一种690MPa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法与流程

本发明涉及耐蚀钢，尤其涉及一种690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法。

背景技术：

1、在冻土高速公路建设过程中，由于面临冻土融胀、低温、耐蚀、服役寿命等问题，冻土公路用钢不仅要求其具有高的强度，同时对塑性、低温韧性、耐蚀性能、焊接性能等要求也越来越高。目前研究者围绕冻土公路用钢的脆性转变温度、耐腐蚀服役寿命、经济型制备工艺、高刚性公路用钢结构等方面研究和攻关。

2、目前冻土公路主要使用的以420和460mpa等级为主，为了进一步提高冻土公路的抗冻融性能，国内通常在主要承重位置采用690 mpa级的低温耐蚀钢，但是，现有的690mpa级耐蚀钢无法兼具低温韧性、耐腐蚀性、抗剪切性能以及低成本，例如，现有的q690e，该耐蚀钢的-45℃akv2为80 j，低温韧性较差，无法满足用户对低温性能的要求≥150j；现有的高镍耐蚀钢（镍重量百分比达5%），虽然具有较高的低温韧性，但是，其耐蚀性能和力学性能匹配不佳，且成本很高，同时。

3、现有的690 mpa级耐蚀钢主要存在以下问题：

4、（1）由于对高强度冻土公路用钢要求严苛，同时兼顾耐蚀和低温性能的高强钢较少，且合金成本高，不利于大面积推广应用；（2）由于心表温差和元素偏析等原因导致力学性能、焊接性能、耐腐蚀性能、低温冲击性能均匀性和稳定性有待提升；（3）高强度冻土公路用钢环境涉及-45℃～-50℃，而标准中e级板（-40℃）只规定了-40℃akv2≥47j，无法满足实际需求，采用标准中f级板（-60℃）成本太高且制造工艺复杂，良好的低温韧性钢的生产难度较大。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢及其制备方法，用以解决现有的高强钢不适用于高强度冻土公路用钢的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢，所述690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢的化学成分以重量百分比计包括：c：0.05～0.12%，si：0.30～0.50%，mn：1.50～1.80%，p：0.002～0.02％，s：≤0.005%，cu：0.05～0.55%，cr：0.1～0.8%，ni：0.5～3.0%，v：0.02～0.08%，nb：0.010～0.02%，n：0.003～0.020%，al≥0.015%，la+ce≤0.05%，余量为fe及不可避免的杂质；其中，氮、钒原子比为0.5～0.9。

3、优选地，所述690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢的热轧态组织为贝氏体和5～30%的板条马氏体的混合组织、全部为针状铁素体以及全部为板条贝氏体中的一种。

4、另一方面，本发明还提供了一种上述690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢的制备方法，所述制备方法包括：

5、步骤（1）：冶炼和连铸，得到连铸坯。

6、步骤（2）：对连铸坯进行均热处理。

7、步骤（3）：对连铸坯进行轧制，轧制过程包括粗轧和精轧。

8、步骤（4）：轧制至目标厚度后，对连铸坯进行层流冷却，所述层流冷却方式为均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式。

9、步骤（5）：进行卷取。

10、优选地，所述均匀冷却和差异化遮蔽相耦合的方式包括：在总冷却线长度的第一个1/3段，连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的5-10%，仅对位于连铸坯中间的且宽度的80-90%的区域进行喷淋冷却；在总冷却线长度的第二个1/3段，连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的10-20%，仅对位于连铸坯中间的且宽度的60-80%的区域进行喷淋冷却；在总冷却线长度的第三个1/3段，连铸坯的两侧分别遮蔽宽度的20-30%，仅对位于连铸坯中间的且宽度的40-60%的区域进行喷淋冷却。

11、优选地，在总冷却线长度的第一个1/3段，相邻两排喷淋水流之间的间距为100-400mm；在总冷却线长度的第二个1/3段，相邻两排喷淋水流之间的间距为500-800mm；在总冷却线长度的第三个1/3段，相邻两排喷淋水流之间的间距为900-1200mm。

12、优选地，所述层流冷却的冷却速度为30～50℃/s。

13、优选地，步骤（2）中，所述均热处理的温度为1130～1200℃。

14、优选地，步骤（3）中，所述粗轧的开轧温度为1050～1180℃，首道次变形量大于40%。

15、优选地，步骤（3）中，所述精轧采用未再结晶区低温轧制，7道次累积变形量大于30%。

16、优选地，步骤（5）中，所述卷取的温度为430～600℃。

17、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

18、1、本发明的690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢，同时含有nb、v、n，且氮钒原子比为0.5-0.9（常规钢的氮钒原子比＜0.5）复合添加可以获得细小的nb（n,c）+v（n,c）复合析出物，有利于低温韧性的提升；高锰硫比mn：s≥300（mn：1.50～1.80%，s：≤0.005%）有利于显微组织和性能的均匀性，同时可以减少硫对re元素的影响；考虑低氧低硫磷条件下同时添加la+ce+al，同时不添加ti，可以在合适的温度范围内获得细小的氧化物，同时配合低碳可以获得细小的氧化物+碳化物+硫化物的复合析出物，减少大型夹杂物，有利于细化晶粒和低温韧性的大幅提升，且焊接性能优异；低硫磷条件下同时添加la+ce+ni+cr+cu+al，结合氧化铁皮结构控制工艺，不同于常规的依靠ni+cr+cu或ni+cr+cu+p单一氧化铁皮结构来提升耐腐蚀性能，本发明可以在表面获得致密的氧化铁（ni+cr+cu）+稀土元素氧化物+钝化的氧化膜的同时提高基体电位、缩小内部电位差，有效的提升耐蚀性能，尤其是冻融状态下的盐碱、盐、大气等环境下的腐蚀；高ni低cu高al高n结合nb+v的添加，有利于表面质量的提升以及综合力学性能的提升。

19、2、本发明的690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢合金含量较低，添加少量ni、cr、cu、稀土re、nb、v，总量≤4%，合金成本低。

20、3、本发明的690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢主要考虑获得良好力学性能和耐腐蚀性能兼顾的组织，如针状铁素体、板条贝氏体、板条马氏体，细针状结构和板条结构有利于晶界强化，避免晶界腐蚀，进而有利于提高低温韧性、提高抗冻融交替的应力腐蚀、耐低温盐碱环境腐蚀的效果。

21、4、本发明的690mpa级冻土公路用低温耐蚀钢的力学性能、低温冲击韧性和耐腐蚀性能远优于常规产品（q235钢），抗拉强度较常规产品高约200mpa，屈强比＜0.8，-45℃akv2≥150j，相对q235钢，其相对腐蚀率＜50%，能满足不同环境的冻土用钢耐腐蚀要求。

22、5、本发明的制备方法中，通过高渗透轧制变形工艺、冷却路径设计、均匀冷却和差异化遮蔽耦合工艺、在线热处理工艺优化，获得兼具良好力学性能、耐蚀性能和低温性能的高强塑性冻土公路用耐蚀钢。

23、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。