專利名稱：屈服強度為550MPa級的耐候鋼及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬低合金鋼制造領域，涉及一種屈服強度為550MPa級的韌性優(yōu)良的高耐 蝕性含Cr耐候鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
耐候鋼，或稱耐大氣腐蝕鋼。在大氣服役環(huán)境條件下，鋼中各合金元素之間發(fā)生交 互作用，在表面生成以α-FeOOH為主要成分的致密銹層，其熱力學穩(wěn)定，不參與鋼電化學 腐蝕的陰極還原過程。銹層內(nèi)銅、鉻等元素的富集使銹層具有離子選擇性透過特性，從而顯 著提高耐候鋼的耐大氣腐蝕性能。耐候鋼因其較高的抗腐蝕性能，廣泛應用于鐵道車輛制 造行業(yè)、集裝箱制造業(yè)及橋梁工程、戶外塔架等領域。目前，國內(nèi)外已就高強度耐候鋼及其制造方法申請了多項專利。例如，2007年公開 的專利申請“一種高強度低合金耐大氣腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法”(CN200510111858. 6)，其成分 上屬于傳統(tǒng)的低Cr系Cu-Cr-Ni耐候鋼，Cr含量不超過1.0%。其耐腐蝕性較低，難以滿足 實際應用中提高鋼的耐腐蝕性能的要求。1998 年公開的“耐蝕鋼”(JP10025550A)、2000 年公開的 “C0RR0SI0NRESISTANT STEEL IN THE SOIL”(JP2000336463)、2002年公開的“基體及熱影響區(qū)韌性優(yōu)良的耐腐 蝕鋼”(JP2002363704)等幾個專利(申請)所涉及的鋼種在成分上均屬于高Cr耐候鋼， 其Cr含量一般在7%以上，多為9-14%之間。2002年公開的“建筑結(jié)構(gòu)用含Cr耐腐蝕 鋼”(JP2002285298)記載的鋼種中的Cr含量為5-10%。此外，為了提高強度，上述這些專 利(申請)中記載的鋼種還含有不等量的Mo、B、Zr、Co、W等。這些元素的添加，一方面增 加了制造成本及制造難度，另一方面對鋼板的焊接及韌性不利。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中的耐候鋼還不能完全滿足目前使用和制造的要求，需要開 發(fā)一種耐腐蝕性高、強度高、生產(chǎn)經(jīng)濟的耐候鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐候鋼，其韌性優(yōu)良，并具有高耐蝕性高強度，可以用 于鐵道車輛制造行業(yè)、集裝箱制造業(yè)及橋梁工程、戶外塔架等領域。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的耐候鋼，其成分質(zhì)量百分比含量(wt% )為C 0. 02-0. 08、Si 0. 15-0. 55、Mn 0. 2-1. 0、P 彡 0. 01、S 彡 0. 006、Cu 0. 2-0. 5、Cr 2. 5-7. 0、 Ni 0. 2-1. 2、Nb 0. 02-0. 06、Al 0. 01-0. 05、N 彡 0. 005、Ti 0. 01-0. 10，其余為 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)。此外，本發(fā)明還提供了上述耐候鋼的一種制造方法，包括鐵水深脫S、轉(zhuǎn)爐頂?shù)?復合吹煉、爐外精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取、精整，其中，所述板坯 再加熱的溫度在1200°C以上，所述控制軋制包括粗軋和精軋兩段軋制，所述控制冷卻以 10-300C /s的冷卻速率冷卻到550-650°C。優(yōu)選地，所述粗軋控制在950°C以上，累計變形量> 80% ；所述精軋的最終溫度為
3800-9000C，更優(yōu)選地，所述精軋的最終溫度不低于850°C。下面將進一步說明本發(fā)明。耐候鋼要求具有較高的強度和耐腐蝕能力，同時具有良好的沖擊韌性和焊接性 能。在本發(fā)明中，申請人發(fā)現(xiàn)，提高鋼中Cr的含量，能夠顯著提高鋼的耐大氣腐蝕性能，如 圖1所示。同時，添加微量合金元素可以改善鋼的韌性。鋼中的微量合金元素并不是單獨 發(fā)揮作用的，申請人采用復合添加合金元素的方式，用較少的合金元素加入量獲得最佳的 效果，達到成本效益的最大化。以下將本發(fā)明合金成分的設計進行說明C是鋼中主要的強化元素，能夠顯著提高鋼板的強度；但較多的C對鋼板焊接、韌 性及塑性不利。低C設計在于限制了珠光體組織及其它碳化物的形成，保證鋼的顯微結(jié)構(gòu) 為均相組織，避免了異相之間的電位差引起原電池腐蝕，提高了鋼的耐蝕性能。因此限定其 質(zhì)量百分比含量為0. 02-0. 08 %。Si的含量控制在0. 15-0. 55%。Si在鋼中具有較高的固溶度，能夠增加鋼中鐵素 體體積分數(shù)，細化晶粒，因而有利于提高韌性，但含量過高可導致焊接性能下降，因此其質(zhì) 量百分比含量控制在0. 15-0. 55 %。Mn具有較強的固溶強化作用，同時能夠顯著降低鋼的相變溫度，細化鋼的顯微組 織，是重要的強韌化元素。但是Mn含量過多使淬透性增大，從而導致可焊性和焊接熱影響 區(qū)韌性惡化，所以將其質(zhì)量百分比含量控制在0. 2-1. 0%。S的存在將惡化鋼的耐大氣腐蝕性能，而P能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但P 含量過會高降低鋼的韌性及塑性；同時，P的存在易引起偏析。因而本發(fā)明鋼種設計采用極 低的S、P含量，其質(zhì)量百分比含量分別為P彡0. 01%，S彡0. 006%。Cr對改善鋼的鈍化能力具有顯著的效果，可促進鋼表面形成致密的鈍化膜或保 護性銹層，其在銹層內(nèi)的富集能有效提高銹層對腐蝕性介質(zhì)的選擇性透過特性，但過高的 Cr 一方面提高了鋼板的制造成本，同時對焊接及韌性不利，所以控制其質(zhì)量百分比含量在 2. 5-7%之間。Ni是能夠提高強度同時改善韌性的元素，并能提高淬透性，可有效阻止Cu的熱脆 引起的網(wǎng)裂。由于Ni為貴重金屬元素，出于成本因素，且過高的Ni會提高氧化皮的粘附性， 壓入鋼中會在表面形成熱軋缺陷。所以其質(zhì)量百分比含量限定為0. 2-1. 2%。Cu與Ni具有大體相同的作用，有固溶和沉淀強化作用，與Ni適當配比，能夠顯著 提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但過高對焊接不利，且熱軋時易發(fā)生網(wǎng)裂，其質(zhì)量百分比含量控 制在 0. 20-0. 50%。Nb是強的碳化物形成元素，所形成的微細碳化物顆粒能細化組織，并產(chǎn)生析出 強化作用，顯著提高鋼板的強度，但較多的Nb對焊接不利，所以其質(zhì)量百分比含量限定為 0. 02-0. 06%。Al是鋼中添加的脫氧劑，質(zhì)量百分比含量為0. 01-0. 05%的Al有利于細化晶粒， 改善鋼材的強韌性能。添加0. 01-0. 10%的Ti主要是為了抑制板壞再熱過程中的奧氏體晶粒長大，同時 在再結(jié)晶控軋過程中抑制鐵素體晶粒長大，提高鋼的韌性。N會降低鋼的韌性和焊接性能，因此控制其質(zhì)量百分含量< 0. 005%。本發(fā)明所提供的制造方法中，鐵水深脫S是為了保證鋼中低的S含量；轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑捠菫榱丝刂其撝械腃含量。綜合考慮微合金元素碳氮化物在奧氏體中的溶解行為及加熱過程中奧氏體晶粒 長大行為，本發(fā)明特別強調(diào)板坯再加熱的溫度在1200°C以上?？刂栖堉乒に嚪譃榇周埡途?軋兩段。其中，為保證再結(jié)晶細化晶粒效果，粗軋控制在950°C以上，累計變形量>80% ； 為保證形變細化晶粒效果，精軋的最終溫度控制在800-900°C，若成品厚度增加，可適當降 低終軋溫度，優(yōu)選地不低于850°C。此后進行控制冷卻，以10-30°C /s的冷卻速率冷卻到 550-650 0C，經(jīng)卷取，再冷卻至室溫，最后精整。相對于傳統(tǒng)耐候鋼，本法明的鋼種還存在以下優(yōu)點1.本發(fā)明鋼種的屈服強度達550MPa以上，屬于高強度耐候鋼，滿足車輛降低構(gòu)件 自重的要求。2.中等含量合金元素Cr的加入使得本發(fā)明鋼種具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，相 對于傳統(tǒng)耐候鋼，本鋼種的耐大氣腐蝕性能提高了一倍以上，可取代傳統(tǒng)高強耐候鋼，應用 于鐵路車輛、集裝箱、橋梁及戶外塔架等領域，以降低使用和維修成本。3.本發(fā)明鋼種具有優(yōu)良的低溫韌性，-40°C條件下，厚度為IOmm以上的鋼板的沖 擊功在60J以上。4.本鋼種采用控軋控冷(TMCP)制造工藝生產(chǎn)，軋后不需要進行熱處理，可熱軋狀 態(tài)供貨，有效保證了供貨周期，降低了生產(chǎn)成本。


圖1是Cr元素對提高鋼耐候性的作用示意圖。采用500Kg真空感應爐實驗室煉制Cr的質(zhì)量百分比含量在范圍內(nèi)的耐候鋼 種，以普通碳鋼(Q345B，0Cr)及傳統(tǒng)耐候鋼(Q450NQR1，0. 5Cr)為比較例，按鐵路用耐候鋼 周期浸潤腐蝕試驗方法(TB/T2375-93)進行72h的周期浸潤循環(huán)腐蝕實驗。不同Cr含量 鋼板的相對腐蝕率如圖1所示，由此可見，相對于傳統(tǒng)耐候鋼，當合金鋼中Cr含量超過3% 以后，鋼的耐大氣腐蝕性能有望提高1倍。
具體實施例方式按照本發(fā)明鋼種的成分要求，在試驗室500kg真空感應爐上冶煉本發(fā)明所述鋼， 各實施例的化學成分如表1所示。鋼坯加熱溫度為1200°C以上，終軋溫度800-900°C，軋后 冷卻至550°C _650°C卷取，隨后空冷至室溫。得到的鋼的力學性能如表2所示。表1本發(fā)明各實施例的化學成分)
權(quán)利要求
一種耐候鋼，其成分質(zhì)量百分比含量(wt％)為C0.02 0.08Si0.15 0.55Mn0.2 1.0P≤0.01S≤0.006Cu0.2 0.5Cr2.5 7.0Ni0.2 1.2Nb0.02 0.06Al0.01 0.05N≤0.005Ti0.01 0.10，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.制造如權(quán)利要求1所述的耐候鋼的方法，包括鐵水深脫S、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑?、爐外 精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取、精整，其中，所述板坯再加熱的溫度在 1200°C以上，所述控制軋制包括粗軋和精軋兩段軋制，所述控制冷卻以10-30°C /s的冷卻 速率冷卻到550-650°C。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述粗軋控制在950°C以上，累計變形量 ≥ 80%。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述精軋的最終溫度為800-900°C。
5.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述精軋的最終溫度不低于850°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屈服強度為550MPa級的韌性優(yōu)良的高耐蝕性含Cr耐候鋼及其制造方法。所述耐候鋼的成分質(zhì)量百分比含量(wt％)為C 0.02-0.08、Si 0.15-0.55、Mn 0.2-1.0、P≤0.01、S≤0.006、Cu 0.2-0.5、Cr 2.5-7.0、Ni0.2-1.2、Nb 0.02-0.06、Al 0.01-0.05、N≤0.005、Ti 0.01-0.10，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述鋼制成的鋼板具有550MPa以上的屈服強度和優(yōu)良的韌性，同時其相對腐蝕率在目前傳統(tǒng)耐候鋼的基礎上降低了1倍，滿足鐵路車輛用鋼提高耐腐蝕的要求，達到延長服役期限，降低維修成本的目標。
文檔編號C22C38/50GK101994064SQ20091005660
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者劉剛, 宋鳳明, 屈朝霞, 李自剛, 溫東輝, 胡曉萍, 錢余海 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司