一种用于-70℃环境下的耐候钢及生产方法与流程

一种用于-70
℃
环境下的耐候钢及生产方法
技术领域
1.本发明涉及一种机械工程用钢及生产方法，具体属于一种用于-70℃环境下的耐候钢及生产方法。


背景技术：

2.由于不同合作国家的地理环境与气候特点，对钢材的需求与我国要求的技术指标差异很大，尤其是一些气温较低的国家，其室外温度可达到-70℃，甚至更低，为确保安全性，在其国家使用的钢铁材料要求其冲击韧性的温度达到-70℃，而我国国家标准和行业标准对耐候钢的低温冲击功的需求最低为温度为-40℃。面对上述发展趋势，有必要开发冲击韧性的温度达到-70℃的耐候钢，以满足我国企业对外发展70℃极寒环境下使用的耐候钢需求。
3.中国专利申请号为2021110487697的文献，公开了“一种适用于-70℃环境下的低合金高强钢”，其虽然-70℃冲击韧性能满足指标要求，但冲击值较低，不能应用于成型复杂的工程和机械零部件。同时，该文献的生产方法中由于冷却为一次性的，钢材的最终组织为铁素体 珠光体，硬相的珠光体组织不利于提高钢的低温韧性。
4.中国专利公开号分别为cn 106435360a、cn 102168229、cn 101994064a的文献，均着重于耐候钢的成分设计及生产方法，耐候钢的冲击韧性均达不到-70℃的使用要求。
5.本发明主要通过创新性的生产法，尤其是轧制方法，生产一种在-70℃具有良好冲击韧性的耐候钢，不同于专利申请号为2021110487697“一种适用于-70℃环境下的低合金高强钢”的思路，并且更大幅度的提高了-70℃的冲击功，具有更广泛的应用领域；同时，区别于其它耐候钢主要在于-70℃具有良好冲击韧性，适用于更恶劣的使用环境。


技术实现要素：

6.本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证屈服强度≥355mpa，抗拉强度： 470～650mpa，延伸率≥22％下，还使-70℃kv2不低于60j，耐腐蚀性为在与q345b相同常规试验条件下的30％及以下，且具有良好的冷成型性能、焊接性能的用于-70℃环境下的耐候钢及生产方法。
7.实现上述目的的措施：
8.一种用于-70℃环境下的耐候钢，其组分及重量百分比含量在：c：0.05～0.12％，si:≤ 0.05％，mn：0.4～1.0％，p不超过0.035％、s：≤0.005％，cu：0.10～0.55％，cr：1.20～2.50％， ni：0.82～2.50％，余量为平衡铁及不可避免的杂质，并满足：1.50≤cu cr≤2.42％，0.95≤(cu cr) /ni≤2.48％。
9.优选地：c的重量百分比含量在0.063～0.105％。
10.优选地：cr的重量百分比含量在1.33～2.35％。
11.优选地：ni的重量百分比含量在1.56～2.35％。
12.优选地：1.60≤cu cr≤2.35％；1.15≤(cu cr)/ni≤1.63％。
13.一种用于-70℃环境下的耐候钢的生产方法，其步骤：
14.1)转炉炼钢，出钢合金化并连铸成坯；
15.2)对铸坯加热，并控制加热温度在1200～1250℃；
16.3)进行粗轧，并控制轧制结束温度在1020～1060℃，累计压下率不低于75％；
17.4)进行精轧，并控制开轧温度不超过940℃，终轧温度在780～820℃；
18.5)采用两段式进行层流冷却，第一段在冷却速度为50～60℃/s下冷却至600～640℃；在空冷6～14s后进行第二阶段层流冷却，该阶段在冷却速度为25～45℃/s下冷却至 450～520℃；
19.6)常规卷取。
20.优选地：铸坯加热温度在1218～1243℃。
21.优选地：粗轧结束温度在1032～1052℃，累计压下率不低于83％。
22.优选地：精轧开轧温度不超过920℃，终轧温度在792～815℃。
23.优选地：层流冷却的：第一段在冷却速度为54～57℃/s下冷却至617～629℃；在空冷9～12s 后进行第二阶段层流冷却，该阶段在冷却速度为28～35℃/s下冷却至462～508℃。
24.本发明中各金属元素及主要工艺的作用及机理
25.c：在本发明中c是提高钢强度最经济有效的合金元素，但c含量过高会显著恶化钢的低温冲击韧性，本发明采用超低c设计，减少碳化物组织形成，提高钢的低温冲击韧性，本发明钢中的c含量为0.05～0.12％，优选地c的重量百分比含量在0.063～0.105％。
26.si：在本发明中si是影响热轧带钢表面质量的重要元素，为保证钢板良好的表面质量，本发明钢中的si含量设计为≤0.04％。
27.mn：在本发明中，不仅可以通过mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温度，细化晶粒，提高钢的低温韧性，本发明钢mn含量设计为0.4～1.0％。
28.p：在本发明中p是低合金钢中的杂质元素之一，含p量高，一方面使钢具有较明显的冷脆倾向，另一方面p容易产生p偏析，明显恶化冷成型性能和低温冲击韧性。本发明钢中的p含量控制较低水平，p含量不超过0.035％。
29.s：在本发明中s是钢中的有害元素，生成的硫化物夹杂严重影响钢的低温冲击韧性，因此应尽量降低钢中的s含量，使其含量在0.003％以下。
30.cu：在本发明中该元素是耐候钢中主要的耐候元素，能有效提高钢的耐候性能，cu作为合金元素加入到钢中，同时还有固溶及沉淀强化作用。因此将cu含量控制0.10～0.55％。
31.cr：该元素与钢中cu等元素匹配使用可显著提高钢的耐大气腐蚀能力，能促进钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力。此外，cr元素可有效提高钢的淬透性，因此，cr含量控制在1.20～2.50％，优选地cr的重量百分比含量在1.33～2.35％；并控制1.50≤cu cr≤2.42，优选地1.60≤cu cr≤2.35％。
32.ni：在本发明中该元素是对耐大气腐蚀性能最有效的元素，它对耐大气腐蚀性能的作用随其含量的增加而增大，另外ni的加入，还可以改善钢材的低温韧性，同时有效阻止cu的热脆现象，因此从提高耐候钢的腐蚀性能和-70℃低温冲击韧性考虑，ni含量控制在 0.82～2.50％。其中0.95≤(cu cr)/ni≤2.48，优选地控制1.15≤(cu cr)/ni≤1.63％。
33.本发明之所以采用两段式进行层流冷却，第一段在冷却速度为50～60℃/s下冷却至 600～640℃；在空冷6～14s后进行第二阶段层流冷却，该阶段在冷却速度为25～45℃/s下冷却至450～520℃，优选地层流冷却的：第一段在冷却速度为54～57℃/s下冷却至617～629℃；在空冷9～12s后进行第二阶段层流冷却，该阶段在冷却速度为28～35℃/s下冷却至462～508℃，是由于第一段强冷却，快速冷却到设计温度，有利于细化组织，提高冲击韧性，随后在空冷段给予充分时间让韧性组织充分转变，第二段以中等速度冷却让组织均匀化转变，最终得到单一、均匀细小的铁素休单相组织，有利于提高钢-70℃冲击功。
34.本发明与现有技术相比，本发明在保证屈服强度≥355mpa，抗拉强度：470～650mpa，延伸率≥22％下，还使-70℃kv2不低于60j，耐腐蚀性为在与q345b相同常规试验条件下的30％及以下，且具有良好的冷成型性能、焊接性能。
具体实施方式
35.下面对本发明予以详细描述：
36.表1为本发明各实施例的化学成分列表；
37.表2为本发明各实施例的主要工艺参数列表；
38.表3为本发明各实施例性能检测情况列表。
39.本发明各实施例按照以下步骤生产
40.1)转炉炼钢，出钢合金化并连铸成坯；
41.2)对铸坯加热，并控制加热温度在1200～1250℃；
42.3)进行粗轧，并控制轧制结束温度在1020～1060℃，累计压下率不低于75％；
43.4)进行精轧，并控制开轧温度不超过940℃，终轧温度在780～820℃；
44.5)采用两段式进行层流冷却，第一段在冷却速度为50～60℃/s下冷却至600～640℃；在空冷6～14s后进行第二阶段层流冷却，该阶段在冷却速度为25～45℃/s下冷却至 450～520℃；
45.6)常规卷取。
46.表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
[0047][0048]
表2本发明各实施例的主要工艺参数列表
[0049][0050]
表3本发明各实施例及对比例的力学性能
[0051][0052][0053]
注：72小时实验条件：试验溶液：1.0
×
10-2
mol/l nahso3，补给溶液：2.0
×
10-2
mol/l nahso3，试验温度：45
±
2℃，相对湿度：70
±
5rh。
[0054]
从表3可以看出，本发明实施例钢的力学性能：屈服强度均大于355mpa，抗拉强度在 501～570mpa之间，延伸率均大于22％，b＝20mm，d＝2a的弯曲试验均合格，－70℃kv2均大于80j，相对于q345的耐腐蚀率≤30％。其完全满足极低气温下的工程机械用钢的要求。
[0055]
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。