高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法技术

一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法，属于耐候钢技术领域。该钢的学成分wt％为：C：0.01～0.03、Si：0.30～0.50、Mn：0.60～0.80、Cu：0.90～1.10、Ni：2.80～3.20、Mo：0.20～0.40、Sn：0.25～0.35、Sb：0.05～0.10、Cr≤0.03、Nb≤0.02、P≤0.01、S≤0.01、RE：0.03～0.05，其余为Fe。在Cu‑Ni‑Mo合金体系基础上，通过添加Sn、Sb、Nb、RE等多种微合金元素，大幅降低了耐候钢中Cr含量。通过真空感应炉冶炼出符合成分设计范围的钢锭，经过后续的锻造、热轧，最终得到抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥650MPa，延伸率≥15％，其耐蚀性比Q450NQR1传统耐候钢降低30％以上，制备出具有优良力学性能的高强度耐高湿热海洋大气用耐候钢板。

【技术实现步骤摘要】
高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法
本专利技术属于耐候钢
，具体地涉及一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法，该耐候钢具有力学性能满足抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥650MPa，延伸率≥15％，并具备优异的耐高湿热海洋大气环境性能。
技术介绍
21世纪是海洋的世纪，发展海洋工程装备，建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容。新世纪以来，我国海洋工程装备制造业发展取得了长足进步，特别是海洋油气开发装备具备了较好的发展基础，但是随之而来的面临材料腐蚀的问题日趋严重。海洋环境下，海洋工程材料的腐蚀和生物污损问题每年给国家造成近万亿元的经济损失和30％以上海中航行体的能源浪费，已成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一。近年来，随着南海局势的升温，国家对南海的开发、利用及防御提升到前所未有的高度，最直观的就是表现在对海洋工程装备材料的研究、开发和使用上提出更严格的要求。但是整个南海的气候特征又与我国的渤海、东海等海域的不同，表现为终年高温、雨量充沛、季风明显、易受台风影响，而西沙又是典型的高温、高湿、高盐雾、长日照地区，属热带海洋性季风气候(高湿热海洋大气环境)。表1是我国几大大气腐蚀试验站点的气候特征参数。表1我国几大大气腐蚀试验站点的气候特征参数然而海洋工程用耐候钢作为海洋平台用钢的基础材料，要求材料具备高强度、高韧性、高耐蚀性及良好的焊接加工性能。目前，世界主要发达国家在海洋工程用钢上有着完备的技术和开发出成熟的品种，但是对于南海岛礁基础设施用耐候钢国际上均无在近海岸南海地区使用的历史，国内也无耐南海大气腐蚀的成熟钢品种。一方面，海洋工程装备材料由于其特殊的服役环境，如长期处于高温、高湿、高Cl-等复杂严酷的海洋环境，传统的耐候钢如Q450NQR1、09CuPCrNi等面临在南海地区腐蚀加速失效问题，已无法满足我国重大海洋工程装备的应用需求。另一方面，随着我国海洋战略的实施，未来几十年对南海的开发利用将成一个快速增长态势，南海海洋工程装备材料需求量极大。面临这一新的苛刻服役环境，国内尚无完备的研究基础和技术水平，需要建立新型合金体系的耐候钢，并且相比于传统耐候钢在高湿热海洋环境下具有高强度、高耐蚀性。而通过提高Ni含量，添加极少的Cr元素，以及复合微合金元素Mo、Sn、Sb、Nb、RE等来改良耐候钢耐蚀性能尤其是适用于高湿热海洋环境的耐候钢则未见报道。从20世纪30年代耐候钢Corten钢问世至今，耐候钢的发展已经历八十多年。耐候钢除具有良好的耐蚀性外，还具有优良的力学、焊接等性能，广泛用于铁道车辆、桥梁、铁塔、集装箱和建筑物。耐候钢的研究发展在不同的历史时期、不同的国家又各自有自己的特色。在美国，目前成熟的耐候钢品种纳入ASTM中的有A242系列，A588系列，A514系列，以及用作桥梁钢的新一代高性能耐候钢HPS系列。在美国早期应用最普遍的耐候钢主要为高P、Cu加Cr、Ni的CortenA系列和以Cr、Mn、Cu合金化为主的CortenB系列。1974年，ASTMA709中出现了70W和100W等高强度耐候桥梁钢，但是这些钢中碳含量较高(≥0.12％)，对焊接工艺要求也高。为了改善焊接性能，在1997年ASTMA709中出现了HPS70W钢，近期HPS100W钢也将纳入标准，这些钢中的碳含量较70W和100W有了一定程度的降低，焊接性能也有所改善。20世纪50年代，耐候钢被引进到日本，并在日本得到发展和应用，1968年日本将低磷系焊接用钢作为“JISG3114焊接结构用耐候性热轧钢材”，1971年将高磷系焊接用钢作为“JISG3125高耐候性轧制钢材”实现了JIS标准化。但是日本四面环海，气候湿润，属于海洋性大气腐蚀环境，随着材料向沿海地区的使用，实际环境中海洋粒子的浓度远大于0.05mg/dm2/day(耐候钢桥适用海岸环境飞来盐分的判断标准)，沿海环境的苛刻性对耐候钢的性能也提出更高的要求，传统的耐候钢使用受到限制，需要设计新型的耐候钢来抵御高浓度海盐粒子的环境。1989年日本提出了合金设计的概念，旨在提高钢铁材料的抵御滨海地区海盐粒子的性能，打破耐候钢原来的地域禁忌。新日铁公司最先研发出含3％Ni+0.4％Cu的耐候钢，这种钢的特点是含有很少量Cr，为考察其耐蚀性，在千叶县君津市码头距离海岸10m远的地方进行了长达9年的暴晒试验(海盐粒子含量1.3mg/dm2/day)，证明了通过合金设计后与传统耐候钢相比，新型耐候钢的耐蚀性显著提高。国内耐候钢的研究起于20世纪60年代，并结合我国富有的矿产资源，经过几十年的发展形成了自己的特色。开发研究的耐候钢种特点是：钢中不含Ni、Cr，以Cu或P或Cu+P为主，添加了V、Ti、Nb、RE等，形成了一些列钢种如09CuPTi，鞍钢集团的08CuPVRE系列、武钢集团的09CuPTi系列、攀钢集团的09CuPRE系列、济钢的09MnNb。此外还有常用的09CuPCrNi(仿Corten钢)，我国集装箱板用钢种85％以上为09CuPCrNi钢，由于集装箱大部分出口，受国外定货商限制。为使集装箱轻量化，现在采用600～700MPa的高强耐候钢生产集装箱，主要采用瑞典SSAB公司的DOMEX系列高强钢板，国内宝钢、鞍钢、武钢、本钢等企业均已试制成功并供货，如宝钢BS700MC型、鞍钢AQ700MC型、武钢WJX750-NH型、本钢SPA-H型等。以及铁路用Q450NQR1、Q550NQR1、WQ450GN等耐候钢，以及桥梁上用耐候钢鞍钢的Q370qENH、武钢的WNQ570、Q345qENH等。上述这些耐候钢主要可以归纳为Ni-Cu-Cr系成分，或者是Cu-P系，辅以添加微量合金元素Ti、Nb、V等以改善耐候钢性能，这些耐候钢各自有自己的使用条件和地域，能够满足实际的使用需求。但是针对类似于南海这样高湿热海洋大气环境用的耐候钢，国内外研究均还是欠缺，尽管日本开发出的3Ni先进耐候钢在其沿海暴晒试验证明了具有良好的耐蚀性能，然而南海在纬度上与之差别很大，加之苛刻的高湿热海洋环境，其适用性受到质疑，因而自主开发出适用于南海高湿热海洋大气环境用耐候钢势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法，通过提高Ni含量、添加极少Cr元素、复合添加Mo、Sn、Sb、RE等微合金元素，再通过微量Nb元素细化晶粒组织达到改善耐蚀性，最终提供一种适用于高湿热海洋大气环境用高强耐候钢。本专利技术的耐候钢的化学成分(wt％)如下：C：0.01～0.03、Si：0.30～0.50、Mn：0.60～0.80、Cu：0.90～1.10、Ni：2.80～3.20、Mo：0.20～0.40、Sn：0.25～0.35、Sb：0.05～0.10、Cr≤0.03、Nb≤0.02、P≤0.01、S≤0.008、RE：0.03～0.05，其余为Fe。轧制后的组织为针状铁素体+多边形铁素体。下面对以上各成分元素作用机理简述。C：本设计成分采用的是超低碳，一方面有助于得到针状铁素体组织，避免碳化物的形成，改善钢基体的韧性；另一面，这种超低碳含量有助于材料的焊接性和减小不同相之间的电位差以获得良好的耐蚀性，因而将其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢，其特征在于，所述钢的化学成分wt％为：C：0.01～0.03、Si：0.30～0.50、Mn：0.60～0.80、Cu：0.90～1.10、Ni：2.80～3.20、Mo：0.20～0.40、Sn：0.25～0.35、Sb：0.05～0.10、Cr≤0.03、Nb≤0.02、P≤0.01、S≤0.008、RE：0.03～0.05，其余为Fe；轧制后的组织为针状铁素体+多边形铁素体。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢，其特征在于，所述钢的化学成分wt％为：C：0.01～0.03、Si：0.30～0.50、Mn：0.60～0.80、Cu：0.90～1.10、Ni：2.80～3.20、Mo：0.20～0.40、Sn：0.25～0.35、Sb：0.05～0.10、Cr≤0.03、Nb≤0.02、P≤0.01、S≤0.008、RE：0.03～0.05，其余为Fe；轧制后的组织为针状铁素体+多边形铁素体。2.一种权利要求1所述的高强度耐高湿热海洋大气环...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清友，汪兵，黄涛，陈小平，贾书君，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11