專利名稱：一種耐候鋼及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種高強耐候鋼及其生產(chǎn)技術(shù)方法，尤其涉及一種低碳經(jīng)濟型Mn-Cu-P系高強耐候鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)耐候鋼產(chǎn)品由于成分體系中含有較多的昂貴的金屬元素Cr、Ni，同時含有較高的C，其焊接性能較差，同時生產(chǎn)成本偏高，制約了耐候鋼的發(fā)展與應用。并且傳統(tǒng)的耐候鋼屈服強度以345MPa級別為主，強度級別較低，限制了耐候鋼的應用，不能滿足日趨發(fā)展的市場需求。高強耐候鋼是指屈服強度大于450MPa的耐候鋼，主要用于集裝箱、鐵路車廂、橋 梁及海洋平臺等運輸制造業(yè)及工程機械制造業(yè)。隨著世界能源、資源環(huán)境保護問題和要求的日趨突出，集裝箱、汽車以及各種結(jié)構(gòu)輕量化已成為趨勢，對高強度同時具有耐蝕性的鋼板的需求逐年增加，因此，集裝箱、鐵路車廂、載重汽車等物流運輸制造業(yè)等重要用材的更新?lián)Q代，實現(xiàn)高強度、減輕自重、提高載重量，降低成本，節(jié)能降耗成為迫切需要。迄今國內(nèi)就高強度耐候鋼及其制造方法申報多項專利。公開號CN101407892A的專利，介紹了一種屈服強度大于550MPa級低碳熱軋耐候鋼，該鋼以超低碳O. 01 O. 05%的成分設計，加入了較多的合金元素，如Cr、N1、Mo、Nb、Ti及較高含量的Cu元素，雖然保證了高強度及耐腐蝕性能，但提高了生產(chǎn)成本，而且加入較高含量的Cu元素沒有相應的提高耐候性反而增加了熱軋過程中Cu引起熱脆的傾向。公開號CN 1970818A的專利，一種高強度耐候鋼及其生產(chǎn)方法，介紹了一種采用超低碳(O. 01 O. 04%)加Cu、Cr、N1、Nb、Ti等元素的成分設計方案，采用兩階段軋制，軋后空冷到室溫，然后進行淬火及回火的熱處理工序進行生產(chǎn)。雖然得到了較高的屈服強度及較好的耐腐蝕性能，但無法滿足熱軋態(tài)供貨，增加了后續(xù)的熱處理工序，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。公開號CN101376953A的專利，一種高耐蝕高強度耐候鋼及其制造方法，介紹了一種極低C含量(O. 002 O. 005%)高Cr含量(4. 5 5. 5%)的耐候鋼，保證了耐候鋼的高耐腐蝕性能。由于采用的是高Cr加Cu、Ni的合金成分設計，會相應的增加成本，本發(fā)明的經(jīng)濟型耐候鋼與其不同。公開號CN 101921965 A的專利，一種低成本屈服強度700MPa級非調(diào)質(zhì)處理高強耐候鋼及其制造方法，介紹了一種碳含量為O. 05% O. 10%、高Ti含量O. 09 O. 15%、高Nb含量O. 02 O. 08%及Cr O. 3 O. 8%含量、Ni O. 15 O. 4%含量的耐候鋼，對連鑄坯進行控制軋制與控制冷卻生產(chǎn)700MPa級高強耐候鋼。由于加入較多的合金元素，使生產(chǎn)成本提高，已不屬于低成本的范疇。公開號CN 101845599 A的專利，一種耐候鋼及其制造方法，C含量較高為O. 06
O.12%，會對焊接性能產(chǎn)生不良影響；其實施例2中Cu含量為O. 80%,如此高的含量而Ni含量僅為O. 12%，在熱軋生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生裂紋。成分設計中沒有添加微合金元素T1、Nb，無法實現(xiàn)細晶強化及析出強化的強化路徑來保證強度，即使通過冷卻速度為30 50°C /s的控制冷卻方式得到了針狀鐵素體組織，實現(xiàn)了 600MPa級別的強度，但是針狀鐵素體組織及伴隨產(chǎn)生的較多碳化物會降低產(chǎn)品的耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
在盡可能降低成本的前提下，為了實現(xiàn)提高鋼帶產(chǎn)品的耐腐蝕性能和強度，本發(fā)明提供一種耐候鋼及其制造方法。本發(fā)明涉及的耐候鋼的化學成分為C O. 04 O. 08%, Si O. 2 O. 4%, Mn1. 2 1. 6%, P O. 07 O. 10%, S ( O. 005%, Cu O. 2 O. 5%, Ti O. 01 O. 03%, Nb O. 02 O. 04%,余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明主要是從經(jīng)濟型耐候鋼的成分設計思路出發(fā)，不添加貴重合金元素Cr、Ni,利用Mn-Cu-P系耐候鋼的成分設計體系,利用Mn-Cu及Cu-P元素的耐腐蝕的協(xié)同作用，實現(xiàn)該發(fā)明鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)耐候鋼；利用微合金 元素T1、Nb控制軋制與控制冷卻過程中的細晶強化和析出強化的復合強化機制，既節(jié)約了成本又實現(xiàn)了 600MPa級別的耐候鋼生產(chǎn)制造。本發(fā)明涉及的耐候鋼化學成分中各元素的作用如下
C :在鋼中一般充當強化元素，如果溶入基體中會起到固溶強化的作用。C含量增加會使碳以碳化物的形式存在，不利于獲得單一均勻的組織，易發(fā)生C原子的分配不均，形成高碳區(qū),這樣會使各微區(qū)之間產(chǎn)生電極電位差,會降低鋼的耐大氣腐蝕能力。另外，C能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。因此本發(fā)明采用O. 04 O. 08%的低碳設計，并利用C與T1、Nb等微合金元素結(jié)合發(fā)揮細晶強化和析出強化的作用來提高耐候鋼的強度。S1:在鋼中具有較高的固溶度，主要以固溶強化的形式來提高鋼的強度。在煉鋼過程中Si作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有O. 15 O. 30%的硅。但硅量增加，會降低鋼的焊接性能。本發(fā)明采用O. 2 O. 4%的含量設計。Mn:具有較強的固溶強化作用，能顯著降低鋼的相變溫度，提高鋼的強度和硬度，改善鋼的熱加工性能，對貝氏體相變有較大的促進作用。在煉鋼過程中，Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。Mn與Cu復合添加的協(xié)同作用會提高鋼材的耐腐蝕性能。但Mn量過高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低鋼的韌性及焊接性能，所以本發(fā)明將其含量控制在1. 2 1. 6%。P :在一般情況下，P是鋼中的有害元素，增加鋼的冷脆性，降低鋼的韌性及塑性，使焊接性能變壞。但P會與Cu協(xié)同作用極大的提高鋼的耐腐蝕性能。因此本發(fā)明設計其含量為O. 07 O. 10%OS :在通常情況下S也是有害元素，使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。S對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。在本發(fā)明中S作為殘余元素，控制其含量不高于O. 005%。Cu:在鋼中具有固溶強化和析出強化的作用，能提高強度和韌性，特別是提高耐大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過O. 5%塑性顯著降低。當銅含量小于O. 50%對焊接性影響不大。T1:是強氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效的釘扎奧氏體晶界，抑制板坯再加熱過程中奧氏體晶粒的長大，同時在再結(jié)晶控制軋制過程中抑制鐵素體晶粒的長大，獲得細小均勻的組織；同時利用低溫析出TiC的析出強化作用來提高強度。Nb:是強碳化物形成元素，有顯著的細化晶粒和中等強度的析出強化作用，并降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。在普通低合金鋼中加Nb，能提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，與Ti復合添加通過析出強化及細晶強化提高鋼的強度。本發(fā)明中Nb的含量為O. 02 O. 04%。本發(fā)明涉及的耐候鋼的制造流程包括有鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?控制C含量)、RH真空循環(huán)脫氣工業(yè)、全流程保護澆注、控制軋制、控制冷卻、卷取。其中控制軋制包括粗軋和精軋，粗軋采用單機架四輥可逆軋機軋制，開軋溫度為1130°C 1180°C，粗軋的累積壓下率不小于70% ;精軋采用六機架四輥可逆軋機軋制，開軋溫度為980°C 1050°C，精軋的終軋溫度為850°C 900°C，精軋后三道累積壓下率不低于45%，精軋的累積壓下率不低于70%?？刂评鋮s采用層流冷卻，冷卻速率為20 60°C /S。卷取的溫度區(qū)間為580°C 630°C，卷取后直接空冷到室溫，不需要進行熱處理，可以直接實現(xiàn)產(chǎn)品熱軋態(tài)供貨。
與現(xiàn)有耐候鋼相比，本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明提供的耐候鋼的化學成分是經(jīng)過大量重復實驗確定下來的，采用經(jīng)濟型的低碳Mn-Cu-P系列成分設計，添加較高含量的Mn、P兀素及微合金兀素T1、Nb。米用低C含量提高了焊接性能，采用耐腐蝕Mn、Cu、P元素,節(jié)省了貴重金屬元素Cr、Ni,采用T1、Nb元素，保證了耐候鋼的高強度。本發(fā)明提供的耐候鋼其耐大氣腐蝕性能優(yōu)于Q345鋼及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H，與Q345和SPA-H的對比，在具體實施方式
中進行具體說明。本發(fā)明的耐候鋼屈服強度在600MPa以上，抗拉強度在710MPa以上，延伸率大于25%，-40°C夏比沖擊功大于60J，屬于高強度耐候鋼，適應鋼鐵產(chǎn)品減量化的發(fā)展趨勢。2.本發(fā)明鋼的生產(chǎn)工藝是兩階段控制軋制，有利于得到細小均勻的組織，提高鋼的強塑性及低溫韌性。卷取工序不需要進行熱處理，可熱軋態(tài)供貨，降低了生產(chǎn)成本。所有工序在保證Mn-Cu-P體系效果的前提下，均盡量減少了成本。


圖1是實例I鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關系曲線。圖2是實例2鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關系曲線。圖3是實例3鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關系曲線。圖4是實例I 3鋼與參比鋼腐蝕24周期(12天)的電極化曲線。圖5是實例I 3鋼與參比鋼腐蝕80周期(40天)的電極化曲線。圖6是本發(fā)明涉及的耐候鋼的典型微觀組織形貌。
具體實施例方式 下面列舉具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。本領域技術(shù)人員在本說明書的啟示下對本發(fā)明實施中所作的任何變動都將落在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。實施例1
(O本實施例鋼的制造按照本發(fā)明鋼成分要求，采用鐵水深脫S，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護澆注，鋼的化學成分按重量百分比見表I所示的實施例1。軋制生產(chǎn)過程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見表2所示的實施例1，力學性能見表3所示的實施例1。(2)耐大氣腐蝕性能測試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實驗室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗箱進行O. 01mol/L NaHSO3溶液(模擬工業(yè)大氣環(huán)境)干濕交替加速腐蝕試驗120周期，每周期為12小時，箱內(nèi)溫度控制在30°C，濕度控制在60%。根據(jù)不同周期腐蝕后試樣的稱重數(shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時間的關系曲線，見圖1。對腐蝕后帶銹試樣進行了電化學測試，繪制的極化曲線見圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見表4。實施例2
(O本實施例鋼的制造按照本發(fā)明鋼成分要求，采用鐵水深脫S，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護澆注，鋼的化學成分按重量百分比見表I所示的實施例2。軋制生產(chǎn)過程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見表2所示的實施例2,力學性能見表3所示的實施例2。
(2)耐大氣腐蝕性能測試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實驗室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗箱進行O. 01mol/L NaHSO3溶液(模擬工業(yè)大氣環(huán)境)干濕交替加速腐蝕試驗120周期，每周期為12小時，箱內(nèi)溫度控制在30°C，濕度控制在60%。根據(jù)不同周期腐蝕后試樣的稱重數(shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時間的關系曲線，見圖2。對腐蝕后帶銹試樣進行了電化學測試，繪制的極化曲線見圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見表4。實施例3
(O本實施例鋼的制造按照本發(fā)明鋼成分要求，采用鐵水深脫S，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護澆注，鋼的化學成分按重量百分比見表I所示的實施例3。軋制生產(chǎn)過程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見表2所示的實施例3,力學性能見表3所示的實施例3。(2)耐大氣腐蝕性能測試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實驗室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗箱進行O. 01mol/L NaHSO3溶液(模擬工業(yè)大氣環(huán)境)干濕交替加速腐蝕試驗120周期，每周期為12小時，箱內(nèi)溫度控制在30°C，濕度控制在60%。根據(jù)不同周期腐蝕后試樣的稱重數(shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時間的關系曲線，見圖3。對腐蝕后帶銹試樣進行了電化學測試，繪制的極化曲線見圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見表4。表I實施例1 3鋼及參比鋼的化學成分(質(zhì)量百分比，%)
權(quán)利要求
1.一種耐候鋼，其特征是耐候鋼的化學成分按如下重量百分比為C O. 04 O. 08%， Si O. 2 0.4%，Mn L 2 1.6%，P O. 07 O. 10%，S ( O. 005%, Cu O. 2 0.5%，Ti O. 01 O.03%，Nb O. 02 O. 04%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐候鋼，其制造流程包括有鐵水深脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?、RH真空循環(huán)脫氣工業(yè)、全流程保護澆注、控制軋制、控制冷卻、卷取，其特征是所述的控制軋制包括粗軋和精軋，其中粗軋的開軋溫度為1130°C 1180°C，粗軋的累積壓下率不小于70%，精軋的開軋溫度為980°C 1050°C，精軋的終軋溫度為850°C 900°C，精軋后三道累積壓下率不低于45%，精軋的累積壓下率不低于70% ；所述控制冷卻的冷卻速率為20 60°C /s ；所述的卷取溫度區(qū)間為580°C 630°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耐候鋼及其制造方法，所述耐候鋼的化學成分為C0.04～0.08%，Si0.2～0.4%，Mn1.2～1.6%，P0.07～0.10%，S≤0.005%，Cu0.2～0.5%，Ti0.01～0.03%，Nb0.02～0.04%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素。采用Mn-Cu-P體系使得本耐候鋼屈服強度達到600MPa以上，抗拉強度710MPa以上，延伸率在25%以上，-40℃夏比沖擊功大于60J。由于沒有采用貴重金屬元素Cr、Ni，同時經(jīng)卷取步驟后不需要進行熱處理，可熱軋態(tài)供貨，從而降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C22C38/14GK102994875SQ201210461398
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者王金華, 吳紅艷, 夏茂森, 宋振官, 杜林秀, 王豐祥, 梁英, 張磊, 胡勤東, 魏代斌 申請人:濟鋼集團有限公司