耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢，C 0.015%～0.060%、Si 0.30%～0.70%、Mn 0.51%～1.20%、P≤0.025%、S≤0.005%、Nb 0.020%～0.090%、Ti 0.010%～0.050%、Cu 0.26%～0.90%、Ni 0.91%～1.20%、Mo 0.10%～0.60%、Als 0.005%～0.060%，同时保证Cu/Mo为1.30～1.70、Si*Mn/Nb为5.0～9.0，余量为Fe及不可避免的杂质元素。钢板组织为铁素体、或铁素体+贝氏体组织，无珠光体。产品屈服强度≥235～550N/mm2、抗拉强度≥400N/mm2，主要应用于海洋环境中的大型钢结构桥梁建造，也可用于沿海建筑结构、海洋采油平台、海洋容器管道、造船等领域。

【技术实现步骤摘要】
耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，我国沿海地区陆续新建了很多大型钢结构桥梁，而且随着我国沿海地区经济的发展，将建设越来越多的钢结构桥梁。沿海地区气候环境特点是海滨大气及海洋环境中有较多NaCl和MgCl颗粒，氯离子含量相对较高，钢材表面难以形成稳定的保护性锈层，加之沿海地区具有光照强、雨量丰富、空气潮湿、大气降水多为酸雨等特点，钢材的腐蚀极为严重。因此提高桥梁钢结构用钢本身在长期服役条件下的耐海洋环境腐蚀性能十分重要。日本川崎株式会社在中国申请号为941159817的《适于高温多湿环境的耐海水腐蚀钢及其制造方法》专利技术专利中，公开了一种用于高温、多湿、曝露的严峻环境中的压载箱和海水管道等的船舶用钢及其制造方法，其化学成分（重量百分比）为C<0.1%，Si<0.5%，Mn<1.50%，Cr0.5-3.5%，Al0.005-0.05%，选择性加入Ni<1.5%，Mo<0.8%，Nb0.005-0.05%，Ti0.005-0.05%，REM0.0015-0.020%。该专利含有高的Cr元素，这使得该钢在实际海洋环境中长期服役时腐蚀速率产生“逆转”现象，从而加速了钢的后期腐蚀。同时该专利没有考虑Cu元素对钢的耐海洋环境腐蚀性能的有利影响。1996年日本的公开号为特开平8-73986专利中，公开了一种耐海水腐蚀性优良的钢材，其化学成分（重量百分比）为C<0.1%，Si0.1～0.5%，Mn<1.50%，S<0.003%，Al0.01～0.04%，Cr<3.5%，Ni1.0～2.5%，W<0.20%，Ca0.0005～0.006%，可选择性加入Mo<1.0%，Nb0.01～0.08%，Cu<1.0%，Ti0.003-0.04%，B<0.003%。该专利同样含有高的Cr元素，海洋环境中长期服役时腐蚀速率易产生“逆转”现象，而且，镍含量高，效果不明显，且成本太高。1999年日本的公开号为特开平11-1745专利中，公开了一种耐海水腐蚀性优良的结构用钢及其制造方法，其化学成分（重量百分比）为P0.03～0.15%，Ni0.4～2.0%，Mo0.1～1.50%，Sn0.01～0.50%，Sb0.01～0.50%，其它元素还有Mn、Si、，Cu、Ni等，由于其所添加到Sn、Sb及高的P含量，能够严重损害钢的塑性、韧性，因此该钢不适宜用作重要的结构钢。申请号分别为200610024179.X、200610024963.0、200810122618.X的专利中都添加了能够发生腐蚀速率“逆转”现象的Cr元素，不适宜用作在海洋环境中长期服役的结构钢。2012年武汉钢铁（集团）公司申请号为201210055632.9的专利公开了“一种洁净的耐腐蚀的海洋工程用钢及其生产方法”，其化学成分按重量百分比：C：0.01～0.03％，Si：0.28％～0.95％，Mn：0.10％～0.50％，P：0.010％～0.10％，Ni：0.10％～0.90％，Cu：0.05％～0.25％，并控制钢中：S≤0.006％，Nb≤0.005％，V≤0.005％，Ti≤0.005％，且满足以下关系式：3C≤Cu+Ni≤1.15％，1.5Cu≤Ni+Mn≤1.28％。该专利化学成分中，不添加Nb、Ti元素，控P含量下限，都不利于母材和焊接热影响区的韧性；需要加速冷却，不可避免产生残余应力，对耐腐蚀性能不利。
技术实现思路
鉴于上述技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种屈服强度235～500N/mm2高性能耐海洋环境腐蚀的焊接结构用钢及其制造方法，通过降低碳含量、加入适量Si、Ni、Mo、Cu、Nb元素，工艺控制钢组织为铁素体+贝氏体，不含珠光体，韧性和塑性良好，残余应力低，并具有优良的耐海洋环境腐蚀性和焊接性能。可应用于海洋环境下长期服役的大型桥梁、钢结构建筑、海洋采油平台、海洋容器管道、造船等。海洋环境条件复杂，存在盐分、潮湿、高温、尘埃、污染等，使得金属腐蚀要比内陆大得多。应用于海洋环境条件下的钢材必须通过添加微量合金元素保证钢材表面能够形成含有特定结构、具有离子选择特性的致密保护锈层，才能够明显提高其耐海洋环境腐蚀性能。影响钢的耐海洋环境腐蚀性能的主要元素有Cu、Si、P、S以及Ni、Mo、Nb等。本专利技术耐海洋环境腐蚀的焊接结构用钢化学成分（Wt%）为：C0.015%～0.060%、Si0.30%～0.70%、Mn0.51%～1.20%、P≤0.025%、Ｓ≤0.005%、Nb0.020%～0.090%、Ti0.010%～0.050%、Cu0.26%～0.90%、Ni0.91%～1.20%、Mo0.10%～0.60%、Als0.005%～0.060%，同时保证Cu/Mo为1.30～1.70、Si*Mn/Nb为5.0～9.0，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本专利技术采用上述化学成分的理由是：（1）C：碳对钢的强度、韧性和焊接性能、耐环境腐蚀性能影响很大。碳低于0.015％则冶炼难度增大，碳高于0.060%，则使钢中珠光体组织含量增加，延伸率和韧性下降明显，且由于铁素体、珠光体成分差异大，铁素体电极电位低，渗碳体电极电位较高，造成钢的电化学腐蚀性增大。本专利技术确定碳含量的范围为：0.015%～0.060%。（2）Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，而且成本十分低廉。该元素含量在一定的范围内增加钢强度的同时几乎不降低钢的塑性和韧性。Mn降低了γ-α的转变温度，增加了相变时α的形核率，细化了铁素体晶粒；但是Mn含量高时在钢中易产生成分偏析，对钢的耐海洋环境腐蚀产生不利影响。因此在本专利技术中根据强度需要控制Mn0.51%～1.20%，且与Si、Nb元素按照一定比例关系添加。（3）Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也可以起到固溶强化作用，提高钢的强度，而且具有抑制渗碳体析出的作用，同时Si可以提高钢的抗海洋环境腐蚀性能，尤其在在湿热的海洋环境中其效果相当明显。但是Si含量太高，会降低钢的韧性，对焊接性能也不利。在本专利技术中将硅限定在0.29%～0.70%的范围内，且Si*Mn/Nb为5.0～9.0，试验证明能够显著提高钢的耐海洋环境腐蚀性能。（4）Nb：铌是本专利技术的重要添加元素。加热时未溶解的Nb的碳、氮化物颗粒分布在奥氏体晶界上，可阻碍钢在加热时奥氏体晶粒长大；Nb能够有效地延迟变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化铁素体晶粒，同时改善强度和韧性；在γ-α相变中发生沉淀，形成非常细小的合金碳化物，起沉淀强化的作用；Nb与Mn、Si的合理配比可提高钢的耐海洋环境腐蚀性能。在本专利技术中将Nb含量限定在0.020%～0.090%范围内。（5）Ti：钢中加入微量的钛，是为了使钛、氮形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。对钢的耐海洋环境腐蚀性能也有有利影响。钛低于0.010%时，对钢的耐海洋环境腐蚀性能影响不明显，超过0.050%时，将会使钢的韧性恶化。故在本专利技术中，综合考虑钢中N的含量以及便于连铸的需要，将钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢，其特征在于化学成分按重量百分比为：C 0.015%～0.060%、Si 0.30%～0.70%、Mn0.51%～1.20%、P≤0.025%、Ｓ≤0.005%、Nb 0.020%～0.090%、Ti0.010%～0.050%、Cu 0.26%～0.90%、Ni 0.91%～1.20%、Mo 0.10%～0.60%、Als 0.005%～0.060%，同时保证Cu/Mo为1.30～1.70、Si*Mn/Nb为5.0～9.0，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢，其特征在于化学成分按重量百分比为：C0.015％～0.060％、Si0.30％～0.70％、Mn0.51％～1.20％、P≤0.025％、S≤0.005％、Nb0.020％～0.090％、Ti0.010％～0.050％、Cu0.26％～0.90％、Ni0.91％～1.05％、Mo0.10％～0.60％、Als0.005％～0.031％，同时保证Cu/Mo为1.30～1.70、Si*Mn/Nb为5.0～9.0，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯华兴，张哲，杨颖，刘明，张涛，徐小连，李琳，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21