一种5Cr耐腐蚀用钢及其生产方法
【专利摘要】一种5Cr耐腐蚀用钢及其生产方法，属于高Cr耐腐蚀用钢生产【技术领域】。钢的化学成分及质量百分比为：C：0.05％-0.07％、Si：0.1％-0.3％、Mn：0.5％-0.8％、P：≤0.02％、S：≤0.01％、Cr：4.5％-5.5％、N：0.02％-0.05％，余量为Fe及不可避免杂质。该耐腐蚀钢的生产工艺为：铁水→转炉冶炼→添加铬铁合金→精炼→连铸成小方坯→加热炉加热→控制轧制→控制冷却。通过该工艺生产的5％Cr耐腐蚀用钢，屈服强度达到600Mpa级，组织为细板条状的马氏体组织。优点在于，优异的耐氯离子腐蚀和耐工业大气腐蚀性能，耐腐蚀性能为碳钢的2-3倍，可用于海洋环境、沼泽地等恶劣条件下要求超高强、耐久性设计要求的混凝土结构使用；成本相对较低，远低于不锈钢的成本，对于建筑用结构钢来说，更易于推广使用。
【专利说明】一种5Cr耐腐蚀用钢及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高Cr耐腐蚀用钢【技术领域】，特别是涉及一种5Cr耐腐蚀用钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002]在我国耐腐蚀用钢的发展尚在初期阶段，目前国内主要的耐腐蚀用钢有耐候钢(耐SO2腐蚀)、耐海水用钢(Cr1腐蚀)。前者在一般性的工业环境条件下，添加一定量的Cu-P系合金即可满足耐腐蚀性能要求，而后者则不同，由于氯离子穿透腐蚀锈层及钢基体的能力较强，在显微缺陷及夹杂物位置，可迅速穿透腐蚀基体，因此，氯离子环境下需添加大量的昂贵合金如N1、Cu等与Cr配合使用，才能起到延缓钢铁腐蚀的作用。不锈钢是高昂贵合金的代表钢种，然而根据其用处不用，对其耐蚀性的要求不同，故而对于一般用处的特别是建筑用钢来说，运用大量的昂贵合金和复杂的工艺生产很不经济。
[0003]混净土、锚杆支护等建筑用钢等是我国目前一种应用最普遍的一种钢铁材料。随着钢的用处不同，普通钢的腐蚀程度以及耐久度显现出明显的劣势:其一、我国在沿海地区以及海洋工程、沼泽地工程等自然环境非常恶劣的环境条件下使用普通建筑用钢已经无法满足其使用寿命的要求；其二，国内目前的建筑用材均采用的是海沙，其富含大量的氯离子，在混净土中长期侵蚀钢基体，可以使得钢的寿命大大降低；其三，即使添加了 Cu、Ni合金可起到延缓腐蚀的作用，但其价格比较昂贵，成本大大提高，也很难推广到建筑用钢领域中。因此，开发低成本的强耐腐蚀性用混凝土用钢筋尤为重要。
[0004]Cr元素不仅是耐腐蚀元素，它可以提高钢基体的腐蚀电位，使得基体的耐腐蚀能力增强，又是淬透性元素，它可以增加孕育期，推迟珠光体、贝氏体转变，使得钢基体淬透性增强。不锈钢中Cr的添加量一般为18wt% Cr+1Owt% Ni，合金成本较高，故耐腐蚀性能非常好，但在建筑用钢领域中，由于其用处不同，对耐腐蚀性能的要求不同，即若将腐蚀性能提高I倍，即可使得钢的使用年限提高I倍，这大大降低了建筑用钢对钢铁的损耗。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供提供一种5% Cr耐腐蚀用钢及其生产方法，针对现有技术的不足，该钢种具有优异的耐氯离子腐蚀性能和超高强度、高塑韧性，成本远低于不锈钢钢筋，适用于应用在复杂海洋环境要求超高强度、高塑韧性的建筑类产品中。
[0006]因此，本发明开发的5wt% Cr钢，以其特殊的用途，优异的耐腐蚀性能，相对较低的成本，可以推广至生产应用中。
[0007]本发明的5Cr耐腐蚀用钢的化学成分及质量百分比为:C:0.05 % -0.07 %、Si:0.1 % -0.3 %, Mn:0.5 % -0.8 %, P:≤ 0.02 %, S: ≤ 0.01 %, Cr:4.5 % -5.5 %, N:
0.02% -0.05%，余量为Fe及不可避免杂质。无需加入其他如V、Nb等强碳化物形成微合金元素。
[0008]5Cr耐腐蚀用钢及其生产方法，包括如下步骤:[0009]该耐腐蚀钢的生产工艺特征在于:铁水一转炉冶炼一添加铬铁合金一精炼一连铸成小方坯一加热炉加热一控制轧制一控制冷却。在工艺中控制的技术参数为:
[0010] 炼钢工艺及控制为:转炉终点添加铬铁合金，连铸采用全保护浇注，夹杂物控制级别≤1.5级。
[0011]轧钢工艺及控制为:加热温度为1200°C ±15°C、开轧温度1020°C ±15°C、精轧温度采用920°C ±15°C，轧后强穿水至350°C ±20°C，上冷床温度400°C ±20°C，以防止复相
组织的存在。
[0012]添加的铬铁合金为低碳合金。
[0013]采用本方法生产的钢的显微结构为细板条马氏体+少量残余奥氏体。
[0014]采用以上方法得到屈服强度Rp0.2≥600Mpa、抗拉强度Rm≥900Mpa、延伸率^ 10%、残余奥氏体含量为3% -7%、耐蚀性能为Q235碳钢2_3倍的高强度高塑韧性能的钢筋混凝土耐腐蚀用钢。
[0015]本发明的控制关键点在于:1)本发明是以普通的超低碳钢为基础，在普通碳钢的基础上添加质量分数为5wt%的Cr，铬是既具有强烈的钝化元素，又具有较强的淬透性，可以显著增加珠光体的孕育期，使得在较低的冷速下获得高强度的组织。因此，5wt%的Cr在热轧材空冷的过程中无法获得马氏体+少量的残余奥氏体组织，而可以通过轧后冷却的方式提高冷却速度，增加孕育期，以获得马氏体组织，提高钢基体的钝化能力，降低腐蚀速率。2)碳化物、夹杂物等在腐蚀过程中可以作为腐蚀源，加速钢铁腐蚀。本发明以较低的碳含量、较高的氮含量为基体，在保证基体强度的同时，减少Cr的碳化物的析出量，减少腐蚀质点，适当的减少腐蚀速率。同样，钢中夹杂物级别等同样是为了减少夹杂物，降低腐蚀源，降低钢基体的腐蚀速率，提高使用寿命。
[0016]本发明的创新点在于:1)开发出无需添加昂贵合金而腐蚀性能优良的具有超高强度级别高塑韧性能的建筑、桥梁等湿润环境条件下的建筑用钢；2)采用低温开轧+高温终轧+超快冷技术，抑制铁素体、珠光体、贝氏体的生成，获得单一的马氏体组织，降低基体的腐蚀速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例提供的5Cr钢500X显微组织照片。
[0018]图2为本发明实施例提供的5Cr钢透射薄片的组织照片。
【具体实施方式】
[0019]下面通过实施例对本发明做进一步说明:
[0020]实施例1:
[0021]5Cr耐腐蚀用钢的化学成分及质量百分比为:
[0022]成分I:C:0.063%, S1:0.22%, Mn:0.63%, P:0.010%, S:0.005%, Cr:5.09%,N:0.0420%，余量为Fe及不可避免杂质；
[0023]成分2:C:0.058%, S1:0.18%, Mn:0.69%, P:0.010%, S:0.005%, Cr:4.83%,N:0.0320%，余量为Fe及不可避免杂质。
[0024]该耐腐蚀钢的生产工艺为:[0025]铁水一转炉冶炼一添加铬铁合金一精炼一连铸成小方坯一加热炉加热一控制轧制一控制冷却。
[0026]炼钢工艺及控制为:转炉终点添加铬铁合金，连铸采用全保护浇注。
[0027]轧钢工艺及控制为:
[0028]轧钢工艺采用以下两种工艺控制
[0029]工艺1:加热温度为1185°C、开轧温度1035°C、精轧温度935°C控制，轧后强穿水至350°C，上冷床温度380°C ；
[0030]工艺2:加热温度为1215°C、开轧温度1005°C、精轧温度905°C控制，轧后强穿水至370°C，上冷床温度420°C ；
[0031]该钢通过上述工艺生产后，检测结果如下:
[0032]金相检测组织为马氏体+少量的残余奥氏体；
[0033]力学检测屈服强度达到600Mpa级水平、抗拉强度达到900Mpa水平、延伸率^ 10%，力学性能见表1所示；
[0034]夹杂物控制级别< 1.5级；
[0035]耐蚀性能通过周期浸润试验机在2% NaCl中性溶液中腐蚀72小时，实验温度为45 C、湿度为70*%，结果显不其腐蚀性能为碳钢的2.3倍，见表2所不。
[0036]表1实施例1中力学性能
[0037]
【权利要求】
1.一种5Cr耐腐蚀用钢，其特征在于:钢的化学成分及质量百分比为:C:0.05 % -0.07 %, Si:0.1 % -0.3 %, Mn:0.5 % -0.8 %, P: ^ 0.02 %, S: ^ 0.01 %, Cr:4.5% -5.5%,N:0.02% -0.05%，余量为Fe及不可避免杂质； 钢的显微结构为细板条马氏体+少量残余奥氏体。
2.—种权利要求1所述的5% Cr耐腐蚀用钢的生产方法，该耐腐蚀钢的生产工艺包括铁水一转炉冶炼一添加铬铁合金一精炼一连铸成小方坯一加热炉加热一控制轧制一控制冷却；其特征在于，在工艺中控制的技术参数为: 炼钢工艺及控制为:转炉终点添加铬铁合金，连铸采用全保护浇注，夹杂物控制级别≤1.5级； 轧钢工艺及控制为:加热温度为1185-1215°C，开轧温度1005-1035°C，精轧温度采用905-935°C，轧后强穿水至350°C ±20°C，上冷床温度380_420°C，以防止复相组织的存在。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:添加的铬铁合金为低碳合金。
【文档编号】C22C33/04GK103993229SQ201410247308
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】晁月林, 周玉丽, 邸全康, 王立峰, 王全礼, 程四华, 王勇, 郑福印, 王晓晨, 李睿英 申请人:首钢总公司