域,尤其涉及一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。
背景技术
在冻土高速公路建设过程中,由于面临冻土融胀、低温、耐蚀、服役寿命等问题,冻土公路用钢不仅要求其具有高的强度,同时对塑性、低温韧性、耐蚀性能、焊接性能等要求也越来越高。目前研究者围绕冻土公路用钢的脆性转变温度、耐腐蚀服役寿命、经济型制备工艺、高刚性公路用钢结构等方面研究和攻关。
目前冻土公路主要使用的以420和460MPa等级为主,为了进一步提高冻土公路的抗冻融性能,国内通常在主要承重位置采用690 MPa级的低温耐蚀钢,但是,现有的690MPa级耐蚀钢无法兼具低温韧性、耐腐蚀性、抗剪切性能以及低成本,例如,现有的Q690E,该耐蚀钢的-45℃AKV2为80 J,低温韧性较差,无法满足用户对低温性能的要求≥150J;现有的高镍耐蚀钢(镍重量百分比达5%),虽然具有较高的低温韧性,但是,其耐蚀性能和力学性能匹配不佳,且成本很高,同时。
现有的690 MPa级耐蚀钢主要存在以下问题:
(1)由于对高强度冻土公路用钢要求严苛,同时兼顾耐蚀和低温性能的高强钢较少,且合金成本高,不利于大面积推广应用;(2)由于心表温差和元素偏析等原因导致力学性能、焊接性能、耐腐蚀性能、低温冲击性能均匀性和稳定性有待提升;(3)高强度冻土公路用钢环境涉及-45℃~-50℃,而标准中E级板(-40℃)只规定了-40℃AKV2≥47J,无法满足实际需求,采用标准中F级板(-60℃)成本太高且制造工艺复杂,良好的低温韧性钢的生产难度较大。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明实施例旨在提供一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法,用以解决现有的高强钢不适用于高强度冻土公路用钢的问题。
一方面,本发明实施例提供了一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分以重量百分比计包括:C:0.05~0.12%,Si:0.30~0.50%,Mn:1.50~1.80%,P:0.002~0.02%,S:≤0.005%,Cu:0.05~0.55%,Cr:0.1~0.8%,Ni:0.5~3.0%,V:0.02~0.08%,Nb:0.010~0.02%,N:0.003~0.020%,Al≥0.015%,La+Ce≤0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中,氮、钒原子比为0.5~0.9。
优选地,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的热轧态组织为贝氏体和5~30%的板条马氏体的混合组织、全部为针状铁素体以及全部为板条贝氏体中的一种。
另一方面,本发明还提供了一种上述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法,所述制备方法包括:
步骤(1):冶炼和连铸,得到连铸坯。
步骤(2):对连铸坯进行均热处理。
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式。
步骤(5):进行卷取。
优选地,所述均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式包括:在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5-10%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的80-90%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10-20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的60-80%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20-30%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的40-60%的区域进行喷淋冷却。
优选地,在总冷却线长度的第一个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为100-400mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为500-800mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为900-1200mm。
优选地,所述层流冷却的冷却速度为30~50℃/s。
优选地,步骤(2)中,所述均热处理的温度为1130~1200℃。
优选地,步骤(3)中,所述粗轧的开轧温度为1050~1180℃,首道次变形量大于40%。
优选地,步骤(3)中,所述精轧采用未再结晶区低温轧制,7道次累积变形量大于30%。
优选地,步骤(5)中,所述卷取的温度为430~600℃。
与现有技术相比,本发明至少可实现如下有益效果之一:
1、本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,同时含有Nb、V、N,且氮钒原子比为0.5-0.9(常规钢的氮钒原子比<0.5)复合添加可以获得细小的Nb(N,C)+V(N,C)复合析出物,有利于低温韧性的提升;高锰硫比Mn:S≥300(Mn:1.50~1.80%,S:≤0.005%)有利于显微组织和性能的均匀性,同时可以减少硫对RE元素的影响;考虑低氧低硫磷条件下同时添加La+Ce+Al,同时不添加Ti,可以在合适的温度范围内获得细小的氧化物,同时配合低碳可以获得细小的氧化物+碳化物+硫化物的复合析出物,减少大型夹杂物,有利于细化晶粒和低温韧性的大幅提升,且焊接性能优异;低硫磷条件下同时添加La+Ce+Ni+Cr+Cu+Al,结合氧化铁皮结构控制工艺,不同于常规的依靠Ni+Cr+Cu或Ni+Cr+Cu+P单一氧化铁皮结构来提升耐腐蚀性能,本发明可以在表面获得致密的氧化铁(Ni+Cr+Cu)+稀土元素氧化物+钝化的氧化膜的同时提高基体电位、缩小内部电位差,有效的提升耐蚀性能,尤其是冻融状态下的盐碱、盐、大气等环境下的腐蚀;高Ni低Cu高Al高N结合Nb+V的添加,有利于表面质量的提升以及综合力学性能的提升。
2、本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢合金含量较低,添加少量Ni、Cr、Cu、稀土RE、Nb、V,总量≤4%,合金成本低。
3、本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢主要考虑获得良好力学性能和耐腐蚀性能兼顾的组织,如针状铁素体、板条贝氏体、板条马氏体,细针状结构和板条结构有利于晶界强化,避免晶界腐蚀,进而有利于提高低温韧性、提高抗冻融交替的应力腐蚀、耐低温盐碱环境腐蚀的效果。
4、本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的力学性能、低温冲击韧性和耐腐蚀性能远优于常规产品(Q235钢),抗拉强度较常规产品高约200MPa,屈强比<0.8,-45℃AKV2≥150J,相对Q235钢,其相对腐蚀率<50%,能满足不同环境的冻土用钢耐腐蚀要求。
5、本发明的制备方法中,通过高渗透轧制变形工艺、冷却路径设计、均匀冷却和差异化遮蔽耦合工艺、在线热处理工艺优化,获得兼具良好力学性能、耐蚀性能和低温性能的高强塑性冻土公路用耐蚀钢。
本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分优点可从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件;
图1是本发明的实施例1的显微组织形貌;
图2是本发明的实施例2的显微组织形貌;
图3是本发明的实施例3的显微组织形貌;
图4是本发明的对比例2的显微组织形貌;
图5是本发明的实施例3的冲击断口形貌;
图6是本发明的对比例1的冲击断口形貌;
图7是本发明实施例和对比例的相对腐蚀率对比图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
一方面,本发明提供了一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分以重量百分比计包括:C:0.05~0.12%(例如0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.10%、0.11%),Si:0.30~0.50%(例如0.35%、0.40%、0.45%),Mn:1.50~1.80%(例如1.60%、1.70%),P:0.002~0.02%(例如0.005%、0.010%、0.015%),S:≤0.005%,Cu:0.05~0.55%,Cr:0.1~0.8%,Ni:0.5~3.0%(例如1.0%、1.5%、2.0%、2.5%),V:0.02~0.08%(例如0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%),Nb:0.01~0.02%,N:0.003~0.020%(例如0.005%、0.010%、0.015%),Al≥0.015%,La+Ce≤0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中,氮、钒原子比为0.5~0.9。
碳(C):本发明钢种以贝氏体和少量板条马氏体的混合组织、针状铁素体或者板条贝氏体为最终组织,需要严格控制C含量的范围;适量C的加入可以在钢中起到固溶强化作用,提高基体的强度;严格控制C含量,可以有效降低连铸坯Mn/S比的敏感性,降低连铸纵裂发生概率。比较低的C含量可以提高钢的均匀延伸率,故本发明钢的碳元素含量控制为0.05~0.12%。
硅(Si):Si元素不仅可以起到固溶强化作用,而且能提高钢的耐腐蚀性能。硅含量过高会对钢的塑韧性产生不利影响,因此控制Si含量范围为0.3~0.5%。
锰(Mn):Mn元素是扩大奥氏体相区,细化晶粒和保证钢的综合性能最有效的元素,0.1%的Mn可以提高基体抗拉强度10MPa,综合考虑钢中Mn含量控制范围在1.5~1.8%。
磷(P)、硫(S):磷硫元素对应钢的低温韧性影响较大,磷硫元素富集或偏析会严重降低钢的低温韧性,因此需要严格控制钢中的磷硫含量,P元素的控制范围为0.002~0.02%,S元素的控制范围为≤0.005%。
铜(Cu):Cu属于固溶强化元素,可以提高钢基体强度。Cu元素的加入能够增强钢铁的耐腐蚀性能,使钢铁在酸、碱、盐等腐蚀性环境中更加耐用,但Cu元素含量增加后热加工时容易产生热脆,Cu含量超过0.5%塑性显著降低。因此,钢中的Cu含量控制范围为0.05~0.55%。
铬(Cr):铬能够缩小γ相区,形成γ相圈,在α铁中无限互溶,是碳化物形成元素,随着Cr含量的增加,可形成(Fe、Cr)3C,和7-3型23-6型,铬含量过高时,易发生δ相和回火脆性,且会影响焊接性能,因此,钢中的Cr含量控制范围为0.1~0.8%。
镍(Ni):镍能提高钢的强度和韧性,提高淬透性。含量高时,可显著改变钢和合金的一些物理性能,提高钢的抗腐蚀能力。但考虑经济性,控制在0.5~3.0%。
镧(La)、铈(Ce):La 和Ce可以有效改善钢中夹杂物特性,净化钢水,并细化晶粒,提高钢的耐腐蚀和抗氧化性能,有效抵抗高原土壤腐蚀。因此, La+Ce≤0.05% ,其中,La含量范围控制在0~0.05%,进一步优选为0.001~0.05%(例如0.01%、0.02%、0.03%、0.04%) ,Ce含量范围控制在0~0.05%,进一步优选为0.001~0.05%(例如0.01%、0.02%、0.03%、0.04%)。
钒(V)、铌(Nb):V和Nb是强碳氮化物形成元素,缩小γ相区,可以通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来提高钢材的强度。增加V元素,可以降低钢的韧脆转变温度;微量Nb可在不影响钢的塑性或韧性的情况下,提高钢的强度。Nb元素的添加,可以固定钢中的碳和沉淀硬化作用,其析出物可以有效钉扎奥氏体晶界,起到细化晶粒的作用,可以改善钢基体和焊接热影响区的低温韧性并降低其脆性转折温度。
氮(N):N元素与V、Nb元素形成氮化物,可以起到沉淀强化作用,更好的发挥钢中微合金强化作用,增加钢基体的强度和耐腐蚀性能。因此,钢中的氮含量控制范围为0.003~0.020%。
铝(Al): Al元素有助于夹杂物控制、耐腐蚀性能和焊接性能优化。
进一步地,本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的氧含量≤30ppm。钢中的O含量主要以氧化物夹杂的形式存在,严重影响钢的低温韧性。为了更好的发挥稀土元素对钢水的净化作用,以及固溶稀土的耐腐蚀作用,需要严格控制低碳钢中的氧含量。因此,钢中的氧含量控制范围为≤30ppm。
示例性地,Ni、Cr、Cu、La+Ce、Nb、V的总量≤4%。
示例性地,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的热轧态组织为贝氏体和少量板条马氏体的混合组织、针状铁素体以及板条贝氏体中的一种,这些组织有利于获得良好力学性能和耐腐蚀性能,但马氏体含量太多不利于韧性的提升,需要限制其含量,同时细针状结构和板条结构有利于晶界强化,避免晶界腐蚀,进而有利于提高低温韧性、提高抗冻融交替的应力腐蚀、耐低温盐碱环境腐蚀的效果。
需要说明的是,当690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的热轧态组织为贝氏体+少量板条马氏体时,综合考虑强塑韧性匹配,贝氏体的含量为70~100%,板条马氏体的含量为0~30%,进一步地,贝氏体的含量为70~95%,板条马氏体的含量为5~30%。
示例性地,690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的晶粒度为10~11级。
示例性地,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的屈服强度≥690MPa,抗拉强度≥1000MPa,屈强比<0.8,延伸率A≥20%,-45℃AKV2≥150J,相对Q235B钢,其相对腐蚀率<50%(腐蚀方法见相关国家标准)。
示例性地,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的厚度为0.6~20mm,宽度为900~2200mm。
另一方面,本发明还提供了一种上述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法,所述制备方法包括:
步骤(1):冶炼和连铸,得到连铸坯。
步骤(2):对连铸坯进行均热处理。
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式。
步骤(5):进行卷取。
示例性地,步骤(1)中,冶炼和连铸包括转炉或电炉冶炼、LF精炼、RH/VD真空处理和连铸工艺,该过程中,控制以下元素的质量百分含量:P:0.002~0.02%,S≤0.005%,O≤30ppm,H≤3ppm,适度增氮有利于促进细小的氮化物析出,但兼顾强塑化水平,控制N含量为0.003~0.020%。
示例性地,步骤(2)中,所述均热处理的温度为1130~1200℃,主要考虑低温耐蚀钢的氧化剧烈,为了减少氧化、提高表面质量。
示例性地,步骤(3)中,所述粗轧的开轧温度为1050~1180℃,首道次变形量大于40%。粗轧采用高温大压下工艺,压下率≥50%,可以明显细化再结晶区奥氏体晶粒。
示例性地,步骤(3)中,所述精轧采用未再结晶区低温轧制,保证一定的累积压缩比,设定7道次累积变形量大于30%,实现未再结晶区的组织细化。
示例性地,连铸坯进精轧入口前待温2~4min,考虑低温轧制有利于韧性提升,因此设定精轧入口温度为800~830℃,终轧温度750-830℃。
需要说明的是,层流冷却是指采用层状水流对热轧钢板或带钢进行的轧后在线控制冷却工艺。将数个层流集管安装在精轧机输出辊道的上方,组成一条冷却带,钢板(带)热轧后通过冷却带进行加速冷却。冷却带中设置多排水流,每排水流与钢板的宽度方向平行,钢板在冷却带中沿其长度方向移动穿过冷却带。
本发明的层流冷却方式为均匀冷却方式和差异化遮蔽相耦合的,因为轧制后的连铸坯边缘区域的温度低于中间区域的温度,控制温差在10-30℃。
具体地,所述均匀冷却方式和差异化遮蔽相耦合的包括:在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5-10%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的80-90%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10-20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的60-80%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20-30%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的40-60%的区域进行喷淋冷却,这样有利于获得均匀的显微组织,进而有利于提高晶界和晶内的抗应力腐蚀和低温冲击韧性。
需要说明的是,所述“遮蔽”可以通过关闭所要遮蔽区域的水流或者用挡板阻挡水流喷洒到需要遮蔽的区域来实现。
示例性地,在总冷却线长度的第一个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为100-400mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为500-800mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为900-1200mm,主要考虑随着冷却温度的降低,边部温降降低幅度增大,为了获得均匀的冷却效果,逐步延长相邻喷淋水流的冷却间距。
示例性地,所述层流冷却的冷却速度为30~50℃/s,避免出现冷速太低出现铁素体、珠光体,同时也避免由于冷速太快,出现太多的马氏体,不利于低温耐蚀性能与力学性能的匹配。
示例性地,步骤(5)中,所述卷取的温度为430~600℃。常规卷曲温度650℃以上,本发明采用低温卷取工艺,卷曲温度为430~600℃。
下面,通过具体实施例详细说明本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。
实施例1:
该实施例提供一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。
本实施例的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分见表1。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法包括:
步骤(1):炼钢采用转炉+LF+RH +连铸工艺进行冶炼和连铸,该过程中,控制以下元素的质量百分含量:P≤0.02%,S≤0.005%,O≤30ppm,H≤3ppm,适度增氮,N≤100ppm;
步骤(2):对连铸坯进行均热处理,均热处理的温度为1150℃,加热时间2.5h;
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧;粗轧采用高温大压下工艺,粗轧开轧温度为1100℃,首道次变形量为45%;精轧阶段采用未再结晶区低温轧制,7道次累积变形量为55%,进精轧入口前待温2min,精轧入口温度为820℃,终轧温度770℃。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却方式,在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的90%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为200mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的80%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为500mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的30%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的40%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为1000mm。层流冷却的冷却速度为45℃/s。
步骤(5):采用低温卷取工艺,卷取温度控制为450℃。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢厚度范围为0.6mm,宽度900mm,热轧态组织为板条贝氏体,晶粒度为10~11级。该低温耐蚀钢的力学性能、低温韧性见表2,耐蚀性见图7。
实施例2:
该实施例提供一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。
本实施例的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分见表1。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法包括:
步骤(1):炼钢采用转炉+LF+RH +连铸工艺进行冶炼和连铸,该过程中,控制以下元素的质量百分含量:P≤0.02%,S≤0.005%,O≤30ppm,H≤3ppm,适度增氮,N≤200ppm。
步骤(2):对连铸坯进行均热处理,均热处理的温度为1150℃,加热时间2.5h。
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧;粗轧采用高温大压下工艺,粗轧开轧温度为1100℃,首道次变形量为45%;精轧阶段采用未再结晶区低温轧制,7道次累积变形量为55%,进精轧入口前待温2min,精轧入口温度为820℃,终轧温度760℃。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却方式,在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的80%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为400mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的60%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为800mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的30%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的40%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为1200mm。层流冷却的冷却速度为35℃/s。
步骤(5):采用低温卷取工艺,卷取温度控制为550℃。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢厚度范围为4mm,宽度2100mm,热轧态组织为贝氏体,晶粒度为10~11级。该低温耐蚀钢的力学性能、低温韧性见表2,耐蚀性见图7。
实施例3:
该实施例提供一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。
本实施例的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分见表1。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法包括:
步骤(1):炼钢采用转炉+LF+RH +连铸工艺进行冶炼和连铸,该过程中,控制以下元素的质量百分含量:P≤0.02%,S≤0.005%,O≤30ppm,H≤3ppm,适度增氮,N≤120ppm。
步骤(2):对连铸坯进行均热处理,均热处理的温度为1200℃,加热时间3h。
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧;粗轧采用高温大压下工艺,粗轧开轧温度为1100℃,首道次变形量为45%;精轧阶段采用未再结晶区低温轧制,7道次累积变形量为65%,进精轧入口前待温3min,精轧入口温度为820℃,终轧温度820℃。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却方式,在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的90%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为300mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的60%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为600mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的20%的区域进行喷淋冷却;相邻两排喷淋水流之间的间距为1000mm。层流冷却的冷却速度为30℃/s。
步骤(5):采用低温卷取工艺,卷取温度控制为570℃。
该690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢厚度范围为18mm,宽度1800mm,热轧态组织为贝氏体(含量95%)+板条马氏体(含量5%),晶粒度为10~11级。该低温耐蚀钢的力学性能、低温韧性见表2,耐蚀性见图7。
对比例1和对比例2
对比例1和对比例2的耐蚀钢的化学成分见表1,制备方法均采用常规方法,包括:
步骤(1):常规冶炼和连铸,得到合格连铸坯。
步骤(2):对连铸坯进行加热、均热处理。
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧。
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为连续冷却方式,不考虑边部遮蔽和均匀冷却路径设计。
步骤(5):进行670℃的高温卷取。
对比例1和对比例2的耐蚀钢的力学性能、低温韧性见表2,耐蚀性见图7。
对比例3
该对比例提供一种与实施例1相似的低温耐蚀钢及其制备方法,不同的是,层流冷却时没有采用均匀冷却方式,及没有进行遮蔽工艺和水流密度的改变。对比例3的耐蚀钢的力学性能、低温韧性见表2,相对腐蚀率为53.47%。
表1 实施例和对比例的化学成分 wt%
表2
从表1、表2可以看出,与现有的690MPa级耐蚀钢Q690E相比,本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢在延伸率A与其相当的同时,还具有较高的屈服强度Rel 或Rp0.2和抗拉强度Rm,屈强比较小,具有较高的和断面收缩率Z和较高的-45℃AKV2值,说明本发明的低温耐蚀钢具有较高的低温韧性;从图7可以看出,相对Q235钢,本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的相对腐蚀率<50%,低于Q690E的相对腐蚀率。因此,本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢同时具有较好的力学性能、低温性能以及耐蚀性,满足高强度冻土公路用钢要求。
从表1、表2可以看出,与对比例1的耐蚀钢相比,本发明的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢在力学性能与其相当的情况下,成分减少至少2%Ni,合金成本节约100元以上。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,其特征在于,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分以重量百分比计包括:C:0.05~0.12%,Si:0.30~0.50%,Mn:1.50~1.80%,P:0.002~0.02%,S:≤0.005%,Cu:0.05~0.55%,Cr:0.1~0.8%,Ni:0.5~3.0%,V:0.02~0.08%,Nb:0.010~0.02%,N:0.003~0.020%,Al≥0.015%,La+Ce≤0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质;其中,氮、钒原子比为0.5~0.9。
2.根据权利要求1所述的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢,其特征在于,所述690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的热轧态组织为贝氏体和5~30%的板条马氏体的混合组织、全部为针状铁素体以及全部为板条贝氏体中的一种。
3.一种如权利要求1或2所述的690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
步骤(1):冶炼和连铸,得到连铸坯;
步骤(2):对连铸坯进行均热处理;
步骤(3):对连铸坯进行轧制,轧制过程包括粗轧和精轧;
步骤(4):轧制至目标厚度后,对连铸坯进行层流冷却,所述层流冷却方式为均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式;
步骤(5):进行卷取。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式包括:在总冷却线长度的第一个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5-10%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的80-90%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第二个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10-20%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的60-80%的区域进行喷淋冷却;在总冷却线长度的第三个1/3段,连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20-30%,仅对位于连铸坯中间的且宽度的40-60%的区域进行喷淋冷却。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在总冷却线长度的第一个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为100-400mm;在总冷却线长度的第二个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为500-800mm;在总冷却线长度的第三个1/3段,相邻两排喷淋水流之间的间距为900-1200mm。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述层流冷却的冷却速度为30~50℃/s。
7.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述均热处理的温度为1130~1200℃。
8.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述粗轧的开轧温度为1050~1180℃,首道次变形量大于40%。
9.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述精轧采用未再结晶区低温轧制,7道次累积变形量大于30%。
10.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)中,所述卷取的温度为430~600℃。
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