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CN114008232A - 具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法 - Google Patents

具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法 Download PDF

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CN114008232A CN202080045863.4A CN202080045863A CN114008232A CN 114008232 A CN114008232 A CN 114008232A CN 202080045863 A CN202080045863 A CN 202080045863A CN 114008232 A CN114008232 A CN 114008232A
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Posco Co Ltd
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Abstract

本发明的一个方面可以提供适合于结构的具有高强度特性和优异的耐腐蚀性的钢及其制造方法。

Description

具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法
技术领域
本公开涉及具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法，并且更特别地，涉及具有通过优化显微组织和制造工艺而有效改善的耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法。
背景技术
近来，从环境问题和寿命周期成本(Life Cycle Cost，LCC)的观点来看，对于用于造船行业、海运行业和建筑行业的各种结构材料，更加要求生态友好性和低成本特性。为了确保用于诸如造船、海上结构、管线管、建筑和桥梁的结构的钢板的耐腐蚀性，可以在钢板中添加昂贵的合金元素例如铜(Cu)、铬(Cr)和镍(Ni)，或者可以向钢板中施加牺牲阳极例如锌(Zn)和铝(Al)。因此，这样的钢板可以具有一定水平的耐腐蚀性，但是对于这样的钢板可能难以具有低成本特性。
特别地，ASTM A 709要求与碳钢的耐腐蚀性相关的由以下关系表达式限定的腐蚀指数满足6.0或更大。因此，为了确保一定水平或更大的耐腐蚀性，必须添加一定量或更多的Cu、Cr和Ni。
[关系表达式]
CI＝26.01*[Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时是指0。
由于在通过控制合金组成来同时确保钢的耐腐蚀性和低成本特性方面存在技术限制，因而已经进行了通过控制显微组织来确保钢的耐腐蚀性的技术尝试。
以下专利文献1提出了用于改变钢的表面层组织以确保钢的耐腐蚀性特性的技术。然而，由于专利文献1的钢具有细长的铁素体作为主要组织，因此该钢不能具有570MPa或更大的拉伸强度的高强度特性。此外，由于热回收可以在轧制过程期间进行，因此可能难以严格控制热回收到达温度。
因此，需要迫切研究具有高强度特性同时具有低成本温度和耐腐蚀性二者的钢。
(现有技术文献)
(专利文献)日本特许专利公开第2001-020035号(于2001年1月23日公开)
发明内容
技术问题
本公开的一个方面是提供具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法。
本公开的目的不限于以上描述。根据本说明书中的整体描述，本领域技术人员将不难理解本公开的另外的目的。
技术方案
根据本公开的一个方面，具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢按重量百分比(重量％)计包含：碳(C)：0.03％至0.12％；硅(Si)：0.01％至0.8％；锰(Mn)：1.6％至2.4％；磷(P)：0.02％或更少；硫(S)：0.01％或更少；铝(Al)：0.005％至0.5％；铌(Nb)：0.005％至0.1％；硼(B)：10ppm或更少；钛(Ti)：0.005％至0.1％；氮(N)：15ppm至150ppm；钙(Ca)：60ppm或更少；以及余量的(Fe)和不可避免的杂质。高强度钢按重量％计还包含选自以下中的至少一者或两者或更多者：铬(Cr)：1.0％或更少(包括0％)；钼(Mo)：1.0％或更少(包括0％)；镍(Ni)：2.0％或更少(包括0％)；铜(Cu)：1.0％或更少(包括0％)；以及钒(V)：0.3％或更少(包括0％)。由下式1表示的腐蚀指数(Corrosion Index，CI)为3.0或更小，以及基于ISO 14993循环腐蚀测试(Cyclic Corrosion Test，CCT)的一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失为1.2g/cm2或更小，
[式1]
CI＝26.01*[Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时是指0。
高强度钢可以包括设置在高强度钢外部上的表面层部分和设置在高强度钢内部中的中心部分，表面层部分和中心部分在高强度钢的厚度方向上按显微组织划分。表面层部分可以包含贝氏体作为基体组织，以及中心部分可以包含针状铁素体作为基体组织。
表面层部分可以包括设置在高强度钢的上侧上的上表面层部分和设置在高强度钢的下侧上的下表面层部分。上表面层部分和下表面层部分各自可以被设置成具有与高强度钢的厚度相比3％至10％的厚度。
表面层部分还可以包含新鲜马氏体作为第二组织，并且回火贝氏体和新鲜马氏体可以以95面积％或更大的总分数包含在表面层部分中。
表面层部分还可以包含奥氏体作为残余组织，并且奥氏体可以以5面积％或更小的分数包含在表面层部分中。
针状铁素体可以以95面积％或更大的分数包含在中心部分中。
表面层部分的显微组织的平均晶粒直径可以为3μm或更小(不包括0μm)。
中心部分的显微组织的平均晶粒直径可以为5μm至20μm。
高强度钢的拉伸强度可以为570MPa或更大。
根据本公开的另一个方面，制造具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的方法可以包括：将板坯再加热至1050℃至1250℃的温度，所述板坯按重量百分比(重量％)计包含：碳(C)：0.03％至0.12％；硅(Si)：0.01％至0.8％；锰(Mn)：1.6％至2.4％；磷(P)：0.02％或更少；硫(S)：0.01％或更少；铝(Al)：0.005％至0.5％；铌(Nb)：0.005％至0.1％；硼(B)：10ppm或更少；钛(Ti)：0.005％至0.1％；氮(N)：15ppm至150ppm；钙(Ca)：60ppm或更少；以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，并且按重量％计还包含选自以下中的至少一者或两者或更多者：铬(Cr)：1.0％或更少(包括0％)；钼(Mo)：1.0％或更少(包括0％)；镍(Ni)：2.0％或更少(包括0％)；铜(Cu)：1.0％或更少(包括0％)；以及钒(V)：0.3％或更少(包括0％)，其中由下式1表示的腐蚀指数(CI)为3.0或更小；在Tnr℃至1150℃的温度范围内将经再加热的板坯粗轧以提供粗轧棒材；以5℃/秒以上的冷却速率将粗轧棒材一次冷却至Ms℃至Bs℃的温度范围；对粗轧棒材进行热回收，使得通过热回收将经一次冷却的粗轧棒材的表面层部分保持为在(Ac1+40℃)至(Ac3-5℃)的温度范围内再加热；将经热回收的粗轧棒材精轧以提供钢；以及以5℃/秒或更大的冷却速率将精轧钢二次冷却至Ms℃至Bs℃的温度，
[式1]
CI＝26.01*[Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时是指0。
一次冷却可以通过在粗轧之后立即施加水冷却来进行。
一次冷却可以在粗轧棒材的表面层部分的温度为Ae3+100℃或更低时开始。
在精轧中，可以将粗轧棒材在Bs℃至Tnr℃的温度中精轧。
在精轧中，可以将粗轧棒材以50％至90％的累积压下率精轧。
有益效果
如上所述，根据本公开的一个示例实施方案，可以提供具有570MPa或更大的拉伸强度的高强度特性同时具有低成本特性和耐腐蚀性二者的钢及其制造方法。
附图说明
图1为示出根据本公开的一个实施方案的钢的截面的拍摄的图像。
图2为示出图1的试样的上表面层部分A和中心部分B的显微组织的拍摄的图像。
图3为示出用于实现本公开的制造方法的设备的一个实例的示意图。
图4为示出表面层部分的显微组织根据本公开的热回收的变化的示意性概念图。
图5为示出通过实验测量的热回收到达温度与表面层部分的平均晶粒尺寸和一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失之间的关系的图。
图6示出了在对由图5中的X和Y表示的试样进行一般腐蚀加速试验之后的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
具体实施方式
本公开涉及具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法，并且在下文中，将描述本公开的实施方案。本公开的实施方案可以以各种形式修改，并且本公开的范围不应被解释为限于以下描述的实施方案。提供这些实施方案以向本公开所属领域的技术人员进一步描述本公开。
在下文中，将更详细地描述根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的钢组成。在下文中，除非另有说明，否则表示各元素的含量的“％”和“ppm”可以是基于重量的。
根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢按重量百分比(重量％)计可以包含：碳(C)：0.03％至0.12％；硅(Si)：0.01％至0.8％；锰(Mn)：1.6％至2.4％；磷(P)：0.02％或更少；硫(S)：0.01％或更少；铝(Al)：0.005％至0.5％；铌(Nb)：0.005％至0.1％；硼(B)：10ppm或更少；钛(Ti)：0.005％至0.1％；氮(N)：15ppm至150ppm；钙(Ca)：60ppm或更少；以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
碳(C)：0.03％至0.12％
碳(C)为确保本公开中的淬透性的重要元素并且为显著影响针状铁素体组织的形成的元素。因此，在本公开中，可以将碳(C)含量的下限限制为0.03％以获得这样的效果。然而，过度添加碳(C)可能导致形成珠光体而不是形成针状铁素体，从而具有降低低温韧性的可能性，并因此在本公开中，可以将碳(C)含量的上限限制为0.12％。因此，本公开的碳(C)含量可以在0.03％至0.12％的范围内。此外，在用作焊接结构的板材料的情况下，可以将碳(C)含量的上限限制为0.09％以确保可焊性。
硅(Si)：0.01％至0.8％
硅(Si)为用作脱氧剂的元素并且还为有助于改善强度和韧性的元素。因此，在本公开中，为了获得这样的效果，可以将硅(Si)含量的下限限制为0.01％。硅(Si)含量的下限可以具体地为0.05％。硅(Si)含量的下限可以进一步具体地为0.1％。然而，过度添加硅(Si)可能降低低温韧性和可焊性，并因此在本公开中，可以将硅(Si)含量的上限限制为0.8％。硅(Si)含量的上限可以具体地为0.6％。硅(Si)含量的上限可以进一步具体地为0.5％。
锰(Mn)：1.6％至2.4％
锰(Mn)为可用于通过固溶强化改善强度的元素，并且还为可以经济地增加淬透性的元素。因此，在本公开中，为了获得这样的效果，可以将锰(Mn)含量的下限限制为1.6％。可以将锰(Mn)含量的下限具体地限制为1.7％。可以将锰(Mn)含量的下限进一步具体地限制为1.8％。然而，过度添加锰(Mn)可能由于过度淬透性的增加而显著降低焊接部分的韧性，并因此在本公开中，可以将锰(Mn)含量的上限限制为2.4％。可以将锰(Mn)含量的上限具体地限制为2.35％。
磷(P)：0.02％或更少
磷(P)为有助于改善强度和耐腐蚀性的元素，但是优选地将磷(P)的含量保持尽可能低，因为磷(P)可以显著降低冲击韧性。因此，磷(P)含量可以为0.02％或更小。然而，由于磷(P)为炼钢过程中不可避免地引入的杂质，因此从经济的角度来看将磷(P)含量控制为小于0.001％的水平不是优选的。因此，在本公开中，磷(P)含量可以具体地在0.001％至0.02％的范围内。
硫(S)：0.01％或更少
硫(S)为形成非金属夹杂物例如MnS等从而显著阻碍冲击韧性的元素，并因此优选地将硫(S)含量保持尽可能低。因此，在本公开中，可以将硫(S)含量的上限限制为0.01％。然而，由于硫(S)为炼钢过程中不可避免地引入的杂质，因此从经济的角度来看将硫(S)含量控制为小于0.001％的水平不是优选的。因此，在本公开中，硫(S)含量可以在0.001％至0.01％的范围内。
铝(Al)：0.005％至0.5％
铝(Al)为可以经济地使钢水脱氧的典型脱氧剂，并且还为有助于改善强度的元素。因此，在本公开中，为了实现这样的效果，可以将铝(Al)含量的下限限制为0.005％。可以将铝(Al)含量的下限具体地限制为0.01％。可以将铝(Al)含量的下限进一步具体地限制为0.02％。然而，过度添加铝(Al)可能导致喷嘴在连续铸造期间堵塞，并因此在本公开中，可以将铝(Al)含量的上限限制为0.5％。可以将铝(Al)含量的上限具体地限制为0.4％。可以将铝(Al)含量的上限进一步具体地限制为0.3％。
铌(Nb)：0.005％至0.1％
铌(Nb)为在生产TMCP钢中起最重要的作用的元素之一，并且还为以碳化物或氮化物的形式析出以显著有助于改善基材和焊接部分的强度的元素。此外，在板坯的再加热期间溶解的铌(Nb)可以抑制奥氏体的再结晶并且可以抑制铁素体和贝氏体的转变以将组织精制。在本公开中，可以将铌(Nb)含量的下限限制为0.005％。可以将铌(Nb)含量的下限具体地限制为0.01％。可以将铌(Nb)含量的下限进一步具体地限制为0.02％。然而，过度添加铌(Nb)可能形成粗析出物从而在钢的角处引起脆性开裂，并因此可以将铌(Nb)含量的上限限制为0.1％。可以将铌(Nb)含量的上限具体地限制为0.08％。可以将铌(Nb)含量的上限进一步具体地限制为0.06％。
硼(B)：10ppm或更少(不包括0ppm)
硼(B)为廉价的添加元素，而且还为即使在少量添加的情况下也可以有效地增加淬透性的有益元素。然而，可以添加硼(B)以实现本公开的这样的目的。硼(B)含量可以具体地为0ppm。硼(B)含量可以进一步具体地为2ppm。在本公开中，倾向于形成针状铁素体组织作为基体组织，但是过度添加硼(B)可能显著地有助于形成贝氏体，使得不能形成致密的针状铁素体组织。因此，在本公开中，可以将硼(B)含量的上限限制为10ppm。
钛(Ti)：0.005％至0.1％
钛(Ti)为可以在再加热期间显著抑制晶粒的生长以显著改善低温韧性的元素。因此，在本公开中，为了获得这样的效果，可以将钛(Ti)含量的下限限制为0.005％。可以将钛(Ti)含量的下限具体地限制为0.007％。可以将钛(Ti)含量的下限进一步具体地限制为0.01％。然而，过度添加钛(Ti)可能导致诸如喷嘴在连续铸造中堵塞或者由中心部分的结晶引起的低温韧性降低的问题，并因此在本公开中，可以将钛(Ti)含量的上限限制为0.1％。可以将钛(Ti)含量的上限具体地限制为0.07％。可以将钛(Ti)含量的上限进一步具体地限制为0.05％。
氮(N)：15ppm至150ppm
氮(N)为有助于改善钢的强度的元素。因此，可以将氮(N)含量的上限限制为150ppm。然而，氮(N)为炼钢过程中不可避免地引入的杂质，并且从经济的角度来看将氮(N)含量控制为小于15ppm的水平不是优选的。因此，在本公开中，氮(N)含量可以具体地在15ppm至150ppm的范围内。
钙(Ca)：60ppm或更少
钙(Ca)主要用作控制非金属夹杂物例如MnS等的形状并且改善低温韧性的元素。然而，过度添加钙(Ca)可能导致形成大量的CaO-CaS以及形成粗夹杂物，这可能降低钢的清洁度和现场可焊性。因此，在本公开中，可以将钙(Ca)含量的上限限制为60ppm。
根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢按重量百分比(重量％)计可以包含选自以下中的至少一者或两者或更多者：铬(Cr)：1.0％或更少(包括0％)；钼(Mo)：1.0％或更少(包括0％)；镍(Ni)：2.0％或更少(包括0％)；铜(Cu)：1.0％或更少(包括0％)；以及钒(V)：0.3％或更少(包括0％)。
铬(Cr)：1.0％或更少(包括0％)
铬(Cr)为通过增加淬透性而有效地有助于增加强度的元素，并因此在本公开中，可以添加一定量的铬(Cr)以实现这样的效果。当包含铬(Cr)时，铬(Cr)含量的下限可以为0.01％。然而，当过度添加铬(Cr)时，就可以显著降低成本竞争力和可焊性而言不是优选的。因此，在本公开中，可以将铬(Cr)含量的上限限制为1.0％。
钼(Mo)：1.0％或更少(包括0％)
钼(Mo)为即使在少量添加的情况下也可以显著地改善淬透性，并且可以抑制铁素体的形成以显著改善钢的强度的元素。因此，就确保强度而言，可以以一定量添加钼(Mo)。当添加钼(Mo)时，钼(Mo)含量的下限可以具体地为0.01％。然而，过度添加钼(Mo)可能导致焊接部分的硬度的过度增加和基材的韧性的降低，并因此在本公开中，可以将钼(Mo)含量的上限限制为1.0％。
镍(Ni)：2.0％或更少(包括0％)
镍(Ni)为可以同时改善基材的强度和韧性的几乎唯一的元素，并因此在本公开中，可以以一定量添加镍(Ni)以实现这样的效果。当添加镍(Ni)时，镍(Ni)含量的下限可以为0.01％。然而，镍(Ni)为昂贵的元素，并且从经济的角度来看过度添加镍(Ni)不是优选的。当过度添加镍(Ni)时，可能降低可焊性。因此，在本公开中，将镍(Ni)含量的上限限制为2.0％。
铜(Cu)：1.0％或更少(包括0％)
铜(Cu)为可以增加强度，同时显著降低基材的韧性的劣化的元素。因此，在本公开中，可以以一定量添加铜(Cu)以实现这样的效果。当添加铜(Cu)时，铜(Cu)含量的下限可以具体地为0.01％。然而，过度添加铜(Cu)可能导致最终产品的品质劣化，并因此在本公开中，可以将铜(Cu)含量的上限限制为1.0％。
钒(V)：0.3％或更少(包括0％)
钒(V)为具有比其他合金组成更低的固溶温度并且可以在焊接热影响部分析出以防止焊接部分的强度降低的元素。因此，在本公开中，可以以一定量添加钒(V)以实现这样的效果。当添加钒(V)时，钒(V)含量的下限可以具体地为0.005％。然而，当过度添加钒(V)时，韧性可能劣化，并因此在本公开中，可以将钒(V)含量的上限限制为0.3％。
此外，根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的由下式1表示的腐蚀指数(CI)可以为3.0或更小。
[式1]
CI＝26.01*]Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时用0代替。
在根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢中，如上所述，可以单独地限制铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、硅(Si)和磷(P)的含量的范围。然而，即使当添加上述元素中的一些时，也可以相对地限制铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、硅(Si)和磷(P)的含量的范围，使得如以上式1中计算的腐蚀指数(CI)为3.0或更小。
例如，通过以上式1计算的腐蚀指数(CI)通常可以要求为6.0或更大以确保碳钢的耐腐蚀性。然而，在本公开中，即使当通过以上式1计算的腐蚀指数(CI)处于3.0或更小的水平时，也可以通过控制显微组织来确保相同或优异的耐腐蚀性。因此，根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢可以在抑制Cu、Ni、Cr等的添加的同时通过控制显微组织来确保一定水平或更高水平的耐腐蚀性，并因此可以同时确保耐腐蚀性和低成本特性。
在本公开中，除了所述钢组成之外的剩余部分可以为铁(Fe)和不可避免的杂质。在一般的制钢过程中可能被无意引入的不可避免的杂质无法被完全排除，这可以容易被一般的制钢领域中的技术人员理解。此外，在本公开中，未完全排除添加除了上述钢组成之外的其他组成。
根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢在厚度方面没有限制，但是具体地，可以为具有10mm或更大的厚度的结构用厚钢板，并且进一步具体地，可以为具有20mm至100mm的厚度的结构用厚钢板。
在下文中，将更详细地描述根据本发明的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的显微组织。
根据本发明的一个方面的具有优异耐腐蚀性的高强度结构钢可以分成在显微组织上是分开的的在钢表面侧上的表面层部分，和设置在表面层部分之间的中心部分。表面层部分可以分成在钢的上侧上的上表面层部分和在钢的下侧上的下表面层部分，并且上表面层部分和下表面层部分各自可以被设置成具有钢的厚度“t”的3％至10％的厚度。
表面层部分可以包含回火贝氏体作为基体组织，并且可以包含新鲜马氏体和奥氏体分别作为第二组织和残余组织。表面层部分中的回火贝氏体和新鲜马氏体的总分数可以为95面积％或更大，以及表面层部分中的奥氏体组织的分数可以为5面积％或更小。表面层部分中的奥氏体组织的分数可以为0面积％。
中心部分可以包含针状铁素体作为基体组织，并且中心部分中的针状铁素体的分数可以为95面积％或更大。
表面层部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以为3μm或更小(不包括0μm)，中心部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以为5μm至20μm。表面层部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以是指其中回火贝氏体、新鲜马氏体和奥氏体中的每一者的平均晶粒尺寸均为3μm或更小(除0μm之外)的情况，以及中心部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以是指其中针状铁素体的平均晶粒尺寸为5μm至20μm的情况。中心部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以具体地为10μm至20μm。
图1为示出根据本公开的一个实施方案的钢的截面的拍摄的图像。
参照图1，可以看出根据一个实施方案的钢试样被分成在上表面侧上的上表面层部分A和在下表面侧上的下表面层部分A'以及在上表面层部分A与下表面层部分A'之间的中心部分B，并且可以用肉眼容易地辨别上表面层部分A和下表面层部分A'与中心部分B之间的边界。例如，可以看出清楚地在显微组织上辨别根据本公开的一个实施方案的钢的上表面层部分A和下表面层部分A'以及中心部分B。
图2为示出图1的试样的上表面层部分A和中心部分B的显微组织的拍摄的图像。图2的(a)和图2的(b)分别为用光学显微镜观察到的试样的上表面层部分A的图像和试样的上表面层部分A的使用EBSD捕获的高角度晶界图。图2的(c)和图2的(d)分别为用光学显微镜观察到的试样的中心部分B的图像和试样的中心部分B的使用EBSD捕获的高角度晶界图。
如在图2的(a)至图2的(d)中可以看出，上表面层部分A包含平均晶粒尺寸为约3μm或更小的回火贝氏体和新鲜马氏体，而中心部分B可以包含平均晶粒尺寸为约15μm的针状铁素体。
在根据本公开的一个方面的钢中，表面层组织可以通过再加热来精制。因此，表面层部分的显微组织的平均晶粒尺寸可以为3μm或更小，以及基于ISO 14993循环腐蚀测试(CCT)法的一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失可以为1.2g/cm2或更小。此外，由于根据本公开的一个方面的钢的拉伸强度为570MPa或更大，因此可以有效地确保高强度特性，同时确保耐腐蚀性和低成本特性。
在下文中，将更详细地描述制造根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的方法。
板坯再加热
由于在根据本公开的制造方法中制备的板坯具有对应于上述钢的钢组成的钢组成，因此将用上述钢的钢组成的描述代替板坯的钢组成的描述。
可以将用上述钢组合物制备的板坯在1050℃至1250℃的温度范围内再加热。可以将板坯的再加热温度的下限限制为1050℃以使在铸造期间形成的钛(Ti)和铌(Nb)的碳氮化物充分溶解。然而，当再加热温度过高时，奥氏体可能被粗化，并且对于在粗轧之后使粗轧棒材的表面层温度达到一次冷却开始温度可能花费过量的时间。因此，可以将再加热温度的上限限制为1250℃。
粗轧
在再加热之后，可以进行粗轧以调节板坯的形状并破坏铸造组织例如枝晶等。粗轧可以具体地在使奥氏体的再结晶停止的温度Tnr(℃)下进行，并且考虑到一次冷却的冷却开始温度，可以将粗轧温度的上限具体地限制为1150℃。因此，可以将本公开的粗轧温度限制在Tnr℃至1150℃的范围内。此外，本公开的粗轧可以在20％至70％的累积压下率的条件下进行。
一次冷却
在粗轧完成之后，可以进行一次冷却以在粗轧棒材的表面层上形成板条状贝氏体。一次冷却的冷却速率可以具体地为5℃/秒或更大，以及一次冷却的冷却到达温度可以在Ms℃至Bs℃的温度范围内。当一次冷却的冷却速率小于一定水平时，可能在表面层部分中形成多边形铁素体或粒状贝氏体组织，而不是板条状贝氏体组织。因此，在本公开中，可以将冷却速率限制为5℃/秒或更大。此外，一次冷却中的冷却方法没有限制，但是就冷却效率而言可以具体地为水冷却。当一次冷却的冷却开始温度过高时，通过一次冷却在表面层部分中形成的板条状贝氏体组织可能被粗化。因此，可以将一次冷却的开始温度具体地限制为Ae3+100℃或更低。在一次冷却中，冷却速率、冷却开始温度和冷却到达温度可以基于粗轧棒材的中心部分的温度。
在本公开中，具体地，可以在粗轧之后立即进行一次冷却以显著增加热回收的效果。图3为示出用于实现本公开的制造方法的设备1的一个实例的示意图。在板坯5的移动路径上可以顺序地布置粗轧装置10、冷却装置20、热回收器30和精轧装置40，并且粗轧装置10和精轧装置40可以分别包括粗轧辊12a和12b以及精轧辊42a和42b以将板坯5和粗轧棒材5'轧制。冷却装置20可以包括喷洒冷却水的棒状冷却器25和引导经粗轧的板坯5'的移动的辅助辊22。就显著增加热回收效果而言，棒状冷却器25可以具体地直接设置在粗轧装置10的后面。热回收器30可以设置在冷却装置20的后面，以及经粗轧的板坯5'可以在沿着辅助辊32移动的同时进行热回收。可以将经热回收的板坯5'移动至精轧装置40以将其精轧。以上基于图3对用于制造根据本发明的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的设备进行了说明，但是这样的设备1仅为用于进行本公开的设备的一个实例，并且本公开不应被解释为通过图5中所示的设备1来制造。
热回收
在一次冷却之后，可以进行热回收以使粗轧棒材的表面层部分的一侧通过粗轧棒材的中心部分的一侧上的高热而被再加热。可以进行热回收直至粗轧棒材的表面层部分的温度达到(Ac1+40℃)至(Ac3-5℃)。通过热回收，表面层部分的板条状贝氏体可以转变成细的回火贝氏体和新鲜马氏体，并且表面部分的板条状贝氏体的一部分可以反向转变成奥氏体。
图4为示出表面层部分的显微组织根据本公开的热回收的变化的示意性概念图。
如图4的(a)中所示，紧接在一次冷却之后的表面层部分的显微组织可以提供为板条状贝氏体组织。如图4的(b)中所示，随着进行热回收，表面层部分的板条状贝氏体可以转变成回火贝氏体组织，并且表面层部分的板条状贝氏体的一部分可以反向转变成奥氏体。随着在热回收之后进行精轧和二次冷却，如图4的(c)中所示，可以形成回火贝氏体和新鲜马氏体的两相混合组织，并且可以保留奥氏体组织的一部分。
图5为示出通过实验测量的热回收到达温度与表面层部分的平均晶粒尺寸和一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失之间的关系的图。试样在满足本公开的合金组成和制造方法的条件下制造，但是在改变热回收期间的热回收到达温度的同时进行实验。在这种情况下，表面层部分的平均晶粒尺寸基于EBSD来测量，以及一般腐蚀加速试验基于ISO14993循环腐蚀测试(CCT)来进行。例如，将基于ISO 14993CCT的加速腐蚀测试进行120个循环(40天)(每个循环包括“盐喷雾(5％NaCl，35℃，2小时)→干燥(60℃，4小时)→润湿(60℃，4小时)”)，并测量初始试样的重量与最终试样的重量之差以评估腐蚀损失。
参照图5，可以看出当表面层部分的到达温度低于(Ac1+40℃)时，表面层部分的平均晶粒尺寸超过3μm，并且一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失超过1.2g/cm2。此外，可以看出当表面层部分的到达温度超过(Ac3-5℃)时，表面层部分的平均晶粒尺寸也超过3μm，并且一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失超过1.2g/cm2。
图6(a)和图6(b)为在对由图5中的X表示的试样进行一般腐蚀加速试验之后的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像，以及图6(c)和图6(d)为在对由图5中的Y表示的试样进行一般腐蚀加速试验之后的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
如图6(a)至图6(d)中所示，可以看出在其中表面层部分的平均晶粒尺寸大于3μm的试样X的情况下，在表面层部分组织的晶界上形成了大量的氧化皮，而在其中表面层部分的平均晶粒尺寸为3μm或更小的试样Y的情况下，不仅在表面层部分组织的晶界上形成了相对少量的氧化皮，而且所形成的少量的氧化皮仅分布在钢的表面侧上。例如，可以看出在其中表面层部分的平均晶粒尺寸为3μm或更小的试样Y的情况下，致密地形成钢的表面侧上的晶界以抑制氧化皮朝钢的中心部分的扩散，而在其中表面层部分的平均晶粒尺寸大于3μm的试样X的情况下，相对粗大地形成钢的表面侧上的晶界以使氧化皮容易地朝钢的中心部分扩散。
精轧
可以进行精轧以将非均匀显微组织引入到粗轧棒材的奥氏体组织中。精轧可以在高于或等于贝氏体转变开始温度Bs且低于或等于奥氏体再结晶温度Tnr的温度范围内进行。
二次冷却
在精轧结束之后，可以以5℃/秒或更高的冷却速率进行冷却以在钢的中心部分中形成针状铁素体组织。二次冷却方法没有限制，但是具体地，从冷却效率的观点来看，可以应用水冷却。如果二次冷却的到达温度高于基于钢的Bs℃，则针状铁素体的组织可能被粗化并且针状铁素体的平均晶粒直径可能大于20μm。此外，当二次冷却的到达温度低于基于钢的Ms℃时，可能存在钢被扭曲的可能性，并因此，将二次冷却的到达温度具体地限制为Ms℃至Bs℃。二次冷却中的冷却速率和冷却到达温度可以基于钢的中心部分的温度。
(附图标记说明)
1：用于制造钢的设备 10：粗轧装置 12a、12b：粗轧辊
20：冷却装置 22：辅助辊 25：棒状辊
30：热回收器 32：辅助辊 40：精轧装置
42a、42b：精轧辊
发明实施方式
在下文中，将通过实施例更详细地描述根据本公开的一个方面的具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢及其制造方法。
(实施例)
制备了具有下表1的钢组成的板坯，并计算基于表1的板坯的转变温度和腐蚀指数(CI)并列于表2中。
[表1]
Figure BDA0003425965940000171
[表2]
Figure BDA0003425965940000172
使具有表1的组成的板坯在下表3的条件下经受粗轧、一次冷却和热回收，并在表4的条件下经受精轧和二次冷却。在表3和表4的条件下制造的钢的评估结果列于下表5中。
对于每个钢，测量平均晶粒直径、机械特性和一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失。用电子背散射衍射(EBSD)法在500m*500m区域中以0.5m步长测量晶粒直径，创建与相邻颗粒具有15度或更大的晶体取向差的晶界图，并获得平均晶粒直径和高角度晶界分数。通过对三个试样在板宽度方向上的张力进行测试以获得平均值来获得屈服强度YS和拉伸强度TS，以及通过上述ISO 14933循环腐蚀测试(CCT)来测量每单位面积重量损失。
[表3]
Figure BDA0003425965940000191
[表4]
Figure BDA0003425965940000201
[表5]
Figure BDA0003425965940000211
钢类型A、B、C、D和E为满足本公开的合金组成的钢。可以看出在钢类型中的A-1、A-2、A-3、B-1、B-2、B-3、C-1、C-2、D-1、D-2、E-1和E-2中，表面层部分的平均晶粒尺寸为3μm或更小，拉伸强度为570MPa或更大，以及每单位面积重量损失为1.2g/cm2或更小。
在满足本公开的合金组成但具有超过本公开的范围的热回收温度的A-4、B-4、C-3和D-3的情况下，可以看出当表面层部分的平均晶粒尺寸大于3μm时，每单位面积重量损失大于1.2g/cm2。这是因为钢的表面层部分在两相区域中被加热至高于热处理温度的温度从而使表面层部分的整个组织反向转变成奥氏体，使得表面层部分的最终组织由板条状贝氏体形成。
在满足本公开的合金组成但具有低于本公开的范围的热回收温度的A-5、B-5、C-4和D-4的情况下，可以看出表面层部分的平均晶粒尺寸超过3μm并且每单位面积重量损失大于1.2g/cm2。这是因为钢的表面层部分在一次冷却期间被过度地冷却，使得在表面层部分中不充分地形成反向转变的奥氏体。
在满足本公开的合金组成但具有低于本公开的范围的二次冷却的冷却结束温度的A-6和C-5的情况下，或者在满足本公开的合金组成但具有小于本公开的范围的二次冷却的冷却速率的E-3的情况下，可以看出拉伸强度处于小于570MPa的水平，使得不能确保期望的高强度特性。
在不满足本公开的合金组成的F-1、G-1、H-1和I-1的情况下，可以看出即使满足本公开的工艺条件，表面层部分的平均晶粒尺寸也大于3μm，并且拉伸强度处于小于570MPa的水平，使得无法确保期望的耐腐蚀性和高强度特性。
因此，在满足本公开的合金组成和工艺条件的实施例的情况下，可以看出每单位面积重量损失为1.2g/cm2或更小，并且具有优异的耐腐蚀性，以及拉伸强度为570MPa或更大，使得可以确保高强度特性。
虽然已经详细地描述了本公开中的示例实施方案，然而，本公开的权利要求不限于此，并且对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离权利要求中描述的本公开的技术思想的情况下，可以进行各种修改和改变。

Claims (14)

1.一种具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢，所述高强度钢按重量百分比(重量％)计包含：碳(C)：0.03％至0.12％；硅(Si)：0.01％至0.8％；锰(Mn)：1.6％至2.4％；磷(P)：0.02％或更少；硫(S)：0.01％或更少；铝(Al)：0.005％至0.5％；铌(Nb)：0.005％至0.1％；硼(B)：10ppm或更少；钛(Ti)：0.005％至0.1％；氮(N)：15ppm至150ppm；钙(Ca)：60ppm或更少；以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，
所述高强度钢按重量％计还包含选自以下中的至少一者或两者或更多者：铬(Cr)：1.0％或更少，包括0％；钼(Mo)：1.0％或更少，包括0％；镍(Ni)：2.0％或更少，包括0％；铜(Cu)：1.0％或更少，包括0％；以及钒(V)：0.3％或更少，包括0％；
其中由下式1表示的腐蚀指数(CI)为3.0或更小，以及
其中基于ISO 14993循环腐蚀测试(CCT)的一般腐蚀加速试验中的每单位面积重量损失为1.2g/cm2或更小，
[式1]
CI＝26.01*[Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时是指0。
2.根据权利要求1所述的高强度钢，所述高强度钢包括设置在所述高强度钢外部上的表面层部分，和设置在所述高强度钢内部中的中心部分，所述表面层部分和所述中心部分在所述高强度钢的厚度方向上按显微组织划分的，
其中所述表面层部分包含贝氏体作为基体组织，以及
其中所述中心部分包含针状铁素体作为基体组织。
3.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述表面层部分包括设置在所述高强度钢的上侧上的上表面层部分和设置在所述高强度钢的下侧上的下表面层部分，以及
其中所述上表面层部分和所述下表面层部分各自被设置成具有与所述高强度钢的厚度相比3％至10％的厚度。
4.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述表面层部分还包含新鲜马氏体作为第二组织，以及
其中回火贝氏体和所述新鲜马氏体以95面积％或更大的总分数包含在所述表面层部分中。
5.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述表面层部分还包含奥氏体作为残余组织，以及
其中所述奥氏体以5面积％或更小的分数包含在所述表面层部分中。
6.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述针状铁素体以95面积％或更大的分数包含在所述中心部分中。
7.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述表面层部分的显微组织的平均晶粒直径为3μm或更小，不包括0μm。
8.根据权利要求2所述的高强度钢，其中所述中心部分的显微组织的平均晶粒直径为5μm至20μm。
9.根据权利要求1所述的高强度钢，其中所述高强度钢的拉伸强度为570MPa或更大。
10.一种制造具有优异耐腐蚀性的结构用高强度钢的方法，所述方法包括：
将板坯再加热至1050℃至1250℃的温度，所述板坯按重量百分比(重量％)计包含：碳(C)：0.03％至0.12％；硅(Si)：0.01％至0.8％；锰(Mn)：1.6％至2.4％；磷(P)：0.02％或更少；硫(S)：0.01％或更少；铝(Al)：0.005％至0.5％；铌(Nb)：0.005％至0.1％；硼(B)：10ppm或更少；钛(Ti)：0.005％至0.1％；氮(N)：15ppm至150ppm；钙(Ca)：60ppm或更少；以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，并且按重量％计还包含选自以下中的至少一者或两者或更多者：铬(Cr)：1.0％或更少，包括0％；钼(Mo)：1.0％或更少，包括0％；镍(Ni)：2.0％或更少，包括0％；铜(Cu)：1.0％或更少，包括0％；以及钒(V)：0.3％或更少，包括0％，其中由下式1表示的腐蚀指数(CI)为3.0或更小；
在Tnr℃至1150℃的温度范围内将经再加热的板坯粗轧以提供粗轧棒材；
以5℃/秒以上的冷却速率将所述粗轧棒材一次冷却至Ms℃至Bs℃的温度范围；
对所述粗轧棒材进行热回收，使得经一次冷却的粗轧棒材的表面层部分通过热回收保持为在(Ac1+40℃)至(Ac3-5℃)的温度范围内再加热；
将经热回收的粗轧棒材精轧以提供钢材；以及
以5℃/秒或更大的冷却速率将经精轧的钢二次冷却至Ms℃至Bs℃的温度，
[式1]
CI＝26.01*[Cu]+3.88*[Ni]+1.20*[Cr]+1.49*[Si]+17.28*[P]-7.29*[Cu]*[Ni]-9.1*[Ni]*[P]-33.39*[Cu]2
其中[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Si]和[P]分别是指Cu、Ni、Cr、Si和P的重量％，并且在不包含相应的合金组成时是指0。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述粗轧之后立即通过施加水冷却来执行所述一次冷却。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述粗轧棒材的表面层部分的温度为Ae3+100℃或更低时开始所述一次冷却。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述精轧中，将所述粗轧棒材在Bs℃至Tnr℃的温度精轧。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在所述精轧中，将所述粗轧棒材以50％至90％的累积压下率精轧。
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