一种高强韧耐腐蚀热轧L型钢及生产方法和应用与流程

本发明属于热轧l型钢，具体涉及一种高强韧耐腐蚀热轧l型钢及生产方法和应用。

背景技术：

1、热轧l型钢是船舶等重要加强钢材。在相同截面模数条件下，热轧l型钢比热轧球扁钢用钢量少，且面板厚度薄，焊缝质量好。采用热轧l型钢建造船舶，仓容增大，效益显著。因此，热轧l型钢成为高等级船舶设计与建造首选。

2、超大型液化气体运输船的船体与液化舱不仅需求高强韧、还需耐腐蚀热轧l型钢设计与建造。目前，国内该产品相关生产技术空白，无法满足船企需求，严重制约了我国造船装备业高端化的发展。。

3、中国专利cn118147762a公开了一种高强度耐腐蚀钢及其制备方法，包含下述重量百分比的各组分：c:0.005％~0.015％、si:0.8％~1.18％、p≤0.012％、s≤0.0015％、ni：0.6％~0.9％、cr：1.6％~1.9％、cu:0.6％~0.9％、al：0.65％~1.15％、ce+y:0.05％~0.5％、余量为fe和不可避免的杂质；生产工艺：转炉-电炉-连铸-轧制-轧后冷却-热处理-（感应淬火和表面复合氧化物钝化处理）；产品屈服强度大于580mpa；-75℃v型缺口冲击功≥90j，耐腐蚀性能：10%hcl+20nacl+10%hs+60%h2o(水)溶液腐蚀速率≤0.03mm/年。该专利公开的高强度耐腐蚀钢虽然具有优异的耐腐蚀性能，但是其屈服强度超580mpa，采用了稀土合金化与热处理工艺处理，工艺复杂，生产成本高，质量难控制。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高强韧耐腐蚀热轧l型钢及其生产方法和应用，其屈服强度reh≥355mpa，抗拉强度rm：490~630mpa，伸长率a≥22%，-20℃冲击吸收能量最小值kv2≥50j，焊接裂纹敏感指数pcm=0.20-0.25；耐大气腐蚀性指数i≥6.5，相对q355b腐蚀率≤50%，可应用于-20℃高腐蚀环境及以上包括低温船等装备的加强肋或支撑构件。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、本发明提供了一种高强韧耐腐蚀热轧l型钢，所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢包括以下重量百分比的化学成分：c：0.09~0.16%，si：0.20~0.50%，mn：0.50~0.80%，p：0.015~0.025%，s：≤0.015%，v：0.04~0.06%，ni：0.20~0.40%，cr：0.40~0.60%，cu：0.20~0.40%，mo：≤0.03%，b：≤0.0005%，n：0.0080~0.0160%，余量为铁和不可避免的杂质；

4、其中，所述化学成分满足：

5、k1= ni/cu，1.0≤ k1 ≤ 1.2；

6、k2= v×n，0.00050≤k2≤0.00090；

7、所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢的耐大气腐蚀性指数i≥6.5，焊接裂纹敏感指数0.20≤pcm≤0.25。

8、其中，耐大气腐蚀性指数i=26.01×cu+3.88×ni+1.20×cr+1.49×si+17.28×p-7.29×cu×ni-9.10×ni×p-33.39×cu2；

9、焊接裂纹敏感指数pcm= c+si/30+（mn+cu+cr）/20+mo/15+ni/60+v/10+5b。

10、上述公式中，各成分的含量为它们在钢中的含量×100。

11、所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢的金相组织为铁素体和珠光体；其中，珠光体的体积分数为8~18%；铁素体晶粒直径≤20μm，直径≤15μm的铁素体在铁素体中的体积占比≥85%；细化铁素体晶粒，可同时提高产品强度和韧性，尤其是低温韧性，使得产品在高强度的条件下获得优异的低温韧性。

12、所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢中的合金化粒子为v（cn）第二相粒子，其体积分数vv（cn）≥0.08%。其中，尺寸≤20 nm的v（cn）第二相粒子的体积分数≥0.06%。钢中v（cn）第二相粒子会在轧制过程中通过轧制应变诱导析出，抑制奥氏体长大与再结晶发生，提升奥氏体再结晶温度，扩大奥氏体未再结晶区，增加轧制应变积累，促进轧后组织转变，同时，析出的v（cn）第二相粒子也可作为相变形核的核心促进组织转变，两项作用耦合，细化最终产品的组织；此外，在低温区铁素体中析出的v（cn）粒子可显著地阻碍位错的运动，提高产品的强度。

13、所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢的屈服强度reh≥355mpa，抗拉强度rm：490~630mpa，伸长率a≥22%，-20℃冲击吸收能量最小值kv2≥50j，焊接裂纹敏感指数pcm=0.20-0.25；耐大气腐蚀性指数i≥6.5，相对q355b腐蚀率≤50%。

14、本发明还提供了所述高强韧耐腐蚀热轧l型钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：冶炼-连铸-加热炉加热-高压水除鳞-粗轧-高压水除鳞-精轧-空冷-矫直。

15、所述冶炼步骤包括铁水预处理-转炉冶炼-吹氩-lf炉精炼。

16、所述连铸步骤中，拉速控制在1.0~1.5m/min；二冷比水量：0.3-0.8l/kg。

17、所述加热炉加热步骤中，均热温度：1180~1200℃；均热时间：15~20min。

18、所述粗轧步骤中，粗轧包括粗轧1和粗轧2；粗轧1由一台两辊轧机构成，进行往复轧制。粗轧2轧制温度：1000~1040℃，截面变形量≥50%。粗轧2由一台两辊轧机构成，进行往复轧制。

19、所述精轧步骤中，精轧入口温度：950~960℃；精轧出口温度：840~860℃；精轧截面变形量≥40%；精轧轧件两侧温度差：≤5℃。

20、精轧由两辊轧机组成连轧机组，每台轧机布置一个孔型，一道次连轧。

21、粗轧1切分孔轧件两侧面积比值与成品两侧面积比值的比例关系为：0.99~1.01。

22、精轧连轧机组的长腿和短腿延伸系数差≤0.05，保证轧件在轧制过程中稳定轧制。

23、本发明还提供了所述的高强韧耐腐蚀热轧l型钢在船舶制造中的应用；其可应用于-20℃高腐蚀环境及以下包括低温船等装备的加强肋或支撑构件。

24、本发明提供的高强韧耐腐蚀热轧l型钢中，各成分作用及控制如下：

25、c含量设为0.09~0.16%。c(碳)是对钢的强化有效的元素，因此，设定c含量下限值为0.09%。当c含量大于0.16%时，会显著提升热轧l型钢的焊接裂纹敏感指数pcm，降低热轧l型钢的焊接性，同时，也会降低热轧l型钢低温韧性。因此，将c含量上限设为0.16%。

26、si含量设为0.20~0.50%。si(硅)是脱氧元素，有助于强度提升和腐蚀性能。因此，将si含量的下限设为0.20%。若si含量大于0.50%，将加速高温剥层，恶化韧性，对钢的表面质量有不利影响。因此，将si含量的上限设为0.50%。

27、mn含量设为0.50~0.80%。mn(锰)在一定范围内同时提高钢的韧性和强度。考虑到与c和v的耦合作用，设定mn含量下限为0.50%。若mn含量大于0.80%，则易产生宏观偏析，导致钢的韧性显著降低。因此，将mn含量的上限设为0.80%。

28、p含量设为0.015~0.025%。p（磷）是凝固偏析引起的裂纹、韧性降低的原因所在，同时，也有助于提高产品耐腐蚀性与强度，因此，设定p含量的下限设为0.015%。p含量过高会急剧恶化产品性能，尤其是韧性，故p含量上限设为0.025%。

29、s含量设为≤0.015%。s（硫）会因凝固偏析在铸坯心部形成mns夹杂，会引起焊接裂纹、韧性降低，因此应尽量减少，综合考虑脱s成本，将s量限制为0.015%以下。

30、v含量设为0.04~0.06%。v（钒）用于析出足够的v（cn），形成通过钉扎效应阻碍奥氏体晶粒长大，实现细化奥氏体晶粒效果，同时，在组织中大量析出可有效提高产品强度。考虑到与c、mn在钢中所起的作用，故设定v含量的下限为0.04%；若v含量超过0.060%时，不易析出，起不到添加效果，且不利于成本控制。因此，将v含量上限设为0.060%。

31、cr含量设为0.40~0.60%。cr（铬）是提升锈层致密性和稳定性，可大幅提升耐腐蚀性。因此，将cr含量的下限设为0.40%。另一方面，若cr含量大于0.60%，将显著提升钢的淬透性，恶化韧性。因此，将cr含量的上限设为0.60%。

32、ni含量设为0.20~0.40%。ni（镍）是显著提升耐腐蚀性能，同时避免cu热脆引起的网裂。因此，将ni含量的下限设为0.20%。若ni含量大于0.40%，将显著提高产品成本。因此，将ni含量的上限设为0.40%。

33、cu含量设为0.20~0.40%。cu（铜）是提升耐腐蚀性的主要元素，同时，通过固溶强化和沉淀强化也能提高强度。因此，将cu含量的下限设为0.20%。若cu含量大于0.40%，会恶化低温冲击韧性，增加连铸坯加热时的表面裂纹敏感性。因此，将cu含量的上限设为0.40%。

34、mo含量设为≤0.03%。mo（钼）是显著提升钢材的淬透性、高温强度、抗回火软化能力和耐腐蚀性元素，但价格昂贵，故设定为≤0.03%。

35、b含量设为≤0.0005%。b（硼）是显著提升钢材的淬透性元素，微量加入会显著提升产品的淬透性，加入过多的话会恶化焊接性，故设定为≤0.0005%。

36、n含量设为0.0080~0.0160%。n（氮）是形成v（cn）粒子的主要组成元素，有助于组织的细化和析出强化的元素。因此，将n含量的下限设为0.0080%。若n含量大于0.0160%，则会引起粒子粗大，恶化低温韧性、连铸表面质量以及钢材应变时效性能。因此，将n含量的上限设为0.0160%。

37、同时，为了保证钢具备优异的耐大气腐蚀性能，控制钢的耐大气腐蚀性指数i≥6.5。

38、为了保证钢具备优异的抗焊接裂纹敏感，控制钢的焊接裂纹敏感指数pcm为0.20~0.25。

39、为了控制产品的质量，控制k1满足以下要求：k1= ni/cu，1.0 ≤ k1 ≤ 1.2。

40、为控制钢中第二相粒子析出量，控制k2满足以下要求：k2= v*n，0.00050≤k2≤0.00090。

41、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

42、1）本发明提供的高强韧耐腐蚀热轧l型钢，屈服强度reh≥355mpa，抗拉强度rm：490~630mpa，伸长率a≥22%，-20℃冲击吸收能量最小值kv2≥50j，焊接裂纹敏感指数pcm=0.20-0.24；耐大气腐蚀性指数i≥6.5，相对q355b腐蚀率≤50%。产品可应用于-20℃高腐蚀环境及以上包括低温船等装备的加强肋或支撑构件。

43、2）通过cr+ni+cu+v合金化设计，利用cr、ni、cu合理设计增加产品耐腐蚀性，耦合v元素的细晶强化与析出强化作用，开发出了高强韧耐腐蚀性热轧l型钢。

44、3）在半连轧热轧型钢生产线，通过合理的孔型设计，严控bd1切分孔轧件两侧的面积以及后续槽型孔、蝶式孔以及成品的轧件两侧的面积，顺利生产出尺寸满足yb/t 4562标准要求的热轧l型钢。

45、4）采用低成本的合金设计，结合热轧l型钢轧制变形特点，在不需轧制穿水以及热处理的条件下，通过孔型设计与轧制工艺优化调，实现了高强韧耐腐蚀热轧l型钢稳定生产，产品规格范围为l200mm×90mm×9mm×14mm ~l450mm×125mm×11.5mm×18mm，适配性广，可匹配多种安装工况。