本发明涉及一种工程机械用钢及生产方法，具体属于一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢及生产方法。
背景技术：
1、在本发明提出之前，有部分涉及耐海洋性气候腐蚀钢制造领域的技术已有提出，但合金成本高，影响推广应用。gb/t 712-2011中的钢种ah420、dh420、eh420、fh420属于q420mpa级船舶及海洋工程用结构钢，但是其耐蚀性较差。
2、经检索：
3、中国专利申请号为201910411802.4的文献，公开了《一种耐海水腐蚀钢板及其生产方法》”，其化学成分按质量百分比为：c 0.08％～0.12、si 0.25％～0.35、mn 1.0％～1.6、p≤0.012、s≤0.008、cr+ni+cu≤1.2、sn：0.025％～0.050、nb+v+ti≤0.05，其余为fe及不可避免的杂质。该文献钢板采用低碳+nb、ti等微合金化处理，添加耐腐蚀元素，配合轧制参数的调控，具有高强度、耐海水腐蚀性及优良焊接性。与本发明相比，在化学成分上添加了一定量的cr、ni、cu，虽然具有一定的耐海水腐蚀性能和低温韧性，但合金成本较高。
4、中国专利申请号为201611186727.9的文献，公开了《一种含ti耐海水腐蚀钢带及其制备方法》，其钢带化学成分及质量百分含量为：c：0.02～0.15，si：0.2～0.4，mn：0.8～1.5，p：0.07～0.1，s≤0.005，cu：0.2～0.5，ti：0.15～0.4，v：0～0.06，ni：0～0.4，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。该文献钢带成分独特，具有良好的腐蚀性和抗腐蚀疲劳性能，制备方法不需回火，可热轧态供货，钢板的屈服强度在435mpa以上，抗拉强度在540mpa以上，延伸率大于35％，-40℃夏比冲击功大于48j。与本发明相比，在化学成分上添加了一定量的cu、ni、ti、v，虽然具有较好的耐海水腐蚀性能，但低温韧性达不到极寒海域使用要求。
5、中国专利申请号为201611154444.6的文献，公开了《一种耐海水腐蚀钢及其制造方法》，其化学成分及质量百分含量为：c：0.04～0.07、si：0.30～0.40、mn：0.60～0.90、p≤0.015、s≤0.005、cu：0.20～0.30、cr：0.80～1.00、mo：0.15～0.25、nb：0.01～0.02、ti：0.01～0.03、al：0.02～0.06、ca：0.002～0.006，其余为fe及其它不可避免的杂质元素。该文献钢屈服强度为400～500mpa，抗拉强度为510～630mpa，延长率大于23％，冲击功大于250j，具有良好焊接性能，桩管腐蚀速率小于1.30mm/年。与本发明相比，其采用低c、低mn，添加了一定量的cu、cr、mo、nb、ti，该文献虽然具有一定的耐海水腐蚀性能和低温韧性，但合金成本增加。
6、中国专利申请号为201410360777.9的文献，公开了《一种抗海水腐蚀钢管及其制造方法》，其具有铁素体+珠光体的基体，抗海水腐蚀钢管化学元素质量百分配比为c：0.13～0.20；si：0.10～0.35；mn：0.9～1.5；cr：0.05～0.4；al：0.01～0.04；cu：0.05～0.4；ni：0.05～0.3；v：0.06～0.12；n：0.008～0.02％；余量为fe和其他不可避免的杂质。与本发明相比，添加了一定量的cu、cr、ni、v，具有一定的耐海水腐蚀性能，但低温韧性达不到极寒海域使用要求。
7、目前，为了提高海洋平台结构钢耐蚀性和使用寿命，有的在高强度级别钢中添加较多耐蚀合金，制造成本较高，焊接性能下降，后期喷涂维护成本，不能适应行业快速发展要求。
技术实现思路
1、本发明在于克服现有技术存在的工序复杂导致成本高，本发明在保证屈服强度≥410mpa，抗拉强度≥550mpa，断后延伸率≥27％下，通过采用低c、高p、高o，添加一定量的mn、cu、ni、nb、ti、ce、la等，使-60℃低温冲击功≥170j耐海洋性气候年腐蚀速率≤1.3mm/y，得到稳定的铁素体+珠光体+贝氏体组织的弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢及生产方法。
2、实现上述目的的措施：
3、一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其组分及重量百分比含量为：c：0.05～0.15％，si：0.10～0.30％，mn：1.00～1.70％，p：0.050～0.100％，s≤0.002％，cu：0.15～0.35％，ni：0.10～0.30％，nb：0.020～0.050％，ti：0.005～0.020％，o：0.010～0.025％，0.020％≤ce+la≤0.050％，10％≤si/o≤20％，5％≤mn/si≤10％，cev≤0.45，cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15，余量为fe及不可避免的杂质；金相组织及所占体积百分比：铁素体49～51％，珠光体39～41％，其余为贝氏体。
4、优选地：ni的重量百分比含量为0.16～0.25％。
5、优选地：nb的重量百分比含量为0.025～0.046％。
6、优选地：ti的重量百分比含量为0.0065～0.015％。
7、优选地：o的重量百分比含量为0.015～0.022％。
8、生产一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢的方法，其步骤：
9、1)经铁水脱硫后常规转炉冶炼至设定成分：期间：采用转炉顶底吹，连铸时按照
10、0.1～0.3g/t钢喂入稀土丝；浇注成厚度在200～250mm，后在冷却速度为0.1～1℃
11、/s下冷却至300～600℃；
12、2)经浇注成坯后对铸坯加热，铸坯加热温度在加热速率为10～13min/cm下加热至1150～1250℃；
13、
14、3)进行轧制之前的高压水除鳞，并控制除鳞水压力在18～28mpa；
15、4)进行粗轧，控制粗轧开轧温度不低于1050℃，粗轧结束温度不低于980℃，道次压
16、下率不低于15％；
17、5)进行精轧，并控制其开轧温度不超过950℃，精轧终轧温度在730～880℃，道次压下
18、率不低于12％，总压下率不低于50％；并控制结束时的板厚为坯厚度定为成品厚
19、度不低于3倍；
20、6)在冷却速度≤16℃/s下冷却至卷取温度；
21、7)进行卷取，并控制卷取温度在556～564℃；
22、8)常规进行后工序。
23、优选地：铸坯加热温度在1157～1240℃。
24、优选地：精轧终轧温度在740～865℃。
25、本发明中各组分及主要工艺的作用及机理
26、c：c是提高钢材强度最有效的元素，随着c含量的增加，钢中fe3c增加，淬硬性也增加，钢的抗拉强度和屈服强度提高。但是，冶炼过程中c会和o发生反应，存在c、o平衡。因此，为了保证钢中o含量范围，综合考虑，本发明钢的c含量应控制在0.05～0.15％。
27、si：si与碳的亲和力很弱，在钢中不与碳化合，但能溶入铁素体，产生固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但塑性和韧性却有所下降。si会促进岛状马氏体形成，对焊接热影响区韧性有害，可见，si对强度有一定帮助，但含量不可过高。同时，si作为脱氧剂，脱氧能力强于mn，含量增大时，钢中氧含量下降。因此，本发明钢的si含量控制在0.10～0.30％。
28、mn：mn与碳的亲和力较强，是扩大奥氏体相区、细化晶粒和保证综合性能以及提高淬透性的有效元素，且它并不恶化钢的变形能力，1.00％的mn约可为抗拉强度贡献100mpa。但mn元素是一种易偏析的元素，当偏析区mn、c含量达到一定比例时，在钢材生产和焊接过程中会产生马氏体相，该相会表现出很高的硬度，对设备焊接性能有较大影响。因此，在设计该钢时将mn含量限制在1.50％以内。考虑到本发明钢的强度范围，因此将mn控制在1.00～1.70％。
29、cu：cu在钢中主要起沉淀强化作用，对钢的耐大气腐蚀性能有益，能提高此外还能提高钢材的抗疲劳裂纹扩展能力。但当cu含量过高时，钢在轧制时易出现网状裂纹。同时，cu还能降低钢中s含量对钢板耐腐蚀性能的恶化影响，能同时降低高s和低s情况下钢板的耐腐蚀性能。综合考虑cu对钢板综合力学性能的影响，将cu含量控制在0.15～0.35％。
30、ni：ni不会形成碳化物，是扩大γ相、细化晶粒、球化碳化物和保证综合性能以及提高淬透性的有效元素，可细化铁素体晶粒来改善钢的低温韧性，明显降低钢板和焊接接头的低温韧脆转变温度。但ni含量太高就会增加炼钢成本，并且造成氧化铁皮难以脱落。因此，本发明钢将ni含量设定在0.10～0.30％范围内。
31、nb：nb是显著提高奥氏体动态再结晶的元素，能够有效细化基体晶粒，在轧制过程中配合大压下量能够显著细化奥氏体晶粒。细化晶粒能够同时提高钢板强度、低温韧性水平。但nb含量过多会造成第二相粒子尺寸增大，对焊接性能产生影响。因此，在本发明钢种，添加一定量的nb，控制在0.020～0.050％范围内。
32、ti：ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，形成的tin、ti(cn)等粒子非常稳定，能够在形核时有效的阻止晶粒长大，因此能够细化晶粒，提高钢板的强度和韧性。但是，ti对强度贡献不及nb明显，同时过多的ti所形成的碳化物会降低钢板低温韧性。考虑钢板强韧性要求及与其他元素配合，设计ti的含量时控制在0.005～0.020％。
33、ce：ce在钢中以ce2o2s、ce3s4和ces的形式存在，形成中心为al2o3、tio、mno和sio2，表面为ce2o2s、ce2s3或ces的非金属夹杂物，在腐蚀过程中形成的腐蚀产物能够抑制腐蚀的继续发展。如果稀土ce的含量过高，又容易形成稀土夹杂物聚集，不利于钢板低温韧性水平。
34、la：la的化学性质比较活泼，在冶炼过程中可以起到深脱氧的效果，同时在脱氧时能够形成复合镶嵌夹杂物，能够细化夹杂物尺寸和形态，且形成的夹杂物化学稳定性较高，耐蚀性较好，不宜形成点蚀诱发源点。但是，la也不宜含量过高，避免夹杂物聚集长大，对钢的综合力学性能有害。综合考虑，本发明钢将ce+la含量设定在0.020～0.050％范围内。
35、杂质元素和气体对钢板性能的影响
36、为了提高钢板的低温韧性水平，钢中的杂质元素要求尽量少。
37、p：其在钢中固溶强化和冷作硬化作用强，作为合金元素加入低合金结构钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。p在海水腐蚀过程中形成的磷酸根离子其能和fe3+反应，生成一种不溶性γ-fe2o4和fepo4·h2o混合物薄膜，造成金属离子化受阻，从而减缓金属腐蚀。同时，钢中形成的p溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性。综合考虑，本发明钢将p含量设定在0.050～0.100％范围内。
38、s：其对钢的应力腐蚀开裂稳定性有害。随着硫含量的增加，钢的稳定性急剧恶化。硫化物夹杂物是氢的积聚点，使金属形成有缺陷的组织。同时，硫也是吸附氢的促进剂。因此，对于该钢应将s控制在0.002％以内。
39、o：其在钢中一般作为有害气体元素，o含量较高时容易生成较多的含氧夹杂物，在连铸时造成表面气孔等缺陷。但钢中存在一定量的o时，能够使夹杂物长度缩短，呈椭球状或颗粒状，减少夹杂物尖端应力集中，降低点蚀风险。同时，钢中o含量高时，基体的热力学稳定性提高，也有利于提升钢板耐蚀性。综合考虑，本发明钢将o含量设定在0.010～0.025％范围内。
40、炼钢工艺
41、本发明钢冶炼时在转炉进行si-mn脱氧处理，对含氧夹杂物进行变性，能够有效改变夹杂物形状，有利于提高钢的耐点蚀性能。同时，lf加热炉处理根据高氧下合金元素的损耗进行成分微调，严格控制al的添加，同时避免钢液扰动时间过长，防止氧的外逸，造成钢中氧含量波动，达不到目标范围。连铸使用超低碳保护渣，防止保护渣中的碳与钢液中的氧发生反应，造成铸坯表面形成气泡等缺陷。同时，采用直弧形连铸机，有利于钢中大尺寸夹杂物上浮，减少钢中的偏析。对铸坯表面进行清理，去除表面气孔等缺陷。
42、轧钢工艺
43、本发明钢铸坯加热温度设计为1150～1250℃，加热速率为10～13min/cm，在确保铸坯温度均匀下可以减少在炉时间，减少铸坯氧化铁皮，提高铸坯表面质量。粗轧时，根据成品钢板厚度，控制本阶段轧制结束时中间坯的厚度。精轧时，待温避开奥氏体部分再结晶区温度后，开始奥氏体未再结晶区控制轧制，此时未再结晶区的轧制有足够的压缩比，使得变形奥氏体中产生高畸变的变形积累，形成大量形变带和高密度位错。精轧终轧后，形变位错将发生回复和多边形化，从而细化组织，提高钢板的强度和韧性。综合考虑，钢的粗轧开轧温度不小于1050℃，粗轧终轧温度不小于980℃，精轧开轧温度不大于950℃，精轧轧终轧温度730～880℃。同时，为了保证晶粒得到足够的压下，将中间坯厚度定为3倍成品厚度以上。
44、冷却工艺
45、根据发明钢种强度等级要求，在工艺设定的轧制变形条件下，钢种硬度随冷却速率的增加而增加。以钢板的统计平均硬度设计为220hbw作为目标硬度值，则获得发明钢理想硬度水平的冷却速率应小于等于16℃/s，在此条件下，钢板的主组织为铁素体+珠光体+贝氏体。
46、本发明与现有技术相比，本发明在保证屈服强度≥410mpa，抗拉强度≥550mpa，断后延伸率≥27％下，通过在成分设计上采用低c、高p、高o，添加一定量的mn、cu、ni、nb、ti、ce、la等，并严格控制s含量，且使-60℃低温冲击功≥170j耐海洋性气候年腐蚀速率≤1.3mm/y，得到稳定的铁素体+珠光体+贝氏体组织。
1.一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其组分及重量百分比含量为：c：0.05～
2.如权利要求1所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其特征在于：ni的重量百分比含量为0.16～0.25％。
3.如权利要求1所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其特征在于：nb的重量百分比含量为0.025～0.046％。
4.如权利要求1所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其特征在于：ti的重量百分比含量为0.0065～0.015％。
5.如权利要求1所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢，其特征在于：o的重量百分比含量为0.015～0.022％。
6.生产如权利要求1所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢的方法，其步骤：
7.如权利要求6所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢的生产方法，其特征在于：铸坯加热温度在1157～1240℃。
8.如权利要求6所述的一种弱脱氧q420mpa级耐海洋性气候腐蚀钢的生产方法，其特征在于：精轧终轧温度在740～865℃。
