專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法。

背景技術(shù)：
耐大氣腐蝕鋼主要用于制造集裝箱、鐵路車(chē)輛、電站鍋爐耐腐蝕件、石油井架以及工程機(jī)械等要求耐大氣腐蝕性能的結(jié)構(gòu)件，其中鐵路行業(yè)是耐大氣腐蝕鋼最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。鐵路車(chē)輛最主要的發(fā)展趨勢(shì)是高速與重載，提高鋼材強(qiáng)度以減輕車(chē)輛自重是達(dá)此目標(biāo)的重要手段，除要求高強(qiáng)度外，還要求鐵路車(chē)輛用耐大氣腐蝕鋼具有高韌性以及良好的耐大氣腐蝕性能、成型性能、焊接性能、抗疲勞性能等。疲勞是金屬材料在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過(guò)多次循環(huán)而破壞的現(xiàn)象，承受動(dòng)載荷的鐵路車(chē)輛焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞特性是最復(fù)雜的工程問(wèn)題之一。由于焊接接頭中不僅有應(yīng)力集中，而且在焊縫中易產(chǎn)生缺陷，因此與其它結(jié)構(gòu)件相比，焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞性能要差些。進(jìn)一步提高焊接接頭的疲勞性能對(duì)保障高速重載鐵路車(chē)輛的安全運(yùn)行意義重大。
迄今為止，雖然已經(jīng)公開(kāi)了多項(xiàng)有關(guān)耐大氣腐蝕鋼的發(fā)明專(zhuān)利，但尚無(wú)有關(guān)耐大氣腐蝕鋼焊接接頭疲勞性能的報(bào)道。發(fā)表于2005年《寶鋼技術(shù)》增刊的“高強(qiáng)耐候鋼焊接接頭性能研究”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)文獻(xiàn)①)，提供了一種高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼焊接接頭的疲勞性能，但它在450MPa應(yīng)力水平下的疲勞壽命為0.6～1.8×106次，在485MPa應(yīng)力水平下的疲勞壽命僅為0.14～0.31×106次，抗疲勞性較差。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶的上述不足，本發(fā)明提供一種抗疲勞性能較高的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶，同時(shí)提供這種鋼帶的制造方法。
本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 0＜C≤0.10 Si0.25～0.60 Mn0.80～1.45 0＜P≤0.020 0＜S≤0.008 Cr0.35～1.00 Ni 0.15～0.55 Cu 0.25～0.50 0＜Nb+V+Ti≤0.22。
其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
一般寬度為1000～2130mm，厚度4.0～14.0mm。
本發(fā)明所述高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶化學(xué)成分的限定理由如下。
提高鋼的強(qiáng)度既簡(jiǎn)便又便宜的方法是提高C含量，然而，隨著C含量的提高，鋼的塑性、沖擊韌性、焊接性能和成型性能卻明顯下降。為了使成品鋼材具有良好的綜合性能，應(yīng)盡可能降低C含量，故限定C含量不得高于0.10％。
通過(guò)提高鋼中Mn含量來(lái)彌補(bǔ)因降低C含量導(dǎo)致的熱軋鋼帶強(qiáng)度的下降。Mn在鋼中可形成置換式固溶體，起到較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，使屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度線(xiàn)性增加。此外，Mn是奧氏體形成元素，具有穩(wěn)定奧氏體的作用，可降低奧氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ar3)，提高鐵素體形核率，降低晶粒長(zhǎng)大速度，即具有細(xì)化晶粒的作用。但Mn含量提高可使鋼的C當(dāng)量(Ceq)增加，對(duì)焊接性能不利。為了綜合改善強(qiáng)韌性并兼顧焊接性能，應(yīng)適當(dāng)提高M(jìn)n含量。因此，將Mn含量限定在0.80-1.45％范圍。
Si在鐵素體中的固溶強(qiáng)化系數(shù)比Mn高，Si對(duì)提高強(qiáng)度非常有效，但卻降低鋼的沖擊韌性，采用Si合金化的幅度有限。為此，將Si含量限定在0.25-0.60％范圍。
P對(duì)鋼的沖擊韌性、焊接性能和成型性能都是有害的。P在鋼中易析出并形成Fe3P，增加鋼的脆性，特別是劇烈地降低鋼的低溫沖擊韌性；P會(huì)惡化鋼的焊接性能；此外P在γ鐵和α鐵中的擴(kuò)散速度小，易形成偏析，從而對(duì)鋼的成型性能造成不利影響。因本發(fā)明熱軋鋼帶對(duì)焊接性能要求嚴(yán)格，因此將其P含量限制在0.020％以下。
S含量較高時(shí)可導(dǎo)致鋼產(chǎn)生“熱脆”缺陷，加入鋼中的Mn可與S形成MnS塑性?shī)A雜物，減輕S的有害影響。但在軋制過(guò)程中沿軋制方向延伸的MnS易使鋼帶形成帶狀組織，降低鋼帶的橫向沖擊韌性和成型性能。S對(duì)鋼的耐蝕性也十分有害，鋼中的硫化物可成為銹蝕的發(fā)源地，因此限定S含量不得高于0.008％。
Cr、Ni、Cu元素在鋼中可起到不同程度的固溶強(qiáng)化作用，其中Ni還可改善鋼的低溫沖擊韌性，但加入這些元素的主要目的卻在于賦予成品熱軋鋼帶良好的耐大氣腐蝕性能。Cr、Ni、Cu元素的適量組合，可使鋼獲得優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，為此對(duì)Cr、Ni、Cu元素含量限定如下0.35％≤Cr≤1.00％，0.15％≤Ni≤0.55％，0.25％≤Cu≤0.50％。
在加熱過(guò)程中溶解于奧氏體中的Nb、V、Ti的碳化物、氮化物或碳、氮化合物可有效阻止奧氏體晶粒張大，這對(duì)改善鋼材的焊接性能可起到積極作用。在固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化等諸多強(qiáng)化手段中，細(xì)晶強(qiáng)化是同時(shí)提高材料強(qiáng)度和韌性的唯一方法，是鋼鐵材料極為重要的強(qiáng)化方式，而加入Nb、V、Ti等微合金化元素則是使這一機(jī)制充分發(fā)揮作用的重要手段。相變后在鐵素體基體上析出的更細(xì)小彌散的Nb、V、Ti的碳化物、氮化物或碳、氮化合物則起到了析出強(qiáng)化作用。為使Nb、V、Ti元素有效發(fā)揮上述作用，限定Nb+V+Ti總量不高于0.22％。
本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法包括下述依次的步驟 A制備連鑄坯 通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和板坯連鑄，獲得的連鑄坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 0＜C≤0.10 Si0.25～0.60 Mn0.80～1.45 0＜P≤0.020 0＜S≤0.008 Cr0.35～1.00 Ni0.15～0.55 Cu0.25～0.50 0＜Nb+V+Ti≤0.22。
其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶 連鑄坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱，加熱溫度不低于1200℃，保溫時(shí)間不短于2.5小時(shí)，使奧氏體均勻化；連鑄坯經(jīng)過(guò)粗軋和精軋兩個(gè)階段的熱加工，生產(chǎn)出厚度為4.0-14.0mm的成品熱軋鋼帶，熱軋鋼帶終軋溫度790-890℃，以實(shí)現(xiàn)奧氏體軋制。熱軋鋼帶終軋后快速水冷至450-650℃卷取，以獲得細(xì)小均勻的鐵素體晶粒和彌散的析出物，然后再在空氣中冷卻到室溫。
本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法，在于通過(guò)化學(xué)成分和TMCP工藝制度的合理匹配，生產(chǎn)出一種高強(qiáng)度耐大氣腐蝕熱軋鋼帶，其強(qiáng)韌性匹配良好，耐大氣腐蝕性能優(yōu)良，非金屬夾雜物級(jí)別較低，晶粒尺寸較小，以此為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件具有良好的抗疲勞性能。以本發(fā)明熱軋鋼帶為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞性能與文獻(xiàn)①的對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 由表1可以看出，在450MPa應(yīng)力水平下，文獻(xiàn)①的疲勞壽命為0.6～1.8×106次，以本發(fā)明耐大氣腐蝕熱軋鋼帶為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命為3.6～4.8×106次；在485MPa應(yīng)力水平下，文獻(xiàn)①的疲勞壽命為0.14～0.31×106次，以本發(fā)明耐大氣腐蝕熱軋鋼帶為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命為1.1～2.8×106次。這說(shuō)明，以本發(fā)明耐大氣腐蝕熱軋鋼帶為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命較高，抗疲勞性較高，能夠更好地保障高速重載鐵路車(chē)輛的運(yùn)行安全性。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法的具體實(shí)施方式
，但本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法的具體實(shí)施方式
不局限于下述實(shí)施例。
下述實(shí)施例的生產(chǎn)條件為鐵水預(yù)處理設(shè)施，180噸頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐，LF精煉裝置，板坯連鑄機(jī)，半連續(xù)式熱軋鋼帶生產(chǎn)線(xiàn)。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶化學(xué)分析方法為GB/T 223，取樣方法GB/T 222。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶拉伸性能檢驗(yàn)方法GB/T 228，取樣方法GB/T 2975。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶沖擊韌性檢驗(yàn)方法GB/T 229，取樣方法GB/T 2975。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶冷彎性能檢驗(yàn)方法GB/T 232，取樣方法GB/T 2975。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶耐大氣腐蝕性能檢驗(yàn)及取樣方法TB/T 2375。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶非金屬夾雜物評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶晶粒度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6394。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶焊接方法為手工電弧焊或氣體保護(hù)焊或埋弧焊，分別采用J556CrNiCu或TH550-NQ-II或TH550-NQ-III焊絲，焊條或焊絲符合運(yùn)裝貨車(chē)[2005]67號(hào)《鐵道車(chē)輛用高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼焊接材料(焊條、焊絲)訂貨技術(shù)條件》要求。
耐大氣腐蝕熱軋鋼帶焊接接頭疲勞試驗(yàn)方法GB/T 13816。疲勞試驗(yàn)應(yīng)用MTS 810疲勞試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)在室溫下空氣介質(zhì)中進(jìn)行，采用脈動(dòng)拉伸受力方式，循環(huán)應(yīng)力比R＝0，試驗(yàn)頻率20Hz。
鋼帶實(shí)施例一 本實(shí)施例的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶厚度4.0mm，化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.055Si0.42Mn1.10P0.008S0.004 Cr0.70Ni0.23Cu0.42Nb+V+Ti0.08，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例熱軋鋼帶力學(xué)性能和成型性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，耐大氣腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，非金屬夾雜物及晶粒度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4，焊接接頭焊接方法、焊接材料及疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
鋼帶實(shí)施例二 本實(shí)施例的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶厚度8.0mm，化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.061Si0.45Mn1.30P0.009S0.003 Cr0.69Ni0.22Cu0.40Nb+V+Ti0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例熱軋鋼帶力學(xué)性能和成型性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，耐大氣腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，非金屬夾雜物及晶粒度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4，焊接接頭焊接方法、焊接材料及疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
表2
表3
表4
表5
鋼帶實(shí)施例三 本實(shí)施例的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶厚度14.0mm，化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.056Si0.39Mn1.40P0.009S0.003 Cr0.73Ni0.21Cu0.43Nb+V+Ti0.13，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
制造方法實(shí)施例一 本實(shí)施例制造的是鋼帶實(shí)施例一，本實(shí)施例的制造方法包括下述依次的步驟 A制備連鑄坯 通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、180噸頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和板坯連鑄，獲得的連鑄坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.055Si0.42Mn1.10P0.008S0.004 Cr0.70Ni0.23Cu0.42Nb+V+Ti0.08，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶 連鑄坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱到1230℃，保溫時(shí)間3小時(shí)。連鑄坯經(jīng)過(guò)粗軋和精軋兩個(gè)階段的熱加工，生產(chǎn)出厚度為4.0mm的成品熱軋鋼帶，熱軋鋼帶終軋溫度880℃。熱軋鋼帶終軋后快速水冷至610℃卷取，然后再在空氣中冷卻到室溫。
本實(shí)施例熱軋鋼帶力學(xué)性能和成型性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，耐大氣腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，非金屬夾雜物及晶粒度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4，焊接接頭焊接方法、焊接材料及疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
制造方法實(shí)施例二 本實(shí)施例制造的是鋼帶實(shí)施例二，本實(shí)施例的制造方法包括下述依次的步驟 A制備連鑄坯 通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、180噸頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和厚板坯連鑄，獲得的連鑄坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.061Si0.45Mn1.30P0.009S0.003 Cr0.69Ni0.22Cu0.40Nb+V+Ti0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶 連鑄坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱到1220℃，保溫時(shí)間3小時(shí)。連鑄坯經(jīng)過(guò)粗軋和精軋兩個(gè)階段的熱加工，生產(chǎn)出厚度為8.0mm的成品熱軋鋼帶，熱軋鋼帶終軋溫度870℃，熱軋鋼帶終軋后快速水冷至600℃卷取，然后再在空氣中冷卻到室溫。
本實(shí)施例熱軋鋼帶力學(xué)性能和成型性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，耐大氣腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，非金屬夾雜物及晶粒度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4，焊接接頭焊接方法、焊接材料及疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
制造方法實(shí)施例三 本實(shí)施例制造的是鋼帶實(shí)施例三，本實(shí)施例的制造方法包括下述依次的步驟 A制備連鑄坯 通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、180噸頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和厚板坯連鑄，獲得的連鑄坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為 C0.056Si0.39Mn1.40P0.009S0.003 Cr0.73Ni0.21Cu0.43Nb+V+Ti0.13，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶 連鑄坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱到1220℃，保溫時(shí)間3小時(shí)。連鑄坯經(jīng)過(guò)粗軋和精軋兩個(gè)階段的熱加工，生產(chǎn)出厚度為14.0mm的成品熱軋鋼帶，熱軋鋼帶終軋溫度860℃，熱軋鋼帶終軋后快速水冷至590℃卷取，然后再在空氣中冷卻到室溫。
本實(shí)施例熱軋鋼帶力學(xué)性能和成型性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，耐大氣腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，非金屬夾雜物及晶粒度評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4，焊接接頭焊接方法、焊接材料及疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶，它的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
0＜C≤0.10 0.25≤Si≤0.60 0.80≤Mn≤1.45 0＜P≤0.020
0＜S≤0.008 0.35≤Cr≤1.00 0.15≤Ni≤0.55 0.25≤Cu≤0.50
0＜Nb+V+Ti≤0.22。其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶的制造方法，它包括下述依次的步驟
A制備連鑄坯
通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和板坯連鑄，獲得的連鑄坯的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
0＜C≤0.10 0.25≤Si≤0.60 0.80≤Mn≤1.45 0＜P≤0.020
0＜S≤0.008 0.35≤Cr≤1.00 0.15≤Ni≤0.55 0.25≤Cu≤0.50
0＜Nb+V+Ti≤0.22；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶。
3.按照權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶的制造方法，其特征是連鑄坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱，加熱溫度不低于1200℃，保溫時(shí)間不短于2.5小時(shí)，使奧氏體均勻化；連鑄坯經(jīng)過(guò)粗軋和精軋兩個(gè)階段的熱加工，生產(chǎn)出厚度為4.0-14.0mm的成品熱軋鋼帶，熱軋鋼帶終軋溫度790-890℃，以實(shí)現(xiàn)奧氏體軋制；熱軋鋼帶終軋后快速水冷至450-650℃卷取，以獲得細(xì)小均勻的鐵素體晶粒和彌散的析出物，然后再在空氣中冷卻到室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶及其制造方法，熱軋鋼帶的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為0＜C≤0.10，0.25≤Si≤0.60，0.80≤Mn≤1.45，0＜P≤0.020，0＜S≤0.008，0.35≤Cr≤1.00，0.15≤Ni≤0.55，0.25≤Cu≤0.50，0＜Nb+V+Ti≤0.22。其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鋼帶的制造方法的步驟為A制備連鑄坯是通過(guò)鐵水預(yù)處理脫硫、頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和厚板坯連鑄；B采用TMCP工藝將連鑄坯加工成熱軋鋼帶，終軋溫度790-890℃，快速水冷至450-650℃卷取，然后冷卻到室溫。用本高強(qiáng)度抗疲勞耐大氣腐蝕熱軋鋼帶制造方法加工的鋼帶，耐大氣腐蝕性能優(yōu)良，以此為原料生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)件具有良好的抗疲勞性能。
文檔編號(hào)B21B1/46GK101760702SQ201010033398
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者辛建卿, 王立新, 鄧江波 申請(qǐng)人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司