CN111945063B - 一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢及生产方法，属于海洋风电紧固件材料技术领域。高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其主要化学成份组成及质量百分比含量为：C：0.20％～0.30％、Si：0.60％～0.80％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：1.20％～1.40％、Mo：0.15％～0.30％、Ni：0.30％～0.50％、Cu：0.20％～0.40％、Sn：0.10％～0.20％、Al：0.020％～0.037％、N：0.010％～0.015％、Mg：0.0015％～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.010％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。钢的晶粒度尺寸奥氏体晶粒尺寸≤11μm，具有高强度和高韧性，热处理力学性能达到10.9级以上，‑80℃下KV2冲击韧性值≥65J，耐氯离子腐蚀性能是市场通用10.9级风电螺栓用钢的1.5倍以上。
Description
技术领域
本发明属于海洋风电紧固件材料技术领域，更具体地说，涉及一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢及生产方法。
背景技术
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源丰富。但我国开展风电机组研制的时间并不长，直到最近十几年才走上产业化发展的道路。近年来在国家政策的支持下，风电产业取得快速发展，主流机型已经转向兆瓦级以上大容量机组。围绕海洋风电使用的关键零部件需在低温、潮湿、腐蚀、交变载荷环境下服役25年以上，处于关键部位的螺栓连接必须具有较高的可靠性，且对原材料钢的强韧性、耐氯离子腐蚀性能等均提出很高要求。
国内在海洋风电耐蚀紧固件用钢方面，市场通用的主流钢种42CrMo、35CrMo等不具有耐蚀性，无法满足海洋风电机组发展需求。开发高强度新型海洋风电用耐蚀紧固件用钢迫在眉睫。
中国专利申请号为：201711442848.X，公开日为：2018-06-19的“一种高淬透大尺寸风电螺栓用钢及其制造方法”，该钢化学成分重量％为：C 0.35-0.45％，Si≤0.20％，Mn0.60-1.00％，P≤0.012％，S≤0.005％，Cr 1.00-1.50％，Mo 0.15-0.40％，B 0.0005-0.003％，Ti 0.03-0.08％，Als 0.02-0.05％，N≤0.005％，Ca 0.0001-0.0003％。主要用于制造10.9～12.9级，尺寸规格在42～75mm范围的大尺寸风电螺栓。不足之处是该发明钢不具有耐蚀性能。
中国专利申请号为：201811431401.7，公开日为：2019-03-01的“一种高纯净度风电紧固件的制备方法”，包括如下步骤：(1)转炉冶炼：终点控制C质量百分含量≥0.06％或出钢TSO氧位≤400ppm，出钢温度≥1560℃；(2)转炉出钢：a、底搅；b、下渣；(3)脱氧合金化：出钢前期加入增碳剂进行预脱氧，再顺序加入合金、脱氧剂及渣料，脱氧合金化过程保持全程吹氩；(4)LF处理：控制钢中夹杂物质量百分含量：CaO为50～60％，Al2O3为15～25％，终渣碱度控制在3～6，供电冶炼过程采用SiC、铝粒、硅铝钙、脱氧造渣剂进行复合扩散脱氧，确保TFe和MnO总体质量百分含量≤1％；(5)RH处理：真空度控制在2.5毫巴以下并保持0-5min，高真空保持时间≥8min，喂铝线1-2min后进行钙处理，钙处理后软吹10min以上；(6)连铸。该发明主要是从炼钢工艺方面对风电螺栓用钢的纯净度进行控制，并不涉及钢的强韧性、耐蚀性等性能。
中国专利申请号为：201710742979.3，公开日为：2018-01-16的“一种高强度高韧性螺栓用钢及生产方法”，其组分及重量百分比含量为：C：0.25-0.33％，Si：1.00-1.30％，Mn：0.90-1.10％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.85-1.20％，V：0.12-0.22％，B：0.0005-0.0015％，其余为铁和不可避免的夹杂。生产方法：冶炼；在钢包炉中脱氧和合金化；在RH真空炉真空处理，连铸或模铸；对铸坯常规加热；轧制成盘条；采用斯太尔摩方式冷却。本发明在保证抗拉强度不低于1400MPa及添加昂贵元素相对少的情况下，无需改造任何设备，即可使钢的延伸率A不低于18％，断面收缩率Z不低于60％，常温下冲击功Akv不低于60J，生产成本较低，并完全满足汽车和航空对高强度螺栓的需求。但该方法生产的是热轧盘条，主要用于加工汽车和航空螺栓，而风电螺栓目前基本采用棒材加工而成，此外发明钢不具有明显的耐蚀性能。
中国专利申请号为：201711215120.3，公开日为：2018-05-25的“一种抗延迟断裂1040MPa级耐候螺栓”，其化学成分的质量百分数为：C：0.21～0.32，Si：0.10～0.50，Mn：0.60～1.00，P：0.008～0.020，S：≤0.005，Cr：0.82～1.20，Ni：0.25～0.50，Cu：0.25～0.50，Mo：0.05～0.20，Nb：0.015～0.060，V：0.015～0.090，Ti：0.008～0.035，B：0.0008～0.0035，Al：0.015～0.040，Ca：0.003～0.007，Zr：0.015～0.045，Re：0.010～0.045，余量为Fe和不可避免的杂质；上述螺栓的制备方法主要是采用常规的高纯净质化冶炼-连铸-轧制技术，制作的螺栓既抗延迟断裂又耐大气腐蚀。但发明钢仅具有耐大气腐蚀性能，未体现明显的耐海洋环境氯离子腐蚀能力。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有海洋风电紧固件耐蚀性能不好的问题，本发明提供一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢及生产方法，钢的晶粒度尺寸奥氏体晶粒尺寸≤11μm，具有高强度和高韧性，热处理力学性能达到10.9级以上，-80℃下KV2冲击韧性值≥65J，耐氯离子腐蚀性能是市场通用10.9级风电螺栓用钢的1.5倍以上。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，所述高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其主要化学成份组成及质量百分比含量为：C：0.20％～0.30％、Si：0.60％～0.80％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：1.20％～1.40％、Mo：0.15％～0.30％、Ni：0.30％～0.50％、Cu：0.20％～0.40％、Sn：0.10％～0.20％、Al：0.020％～0.037％、N：0.010％～0.015％、Mg：0.0015％～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.010％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
作为本发明的进一步说明，所述化学成分满足以下耐Cl-腐蚀指数A≥7.0，A＝5.7Sn+15.5Cu+2.9Ni+1.6Cr+1.7Si-6.8Cu*Ni-23.4Cu2。
作为本发明的进一步说明，所述化学成分满足2.0≤B≤2.5，B＝Al/N。
作为本发明的进一步说明，所述高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体。
本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，包括以下步骤：
S1、电炉或转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作；
S2、LF炉精炼；
S3、RH真空脱气；
S4、方坯连铸；
S5、圆钢热轧；
S6、上冷床(开保温罩缓冷)。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S2中，将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S3中，纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S4中，中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S5中，圆钢热轧包括：
a、方坯加热，控制加热炉均热温度为1100～1200℃；
b、粗中轧；
c、精轧，控制精轧温度为810～860℃。
作为本发明的进一步说明，所述步骤S6中，控制上冷床温度为760～810℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，钢的晶粒度尺寸奥氏体晶粒尺寸≤11μm，具有高强度和高韧性，热处理力学性能达到10.9级以上，-80℃下KV2冲击韧性值≥65J，耐氯离子腐蚀性能是市场通用10.9级风电螺栓用钢的1.5倍以上；
(2)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，A值是将Sn、Cu、Mn、Ni、Cr、Si对钢的耐Cl-腐蚀性能产生影响的程度以及对于各元素的影响度进行加权并相加的方式进行评价的指标Sn、Cu、Mn、Ni、Cr、Si是本发明钢种主要的提高耐海洋环境Cl-腐蚀性能的元素；
(3)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，利用Al和钢种N元素形成ALN析出相，从而抑制晶粒长大，将B值控制在2.0～2.5之间，利于两种元素全部结合为AlN，最大限度地发挥其晶粒尺寸抑制作用，从而将奥氏体晶粒尺寸控制在11μm以内；
(4)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，控制加热炉均热温度1100～1200℃，如果均热温度低于1100℃，Ni、Cu等难溶元素无法溶解在奥氏体中，导致钢轧制时在晶界处偏析，钢脆性较大；如果高于1200℃，奥氏体晶粒开始变粗大，同时脱碳倾向大大增加；
(5)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，控制精轧前温度810～860℃，利用奥氏体区大压下量剧烈热形变，控制终轧温度在AC3点以上20～60℃的温度范围发生先共析铁素体相变，同时结合形变，得到的形变诱导铁素体相变可细化晶粒，使钢得到优秀的塑性和韧性。高于此温度或低于此温度均不能达到此效果；
(6)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，控制上冷床温度760～810℃，同时冷床上使用保温罩，如果减定径温度低于750℃，在进入冷床的保温段前即进入相变阶段，在空气中可能形成异常组织；如果高于800℃，在进入保温罩时尚未达到相变温度，难以在冷床上完成全部相变，导致大量异常组织的产生；
(7)本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，生产的钢其奥氏体晶粒尺寸≤11μm。钢采用以下淬回火热处理工艺：870～920℃淬火+550～600℃回火。热处理力学性能达到10.9级以上(Rm≥1040MPa，Rp0.2≥940MPa，A≥9％，Z≥48％，屈强比≥0.8)，-80℃下KV2冲击韧性值≥65J，耐氯离子腐蚀性能是市场通用对比钢的1.5倍以上。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为A值与相对腐蚀率的分布图；
图2为本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢热轧态组织示意图。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1所示：
表1各实施例和对比例的化学成分及重量百分比(质量百分数％，余量为Fe和不可避免的杂质)
上述实施例中元素含量均满足以下范围值：
C：0.20％～0.30％、Si：0.60％～0.80％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：1.20％～1.40％、Mo：0.15％～0.30％、Ni：0.30％～0.50％、Cu：0.20％～0.40％、Sn：0.10％～0.20％、Al：0.020％～0.037％、N：0.010％～0.015％、Mg：0.0015％～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.010％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。
上述方案中元素组成在本申请中的具体效果如下：
C：C是钢中最基本有效的强化和淬透性元素，但C含量过高则延展性降低，且增加螺栓延迟断裂风险性。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其C含量控制在0.20％～0.30％。
Si：Si是钢中强化的重要元素，通过固溶作用提高钢的强硬度。硅主要富集于钢表面，还提高锈层的稳定性，提高耐蚀性能，但Si元素的提高会增加钢中碳的扩散，加剧钢材的脱碳。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Si含量控制在0.60％～0.80％。
Mn：Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时Mn是提高奥氏体组织的稳定性，显著提高钢的淬透性。但过量的Mn会降低钢的塑性，同时Mn含量过高易导致中心偏析问题。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Mn含量控制在0.40％～0.60％。
Cr：Cr元素在钢中显著提高强韧性和热强性，其以碳化物形式析出，增加氢捕获点，提高耐延迟断裂性，Cr能增加钢的淬透性，但过量的Cr增加钢的回火脆性倾向。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Cr含量控制在1.20％～1.40％。
Mo：Mo在钢中的作用主要为提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo元素与Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明显提高，Mo含量过低则上述作用有限，Mo含量过高，则上述作用饱和，且提高钢的成本。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Mo含量为0.15％～0.30％。
Ni：Ni能与Fe生成无限互溶的固溶体，具有扩大相区的作用，不形成碳化物。镍能稳定奥氏体，增强钢的淬透性。Ni同时是降低韧脆转变温度的有效元素，显著提高低温韧性。Ni的耐蚀作用和Cr类似，同时添加Cu和Ni还能加速锈层的阴极还原，抑制阳极溶解。Ni元素是贵金属元素，过量加入导致成本过高。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Ni含量控制在0.30％～0.50％。
Cu：Cu在钢中的突出作用是提高钢的耐蚀性能。钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促使钢的阳极化，并形成保护性较好的锈层。铜元素也能改变锈层的吸湿性，从而提高了临界湿度。但Cu在钢中产生高裂纹敏感性。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Cu含量控制在0.20％～0.40％。
Sn：海洋大气环境下，Sn加入钢中能使锈层的腐蚀电位升高，自腐蚀电流密度降低，对耐蚀钢阳极溶解起抑制作用，同时使锈层电阻及与基体结合处的反应电阻升高，增强锈层对钢基体的保护。过量的Sn会在晶界偏聚，削弱晶界的结合力，使钢的回火脆性增加。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Sn含量控制在0.10％～0.20％。
Al：Al是强脱氧元素，同时提高钢的抗氧化性能，同时可细化晶粒提高钢的韧性。但随着Al含量的增加，粗大的碳氮化物系夹杂物量增大。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Al含量控制在0.020％～0.037％。
N：N主要是与钢中的铝形成细小的析出相，细化晶粒，提高钢的综合性能。但过度的N在钢中析出Fe4N，扩散速度慢，导致钢产生时效性，同时N还会降低钢的冷加工性能。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其N含量在0.010％～0.015％。
Mg：Mg不仅与氧和硫具有极好的亲和力，而且还具有极强的对夹杂物形态与尺寸的控制能力。对于Al脱氧钢，Mg处理在进一步降低钢中的溶解氧的同时，可将钢中的Al2O3夹杂变为高熔点的MgO·Al2O3，由于其在钢水中以固态存在，没有聚合长大的过程，因此，其氧化物夹杂的尺寸非常细小，弥散分布于钢中，对钢的力学性能基本没有负面影响。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其Mg含量控制在0.0015％～0.0035％。
S和P：硫容易在钢中与锰形成MnS夹杂；P是具有强烈偏析倾向的元素，通常还引起硫和锰的共同偏聚，对产品组织和性能的均匀性有害。对于本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，控制P≤0.020％，S≤0.010％。
上述元素还需满足以下内容：
耐Cl-腐蚀指数A值≥7.0，其中A值＝A＝5.7Sn+15.5Cu+2.9Ni+1.6Cr+1.7Si-6.8Cu*Ni-23.4Cu2。
A值是将Sn、Cu、Mn、Ni、Cr、Si对钢的耐Cl-腐蚀性能产生影响的程度以及对于各元素的影响度进行加权并相加的方式进行评价的指标Sn、Cu、Mn、Ni、Cr、Si是本发明钢种主要的提高耐海洋环境Cl-腐蚀性能的元素。
满足A值和B值要求的各种钢材，把目前市场上通用的10.9级风电螺栓用钢42CrMo作为对比钢种，同时进行890℃淬火(油冷)+560℃(回火)的热处理，再进行72h盐溶液环境耐Cl-离子腐蚀周浸试验，并计算相对腐蚀率(相对于42CrMo)，结果见图1，以相对腐蚀率≥66.7％(即耐腐蚀性能1.5倍)为标准，达到此标准判定为具有优良的耐海洋环境Cl-离子腐蚀能力。
从图1可知：为了确保耐蚀性能是42CrMo通用钢1.5倍以上，需要A值维持在7.0以上。
2.0≤B≤2.5，其中B值＝Al/N。主要利用Al和钢种N元素形成AlN析出相，从而抑制晶粒长大，将B值控制在2.0～2.5之间，利于两种元素全部结合为AlN，最大限度地发挥其晶粒尺寸抑制作用，从而将奥氏体晶粒尺寸控制在11μm以内。
本发明的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，包括以下步骤：
S1、电炉或转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，控制加热炉均热温度1100～1200℃，如果均热温度低于1100℃，Ni、Cu等难溶元素无法溶解在奥氏体中，导致钢轧制时在晶界处偏析，钢脆性较大；如果高于1200℃，奥氏体晶粒开始变粗大，同时脱碳倾向大大增加。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，控制精轧前温度810～860℃，利用奥氏体区大压下量剧烈热形变，控制终轧温度在AC3点以上20～60℃的温度范围发生先共析铁素体相变，同时结合形变，得到的形变诱导铁素体相变可细化晶粒，使钢得到优秀的塑性和韧性。高于此温度或低于此温度均不能达到此效果。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；控制上冷床温度760～810℃，同时冷床上使用保温罩，如果减定径温度低于750℃，在进入冷床的保温段前即进入相变阶段，在空气中可能形成异常组织；如果高于800℃，在进入保温罩时尚未达到相变温度，难以在冷床上完成全部相变，导致大量异常组织的产生。
如图2所示，为热轧圆钢的组织，对获取的高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢进行性能检测方法如下：
组织：从热轧圆钢上取长度为15mm试样，对横截面进行抛光，采用4％硝酸酒精进行腐蚀，根据GB/T 13298《金属显微组织检验方法》进行组织评定；通过组织可判断棒材在后道加工是否具备优良的冷加工使用性能。
奥氏体晶粒尺寸：奥氏体化热处理工艺为：890℃淬火，油冷，淬火介质温度18-35℃，冷却后进行金相制样和奥氏体平均晶粒尺寸测量。
热处理后拉伸性能：采用以下淬回火热处理工艺：870～920℃淬火+550～600℃回火。热处理后加工标准拉力试样，进行拉伸试验，测试Rm、Rp0.2、A、Z值。通过热处理后拉伸性能判断钢的强度级别。
热处理组织：取样并进行淬回火热处理(热处理工艺同上)，热处理后加工进行试样，采用4％硝酸酒精进行腐蚀，根据GB/T 13298《金属显微组织检验方法》进行组织评定；通过热处理组织科判断钢是否淬透。
-80℃KV2冲击试验：取样并进行淬回火热处理(热处理工艺同上)，热处理后将试样加工为10mm×10mm×55mm的V型冲击试样，采用GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行-80℃冲击试验并得到冲击韧性值。
72h盐溶液环境耐Cl-离子腐蚀周浸试验：在方坯上取样并进行淬回火热处理(热处理工艺同上)，采用氯化钠溶液，按GB/T 19746《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》方法进行试验，完成72h周浸试验，并计算腐蚀失重率，每个编号10组，计算平均值。对比钢为No.11中的K钢，也就是目前市场上通用的10.9级风电螺栓用钢42CrMo，试验钢和对比钢的失重率比值为试验钢的相对腐蚀率。其中腐蚀失重率(W)按下式进行计算：
式中：W——失重率，g/(m2·h)；G0——试样原始重量，g；G1——试样试后重量，g；a——试样长度，mm；b——试样宽度，mm；c——试样厚度，mm；t——试验时间，h。
实施例1
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例1所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1100℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度810℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度760℃。
本实施例得到的棒材尺寸为16mm。
实施例2
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例2所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1200℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度823℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度810℃。
本实施例得到的棒材尺寸为78mm。
实施例3
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例3所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1166℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度860℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度776℃。
本实施例得到的棒材尺寸为80mm。
实施例4
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例4所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1158℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度822℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度786℃。
本实施例得到的棒材尺寸为46mm。
实施例5
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例5所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1116℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度834℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度791℃。
本实施例得到的棒材尺寸为45mm。
实施例6
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例6所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1102℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度821℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度803℃。
本实施例得到的棒材尺寸为40mm。
实施例7
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中实施例7所示。
本实施例的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1123℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度820℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度802℃。
本实施例得到的棒材尺寸为30mm。
对比例1
本对比例其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中对比例1所示。
本对比例的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1126℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度831℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度780℃。
本实施例得到的棒材尺寸为43mm。
对比例2
本对比例其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中对比例2所示。
本对比例的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1138℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度811℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度792℃。
本实施例得到的棒材尺寸为52mm。
对比例3
本对比例其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中对比例3所示。
本对比例的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1140℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度819℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度788℃。
本实施例得到的棒材尺寸为43mm。
对比例4
本对比例其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中对比例4所示。
本对比例的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1146℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度826℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度783℃。
本实施例得到的棒材尺寸为46mm。
对比例5
本对比例其主要化学成份组成及质量百分比含量如表1中对比例5所示。
本对比例的生产方法在本实施例成分的基础上包括以下步骤：
S1、电炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作。
S2、LF炉精炼；将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn等元素调至目标值。
S3、RH真空脱气；纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
S4、方坯连铸；中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
S5、圆钢热轧；圆钢热轧包括：
a、方坯加热，加热炉均热温度1255℃。
b、粗中轧；使用轧机进行减少直径。
c、精轧，精轧前温度893℃。
S6、上冷床(开保温罩缓冷)；上冷床温度831℃。
本实施例得到的棒材尺寸为46mm。
上述实施例和对比例进行性能检测的结果如表2所示：
表2各实施例和对比例的性能检测结果
上述实施例和对比例中：
实施例1-7是化学成分组成、生产方法均得到适当控制的例子，同时其化学成分保证了A值≥7.0，2.0≤B值≤2.5，钢具有10.9级及以上的强度级别，在-80℃仍具有高韧性，耐Cl-离子腐蚀性能是市场上通用的10.9级风电螺栓用钢42CrMo的1.5倍以上，其生产方法也通过保证组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，从而实现了下游棒材加工时优良的使用性能如冷拔性能、锯切性，适用于制作高强度海洋风电用耐蚀紧固件。
对比例1和2的生产方法得到适当控制，但化学成分虽在要求范围内，A值偏低，导致钢虽具有一定耐蚀性但不足，难以长期在海洋环境下服役；此外对比例1中B值偏低导致钢的晶粒尺寸较粗，钢的强度虽合格，但塑性和韧性较差。
对比例3是化学成分组成控制不当的例子，由于未添加足够的C、Mo强化元素，导致钢的强度较低，而未添加Mg元素进行夹杂塑性化处理，B值也控制不当，均使得钢的塑性和韧性较差，无法满足当前高强度风电螺栓用钢的要求。
对比例4是市场上10.9级风电螺栓用钢42CrMo，不具有耐Cl-离子腐蚀性能，长期使用在海洋风电环境中毕竟进行涂层等表面处理，否则会因锈蚀而发生断裂。
对比例5是化学成分控制得当，但生产方法控制不当的例子，由于加热炉内的均热温度过高，导致晶粒粗大，钢的塑性和韧性下降，同时轧制温度和冷却温度控制不当，导致钢中以脆性较大的贝氏体为主，恶化了钢的冷加工性能，不利于用户使用加工。
Claims (8)
1.一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其特征在于，所述高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其化学成份组成及质量百分比含量为：C：0.20％～0.30％、Si：0.60％～0.80％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：1.20％～1.40％、Mo：0.15％～0.30％、Ni：0.30％～0.50％、Cu：0.20％～0.40％、Sn：0.10％～0.20％、Al：0.020％～0.037％、N：0.010％～0.015％、Mg：0.0015％～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.010％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；所述化学成分满足以下耐Cl-腐蚀指数A≥7.0，A＝5.7Sn+15.5Cu+2.9Ni+1.6Cr+1.7Si-6.8Cu*Ni-23.4Cu2；所述化学成分满足2.0≤B≤2.5，B＝Al/N；
所述的高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法包括以下步骤：
S1、电炉或转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作；
S2、LF炉精炼；
S3、RH真空脱气；
S4、方坯连铸；
S5、圆钢热轧；
S6、上冷床。
2.根据权利要求1所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢，其特征在于，所述高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体。
3.一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢其化学成份组成及质量百分比含量为：C：0.20％～0.30％、Si：0.60％～0.80％、Mn：0.40％～0.60％、Cr：1.20％～1.40％、Mo：0.15％～0.30％、Ni：0.30％～0.50％、Cu：0.20％～0.40％、Sn：0.10％～0.20％、Al：0.020％～0.037％、N：0.010％～0.015％、Mg：0.0015％～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.010％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；所述化学成分满足以下耐Cl-腐蚀指数A≥7.0，A＝5.7Sn+15.5Cu+2.9Ni+1.6Cr+1.7Si-6.8Cu*Ni-23.4Cu2，包括以下步骤：
S1、电炉或转炉冶炼，出钢前定氧，出钢过程留钢操作；
S2、LF炉精炼；
S3、RH真空脱气；
S4、方坯连铸；
S5、圆钢热轧；
S6、上冷床。
4.根据权利要求3所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤S2中，将C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Sn元素调至目标值。
5.根据权利要求3所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤S3中，纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[H]含量≤1.5ppm。
6.根据权利要求3所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤S4中，中间包钢水目标温度控制在液相线温度以上10～40℃，进行方坯连铸。
7.根据权利要求3所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤S5中，圆钢热轧包括：
a、方坯加热，控制加热炉均热温度为1100～1200℃；
b、粗中轧；
c、精轧，控制精轧温度为810～860℃。
8.根据权利要求3所述的一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤S6中，控制上冷床温度为760～810℃。
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