專利名稱：耐候鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低合金鋼板制造領(lǐng)域，特別是涉及一種高強度、高韌性耐候鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
耐候鋼具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，在一定條件下可以不用涂裝，大大減少了鋼結(jié)構(gòu)的運行和維護成本，具有顯著的環(huán)保效應(yīng)。因此，耐候鋼相比于普通鋼在橋梁、建筑結(jié)構(gòu)等大型鋼結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢。美國標準將耐候性指數(shù)I大于等于6. 0的鋼稱之為耐候鋼，而耐候性指數(shù)I是由如下公式來定義的I = 26. OlCu+3. 88Ν +1. 2Cr+l. 49Si+17. 28P-7. 29CuNi_9. lNiP-33. 39Cu2。目前應(yīng)用的耐候鋼強度級別通常較低，屈服強度達到690MPa級別的耐候鋼較少。 雖然美國聯(lián)邦公路管理局、美國鋼鐵協(xié)會和海軍部研發(fā)了 HPS100W(屈服強度690MPa高性能耐候鋼)鋼種，并在美國的橋梁建設(shè)中得到了應(yīng)用，但HPS 100W耐候鋼中合金元素Cu、 Ni、Cr和Mo的含量非常高，例如Cu :0. 90 1. 20%,Ni :0. 65-0. 90%等。如此高的合金元素含量不僅增加制造成本，而且其提高了碳當量的值，對耐候鋼的焊接性也產(chǎn)生了不利的影響。另外，公開號為CN 1970818A的武漢鋼鐵有限公司的專利申請公開了一種抗拉強度700MPa級的高強度耐候鋼，其采用低溫控軋+淬火回火工藝生產(chǎn)，采用超低碳成分，添加一定量的Cu、Cr和Ni，并添加少量的&。該耐候鋼的合金元素含量較低，如C、Cu、Cr、Ni 等元素的含量均相對目前常用的345MPa級別的耐候鋼少，但該耐候鋼中P含量較高，其通過較高的P含量來提高耐腐蝕性能，而過高的P含量會惡化鋼的韌塑性。另外，該耐候鋼中 Nb含量較高，增加了制造成本，且制造工藝過程也較復(fù)雜。公開號為CN 1609257A的另一份武漢鋼鐵有限公司的專利申請公開了一種屈服強度485MPa級別的高強度耐候鋼，該耐候鋼的Cu、Cr、Ni含量較少，P含量較高，其也是通過較高的P含量來提高耐腐蝕性能。另外，該耐候鋼中的Nb、V含量較高，且添加了一定量的稀土元素，增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種耐候鋼板及其制造方法，所述耐候鋼板具有較高的強度和低溫韌性，耐大氣腐蝕性能優(yōu)良，并具有較好的焊接性，可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種耐候鋼板，其成分的質(zhì)量百分比為C:0.02 0. 10，Si 0. 10 0. 40，Mn :1. 0 1. 6，P 彡 0. 025，S ^ 0. 015，Cu 0. 20 0. 50，Cr 0. 30 0. 60,Ni 0. 10 0. 50,Mo 彡 0. 40,Nb 彡 0. 060, V 彡 0. 060, Ti 0. 010 0. 035， B ^ 0. 0030，Ca ^ 0. 0050，Al 0. 015 0. 050，其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)?？蛇x地，所述耐候鋼板的碳當量的值< 0. 55%。
本發(fā)明所提供的耐候鋼板的成分及其質(zhì)量百分比是這樣選擇的 本發(fā)明中C含量控制在0. 02 0. 10 %。C是鋼中有效的強化組元，可以溶入基體中起到固溶強化的作用，且能夠形成細小的碳化物析出粒子，起到析出強化的作用，因而C 含量不應(yīng)該低于0.02%。但是，C含量過高將使鋼在冷卻相變過程中形成C含量高的殘余奧氏體，顯著惡化鋼材低溫沖擊韌性，并且由于鋼的組織不均勻性可能導(dǎo)致微區(qū)腐蝕過程加劇，從而降低鋼的耐腐蝕性能，因而C含量的上限定為0. 10%。本發(fā)明中Si含量控制在0. 10 0.40%。Si是煉鋼脫氧的必要元素之一，而且Si 可以通過固溶強化方式提高鋼的強度。但Si含量不宜過高，以免惡化鋼的焊接性能以及低溫韌性。本發(fā)明中Mn含量控制在1. 0 1. 60%。Mn也是煉鋼脫氧的必要元素之一，而且Mn 成本低廉，是提高強度的有效元素。為了實現(xiàn)足夠高的拉伸強度，Mn含量不應(yīng)低于1.0%。 此外，Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，能夠擴大奧氏體區(qū)，降低過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度，促進鋼的中低溫組織轉(zhuǎn)變。但Mn含量過高會對鋼的焊接性能和低溫韌性有不利影響，因而Mn含量的上限定為1.60%。本發(fā)明中P含量控制為< 0.025%，S含量控制為<0.015%。P能夠提高鋼的耐候性，但是當P含量較高時會大大惡化鋼的韌塑性，因而本發(fā)明不采用高含量的P來增加耐候性，而是通過其它合金元素的合理組合來達到高的耐大氣腐蝕的性能。S是鋼中的有害雜質(zhì)元素，含量過高會惡化鋼的韌塑性、冷成型性和焊接性。因此應(yīng)盡量降低鋼中的P、s含量。本發(fā)明中Cu含量控制在0. 20 0. 50%。Cu也是提高鋼耐候性的有效元素之一。 Cu的電化學(xué)電位比Fe高，能夠使得鋼板表面的鐵銹致密化，促進穩(wěn)定銹層的形成。為了發(fā)揮Cu提高耐大氣腐蝕性能的作用，Cu含量不應(yīng)低于0. 20%。但Cu含量過高時將引起鋼坯在加熱或熱軋過程中產(chǎn)生裂紋，惡化鋼板表面性能，因而其上限定為0. 50%。本發(fā)明中Cr含量控制在0.30 0.60%。Cr是提高鋼耐候性的有效元素之一， 本發(fā)明未采用高含量的P來提高鋼的耐候性，因此必須保證較高的Cr含量，其下限控制為 0.30%。另一方面，Cr含量過高將影響鋼的韌性，且鋼的焊接性也明顯變差，因而Cr含量的上限定為0.60%。本發(fā)明中Ni含量控制在0. 10 0. 50%。Ni也是提高鋼耐候性的有效元素之一， 能夠促進銹層的穩(wěn)定。此外，M可以防止Cu所帶來的熱加工脆性等問題。為了發(fā)揮這些效果，Ni含量不應(yīng)低于0. 10%。但Ni為貴重元素，為了控制制造成本，因而Ni含量的上限定為0. 50%。本發(fā)明中Mo含量控制為< 0. 40%。Mo能夠有效提高淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產(chǎn)生，促進在較大冷卻速度范圍內(nèi)形成晶體內(nèi)有大量位錯分布的貝氏體，產(chǎn)生相變強化和位錯強化的作用。在高強度低合金鋼中，鋼板的強度隨著Mo含量的增加而顯著提高。但Mo元素成本較高，且可降低鋼的可焊性，因而Mo含量的最大值控制在0. 40%。本發(fā)明中Nb含量控制為< 0. 060%。Nb是強碳氮化合物形成元素，通過在軋后冷卻過程中析出碳氮化合物，產(chǎn)生細晶強化和析出強化作用來提高鋼的強度。此外，Nb是提高奧氏體再結(jié)晶溫度的元素，可在較高的溫度下實現(xiàn)非再結(jié)晶區(qū)軋制，因而適當?shù)丶尤隢b 能夠提高鋼的強度。但通常Nb含量超過0. 060%以后，其對鋼的強度的提高作用較小，因而Nb含量控制為< 0. 060%。本發(fā)明中V含量控制為< 0. 060%。V也是強碳氮化合物形成元素，可在冷卻相變過程中析出，進而提高鋼的強度。但V含量較高時會明顯惡化鋼的低溫韌性，尤其對焊接熱影響區(qū)的低溫韌性有不利影響，因而V含量控制為彡0. 060%。本發(fā)明中Ti含量控制在0. 010 0. 050 %。Ti是一種強烈的碳氮化物形成元素，其碳氮化物具有較高的熔點，對加熱時奧氏體晶粒的長大有阻礙作用，而且其在軋后冷卻過程中的析出將提高鋼的屈服強度。另一方面，鋼中的TiN或TiC粒子能顯著阻止焊接熱影響區(qū)的晶粒長大，從而改善其焊接接頭的力學(xué)性能。因而Ti的適宜含量為0.010 0. 050%。本發(fā)明中B含量控制為< 0. 0030%。B是顯著提高鋼淬透性的元素，微量的B就能夠有效地提高鋼的強度。但B含量較高時，不僅提高強度的效果不再隨之明顯增加，而且 B容易在晶界發(fā)生聚集，產(chǎn)生脆化，因而B含量控制為< 0. 0030%。本發(fā)明中Ca含量控制為< 0. 0050%。Ca能夠使鋼中的夾雜物球化，從而改善鋼的韌塑性。但是Ca含量超過0. 0050%容易產(chǎn)生粗大的夾雜物，反而會劣化焊接熱影響區(qū)的韌性，因而Ca含量控制為彡0. 0050%。本發(fā)明中Al含量控制在0.015 0.050%。Al是有效脫氧元素之一，而且可形成氮化物來細化晶粒。但Al含量過高將損害鋼的韌性，而且焊接熱影響區(qū)的韌性也變差，因而Al含量控制在0.015 0. 050%。在本發(fā)明的鋼中，上述成分之外是由!^e和不可避免的雜質(zhì)元素組成。但是，也可以含有其他不妨礙其特性的微量的成分，這樣的耐候鋼板也包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明還提供一種制造耐候鋼板的方法，包括提供經(jīng)過冶煉、鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1100 1300°C ；將所述鑄坯粗軋；將粗軋后的鑄坯精軋，形成鋼板， 其中精軋開始溫度< 950°C，精軋結(jié)束溫度< 900°C ；將精軋后的鋼板水冷至400 600°C ； 將所述鋼板空冷至室溫?？蛇x地，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率> 50%?？蛇x地，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率> 40%。可選地，所述鑄造方法為連鑄法或模鑄法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明不采用高含量的P，而是通過合理的合金成分配比，能夠獲得耐大氣腐蝕性能好、屈服強度> 690MPa、抗拉強度> 780MPa、低溫沖擊韌性優(yōu)良的高強度高韌性耐候鋼板，實現(xiàn)了超高強度和高低溫韌性的良好匹配。由于其碳當量<0. 55%，因而又具有優(yōu)良的焊接性，可不預(yù)熱焊接或采用較低的預(yù)熱溫度焊接。本發(fā)明中的鋼板可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中。在本發(fā)明所提供的制造耐候鋼板的方法中，采用了控制熱軋溫度和控制冷卻溫度的工藝進行生產(chǎn)，無需淬火和回火等熱處理工序，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。


圖1為本發(fā)明的一個實施例的制造耐候鋼板的方法流程示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。圖1為本發(fā)明的一個實施例的制造耐候鋼板的方法流程示意圖。如圖1所示， 包括執(zhí)行步驟201，提供經(jīng)過冶煉、鑄造后得到的鑄坯；執(zhí)行步驟202，將所述鑄坯加熱到 1100 1300°C ；執(zhí)行步驟203，將所述鑄坯粗軋；執(zhí)行步驟204，將粗軋后的鑄坯精軋，形成鋼板，其中精軋開始溫度< 950°C，精軋結(jié)束溫度< 900°C ；執(zhí)行步驟205，將精軋后的鋼板水冷至400 600°C ；執(zhí)行步驟206，將所述鋼板空冷至室溫。其中，碳當量的值與各化學(xué)成分之間的計算公式為Ceq = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。實施例1在本實施例中，耐候鋼板的成分的質(zhì)量百分比為C 0. 082，Si 0. 30，Mn :1· 0，P 0. 011，S 0. 005，Cu 0. 30，Cr 0. 35，Ni 0. 40，Nb 0. 045，V 0. 045，Ti 0. 015, B 0. 0010，Ca 0. 0030, Al 0. 035，其余為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)。本實施例中的耐候鋼板的生產(chǎn)過程為提供經(jīng)過500kg真空感應(yīng)爐冶煉并采用連鑄法或模鑄法鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1250°C;將所述鑄坯粗軋，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率> 50%;將粗軋后的鑄坯精軋，形成30cm厚鋼板，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率>40%，其中精軋開始溫度為930°C，精軋結(jié)束溫度為870°C ；將精軋后的鋼板水冷至550°C ；將所述鋼板空
冷至室溫。本實施例中的耐候鋼板碳當量Ceq = 0. 37%，耐候性指數(shù)I = 6. 5，屈服強度為 725Mpa，抗拉強度為835Mpa，延伸率為16%，沖擊功為86J(_40°C )。實施例2在本實施例中，耐候鋼板的成分的質(zhì)量百分比為C 0. 032，Si 0. 19, Mn 1. 58, P 0. 012，S 0. 003，Cu 0. 25, Cr 0. 45, Ni 0. 31, Mo 0. 40，Ti 0. 024，B 0. 0025，Ca 0. 0008，Al 0. 028，其余為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)。本實施例中的耐候鋼板的生產(chǎn)過程為提供經(jīng)過500kg真空感應(yīng)爐冶煉并采用連鑄法或模鑄法鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1150°C ；將所述鑄坯粗軋，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率彡50% ；將粗軋后的鑄坯精軋，形成30cm厚鋼板，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率彡40%，其中精軋開始溫度為950°C，精軋結(jié)束溫度為840°C ；將精軋后的鋼板水冷至480°C ；將所述鋼板空冷至室溫。本實施例中的耐候鋼板碳當量Ceq = 0. 50%，耐候性指數(shù)I = 6. 1，屈服強度為 770Mpa，抗拉強度為937Mpa，延伸率為22%，沖擊功為241J(_40°C )。實施例3在本實施例中，耐候鋼板的成分的質(zhì)量百分比為C 0. 061，Si 0. 34，Mn 1. 33，P 0. 010，S 0. 0024，Cu 0. 40，Cr 0. 55，Ni 0. 20， Nb 0. 040，V 0. 031，Ti 0. 0023，Al 0. 040，其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。本實施例中的耐候鋼板的生產(chǎn)過程為
提供經(jīng)過500kg真空感應(yīng)爐冶煉并采用連鑄法或模鑄法鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1200°C;將所述鑄坯粗軋，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率> 50%;將粗軋后的鑄坯精軋，形成30cm厚鋼板，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率>40%，其中精軋開始溫度為900°C，精軋結(jié)束溫度為880°C ；將精軋后的鋼板水冷至500°C ；將所述鋼板空
冷至室溫。本實施例中的耐候鋼板碳當量Ceq = 0. 44%，耐候性指數(shù)I = 6. 6，屈服強度為 705Mpa，抗拉強度為872Mpa，延伸率為25%，沖擊功為120J(_40°C )。實施例4在本實施例中，耐候鋼板的成分的質(zhì)量百分比為C 0. 041，Si 0. 20, Mn 1. 40, P :0. 012，S :0. 005，Cu :0. 35, Cr :0. 35, Ni :0. 25, Mo 0. 20，Nb 0. 025，V :0. 045，Ti :0. 018，B :0. 0017，Ca :0. 0012，Al :0. 032，其余為 Fe 和其他
不可避免的雜質(zhì)。本實施例中的耐候鋼板的生產(chǎn)過程為提供經(jīng)過500kg真空感應(yīng)爐冶煉并采用連鑄法或模鑄法鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1200°C;將所述鑄坯粗軋，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率> 50%;將粗軋后的鑄坯精軋，形成30cm厚鋼板，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率>40%，其中精軋開始溫度為850°C，精軋結(jié)束溫度為810°C ；將精軋后的鋼板水冷至450°C ；將所述鋼板空
冷至室溫。本實施例中的耐候鋼板碳當量Ceq = 0. 43%，耐候性指數(shù)I = 6. 2，屈服強度為 730Mpa，抗拉強度為845Mpa，延伸率為21%，沖擊功為165J(_40°C )。 本發(fā)明不采用高含量的P，而是通過合理的合金成分配比，能夠獲得耐大氣腐蝕性能好、屈服強度> 690MPa、抗拉強度> 780MPa、低溫沖擊韌性優(yōu)良的高強度高韌性耐候鋼板，實現(xiàn)了超高強度和高低溫韌性的良好匹配。由于其碳當量<0. 55%，因而又具有優(yōu)良的焊接性，可不預(yù)熱焊接或采用較低的預(yù)熱溫度焊接。本發(fā)明中的鋼板可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中。在本發(fā)明所提供的制造耐候鋼板的方法中，采用了控制熱軋溫度和控制冷卻溫度的工藝進行生產(chǎn)，無需淬火和回火等熱處理工序，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種耐候鋼板，其成分的質(zhì)量百分比為 C 0. 02 0. 10，Si 0. 10 0. 40，Mn 1. 0 1. 6，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cu 0. 20 0. 50，Cr 0. 30 0. 60，Ni 0. 10 0. 50，Mo 彡 0. 40，Nb 彡 0. 060，V 彡 0. 060，Ti 0. 010 0. 035，B ^ 0. 0030，Ca 彡 0. 0050，Al 0. 015 0. 050，其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐候鋼板，其特征在于，所述耐候鋼板的碳當量的值彡 0. 55%。
3.—種制造權(quán)利要求1或2所述的耐候鋼板的方法，包括 提供經(jīng)過冶煉、鑄造后得到的鑄坯；將所述鑄坯加熱到1100 1300°C ； 將所述鑄坯粗軋；將粗軋后的鑄坯精軋，形成鋼板，其中精軋開始溫度< 950°C，精軋結(jié)束溫度< 900°C ； 將精軋后的鋼板水冷至400 600°C ； 將所述鋼板空冷至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐候鋼板的制造方法，其特征在于，所述鑄坯在粗軋過程中的累計壓下率彡50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的耐候鋼板的制造方法，其特征在于，所述鑄坯在精軋過程中的累計壓下率> 40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 5中任一項所述的耐候鋼板的制造方法，其特征在于，所述鑄造方法為連鑄法或模鑄法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐候鋼板，其成分的質(zhì)量百分比為C0.02～0.10，Si0.10～0.40，Mn1.0～1.6，P≤0.025，S≤0.015，Cu0.20～0.50，Cr0.30～0.60，Ni0.10～0.50，Mo≤0.40，Nb≤0.060，V≤0.060，Ti0.010～0.035，B≤0.0030，Ca≤0.0050，Al0.015～0.050，其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種制造耐候鋼板的方法。本發(fā)明通過合理的合金成分配比，能夠獲得耐腐蝕性能好、屈服強度和抗拉強度高、低溫沖擊韌性優(yōu)良的高強度高韌性耐候鋼板。所述鋼板還具有優(yōu)良的焊接性，可不預(yù)熱焊接或采用較低的預(yù)熱溫度焊接。本發(fā)明中的鋼板可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中。
文檔編號C22C38/54GK102168229SQ201010113848
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者劉剛, 宋鳳明, 柏明卓, 溫東輝, 胡曉萍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司