一种高Cr高Ni耐蚀抗冲击特种钢板及其生产方法与流程

本发明属于特种用金属材料，具体涉及一种高cr高ni耐蚀抗冲击特种钢板及其生产方法。

背景技术：

1、特种钢板是特种装备制造的核心材料，其性能直接决定装备的防护能力、使用寿命和可靠性。特种装备常用于高温、高湿、高腐蚀（如海洋、荒漠、化学环境）及强冲击（如爆炸、碰撞）工况，对钢板的强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳性提出极高要求。

2、现有特种钢板多采用中cr中ni合金体系，存在以下核心缺陷：一是耐蚀性能不足，在海洋、湿热等腐蚀环境下易发生锈蚀，降低装备防护性能和使用寿命；二是强韧性匹配不佳，部分钢板强度达标但韧性不足，受冲击时易脆断，部分钢板韧性良好但强度无法满足装甲防护需求；三是厚板淬透性差，心部与表面性能差异大，内部缺陷多，探伤合格率低，无法满足大厚度特种构件的制造需求；四是抗疲劳性能不足，长期用于交变载荷下易出现疲劳裂纹，影响装备安全性。

3、为解决上述问题，现有技术中尝试提高cr、ni含量以提升耐蚀性和韧性，但过高的cr、ni含量易导致合金成本激增、轧制难度加大，且易出现元素偏析、晶粒粗大等问题，反而影响钢板的综合性能。因此，开发一种高cr高ni配比合理、强韧性与耐蚀性协同优异、厚板性能均匀、工艺稳定可控的特种钢板，对于提升产品性能、保障产品可靠性具有重要的意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明提供一种高cr高ni耐蚀抗冲击特种钢板及其生产方法。该方法通过高cr高ni复合合金化设计，搭配mo、nb、ti微合金化调控，实现钢板高强度、高韧性与优异耐蚀性，可经受复杂特种环境。

2、为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高cr高ni耐蚀抗冲击特种钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.15～0.25%，si：0.30～0.60%，mn：0.80～1.50%，p≤0.010%，s≤0.005%，cr：16.00～19.00%，ni：8.00～11.00%，mo：0.80～1.20%，nb：0.040～0.080%，al：0.020～0.040%，ti：0.020～0.050%，其余为fe及不可避免的杂质。

3、本发明所述钢板厚度为15～80mm。

4、本发明所述钢板整个板厚屈服强度≥750mpa，抗拉强度≥900mpa，-40℃冲击功≥60j，延伸率≥15%。

5、本发明所述钢板耐蚀等级达到gb/t 10125-2021中的5级及以上，超声波探伤合格率≥99%，钢板中心偏析等级≤0.5级，一般疏松≤0.5级，夹杂物总量控制在0.02%以下，钢板内部无裂纹，疏松、缩孔缺陷等级均满足gb/t1979-2025中特级特种钢板质量要求。

6、本发明所述钢板全板厚力学性能波动≤40mpa，晶粒等级稳定在8～9级，钢板表面硬度稳定在360～395hbw。

7、本发明还提供一种上述的高cr高ni耐蚀抗冲击特种钢板的生产方法，所述方法包括冶炼连铸、加热、轧制和调质热处理工序；

8、所述冶炼连铸工序，按设计成分进行电弧炉熔炼+lf精炼+vd真空脱气，严格控制出钢钢水p≤0.010%、s≤0.005%，减少气体和夹杂，连铸得到板坯。

9、本发明所述加热工序，铸坯在连续炉中加热至1180～1250℃，保温均匀，保温时间按3.5～4.0min/mm控制。

10、本发明采用粗轧+精轧两阶段控制轧制，粗轧温度1100～1200℃，精轧终轧温度≥900℃；轧后缓慢冷却至600℃以下，再空冷至室温。

11、本发明所述调质热处理工序，淬火温度910～930℃，保温时间2.0～2.5min/mm。

12、本发明所述调质热处理工序，钢板回火温度620～650℃，保温时间3.0～3.5min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。

13、本发明设计思路：

14、本发明针对特种钢板的核心需求，采用“高cr高ni+mo/nb/ti微合金化”的复合设计，重点提升耐蚀性、强韧性和抗疲劳性。其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：

15、c：0.15～0.25%。碳是保证钢板强度的核心元素，控制碳含量在该区间，可避免过高导致的韧性下降、焊接性恶化，同时避免含量过低导致的强度不足，实现强度与韧性的平衡，且不会影响cr、ni元素的耐蚀作用发挥。

16、si：0.30～0.60%。硅作为脱氧元素，可有效去除钢液中的氧，减少氧化物夹杂，提升钢板的纯净度；改善钢板的淬透性，该含量区间适配高cr高ni合金体系，不会导致表面质量问题，且能提升钢板的抗氧化性能。

17、mn：0.80～1.50%。锰可提升钢板的淬透性，细化晶粒，辅助提升强度和韧性，同时抑制cr、ni元素导致的晶粒粗大问题；控制锰含量在该区间，可避免过高导致的偏析和热脆，确保钢板的组织均匀性，适配厚板轧制工艺。

18、cr：16.00～19.00%。铬是提升钢板耐蚀性的核心元素，可在钢板表面形成致密的氧化铬膜，有效抵御腐蚀介质（海水、酸碱、高温氧化）的侵蚀，满足特种装备在复杂腐蚀环境下的服役需求；同时铬可提升钢板的淬透性和强度；控制铬含量在该区间，可在保证优异耐蚀性的前提下，避免过高导致的合金成本激增、轧制难度加大和晶粒粗大问题。

19、ni：8.00～11.00%。镍可稳定奥氏体组织，显著提升钢板的低温韧性和冲击韧性，解决高cr钢板易脆的问题，满足特种装备强冲击工况的需求；控制镍含量在该区间，可充分发挥其韧性提升作用，避免过高导致的成本上升和组织稳定性下降。

20、mo：0.80～1.20%。钼可显著提升钢板的耐腐蚀性能，适配海洋特种装备的使用需求；同时钼可细化晶粒，提升钢板的强度和抗疲劳性，抑制时效过程中的析出相长大，优化厚板的性能均匀性；该含量区间可充分发挥钼的协同强化和耐蚀作用，且不会增加过多生产成本。

21、nb：0.04～0.08%。铌抑制奥氏体晶粒长大，细化组织，提升钢板的强度、韧性和抗疲劳性；同时铌可改善厚板的轧制性能，减少元素偏析，提升探伤合格率；该含量区间适配高cr高ni体系，可充分发挥细晶强化和析出强化作用，避免产生粗大碳化物。

22、al：0.020～0.040%。铝作为脱氧和细晶元素，可进一步去除钢液中的残余氧，细化奥氏体晶粒，提升钢板的冲击韧性，避免氧化物夹杂对性能的不利影响；同时铝可提升钢板的抗氧化性能，适配高温特种工况。

23、ti：0.02～0.05%。钛可固定钢液中的n，形成稳定的tin化合物，细化晶粒，提升钢板的韧性和抗疲劳性；同时钛可改善钢板的焊接性，避免焊接过程中出现热裂纹，适配特种构件的焊接装配需求；含量过高易形成tin夹杂，过低则无法发挥细晶和固n作用，该区间为最优范围。

24、p≤0.010%、s≤0.005%。磷和硫是钢中的有害杂质，磷会导致钢板冷脆，硫会导致钢板热脆，均会降低钢板的韧性、抗疲劳性和焊接性，增加冲击脆断风险，严重影响特种装备的安全性；控制两者在极低水平，实现钢板的高纯净化，提升厚板内部质量和探伤合格率，满足特种产品的严苛质量要求。

25、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明的制造方法针对高cr高ni合金体系易偏析、晶粒易粗大、轧制难度大的特点，结合特种钢板的性能要求经性能检测，钢板全板厚力学性能波动≤40mpa，晶粒等级稳定在8～9级，解决了钢板偏析、晶粒粗大、厚板性能不均等问题。2、本发明通过采用电弧炉熔炼+lf精炼+vd真空脱气的三段式冶炼工艺，严格控制钢液成分，确保p≤0.010%、s≤0.005%，去除钢液中的气体（h、o、n）和夹杂，提升钢液纯净度；连铸过程采用电磁搅拌+动态轻压下技术，控制拉速，成品板坯中心偏析等级≤0.5级，一般疏松≤0.5级，夹杂物总量控制在0.02%以下，避免板坯出现中心偏析、疏松、缩孔等缺陷，以获得成分均匀、组织致密的板坯，为后续工艺和性能奠定基础。3、本发明通过合理的加热轧制工艺和调质热处理工艺，使钢板表面硬度稳定在360～395hbw，使钢板具有良好强韧性和耐磨性能，满足用户对耐磨性能要求高的使用要求，应用前景广阔。4、本发明生产的钢板厚度规格为15～80mm，该区间为特种钢板的主流规格，该厚度区间高cr高ni钢板的冲击性能与抗拉强度性能之间的平衡存在难题，本发明合理设计钢板元素含量可实现冲击性能与抗拉强度性能的最优平衡，整个板厚抗拉强度≥900mpa，屈服强度≥750mpa，延伸率≥15%，-40℃冲击功≥60j，耐蚀等级达到gb/t 10125-2021中的5级及以上。超声波探伤合格率≥99%，无内部裂纹、偏析、夹杂等缺陷，符合特种产品质量标准；钢板的强度均匀性、韧性、耐蚀性和探伤合格率均能达到特种产品的严苛标准，适合批量生产和实际应用。