專利名稱：一種基于載流子控制技術(shù)制備高強耐候鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種鋼加工處理技術(shù)領(lǐng)域，是基于載流子控制技術(shù)來同時提高鋼強度及耐候性的處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
鋼鐵材料作為一種常規(guī)材料，由于其原料豐富可以廉價的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并可以通過合金化、冷熱加工、熱處理等技術(shù)改變材料性能，滿足機械、冶金、礦山、建筑、化工、海洋等行業(yè)的不同需要。隨著我國社會和經(jīng)濟的發(fā)展，對鋼鐵材料的需求不斷增長，這就需要研究和開發(fā)新一代的高性能鋼鐵材料才能更好地促進我國執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。耐候鋼作為一種高效鋼材，一直是大氣腐蝕用鋼品種開發(fā)與腐蝕研究的熱點。特別是近幾年來，人們進行了大量的大氣暴曬、干濕循環(huán)等試驗，并利用X-射線、掃描電鏡、 偏光顯微鏡、電子探針微區(qū)分析等現(xiàn)代物理測試手段對金屬腐蝕產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)及其形成過程進行了研究。對合金元素的作用及涂層的保護作用有了更深刻、更全面地了解。耐候鋼較普碳鋼有良好的抗大氣腐蝕能力，其中就是合金元素起到了決定性作用，包括1)降低銹層的導(dǎo)電性能，自身沉淀并覆蓋鋼表面；2)影響銹層中物相結(jié)構(gòu)和種類，阻礙銹層的生長；3)推遲銹的結(jié)晶；4)加速鋼均勻溶解；5)加速!^2+向!^3+的轉(zhuǎn)化，并能阻礙腐蝕產(chǎn)物的快速生長；6)合金元素及其化合物阻塞裂紋和缺陷。根據(jù)使用情況，耐候鋼又可分為結(jié)構(gòu)用高耐候鋼和焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼。前者主要用于車輛、塔架、建筑等其它結(jié)構(gòu)件中，具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，以Cu—P系為主，其中 P含量在0. 07% 0. 15%之間。由于含P量高，所以這類鋼的屈服強度一般在343MI^以下， 板厚一般不超過16 mm，美國的ASTMA242系列和日本JIS中的SPA系列耐候鋼均屬此類。這類鋼的耐候性能較好，但是強度不夠高。目前我國這種結(jié)構(gòu)用高耐候鋼主要有09CuPTiRE、 09CuPRE 和 09CuPTi 等。但是，我們要認識到，目前國內(nèi)外許多研究者對鋼材的耐大氣腐蝕方面進行了大量的研究，卻很少有把強度和耐候性同時考慮提高的，從載流子作用的角度對耐候鋼的研究也更少了。本發(fā)明運用載流子控制技術(shù)，對載流子密度與鋼板抗拉強度及其耐候性能之間的關(guān)系進行了深入研究。分析鋼板中隨著載流子濃度數(shù)量級的變化與鋼的強度、耐候性的變化，從而建立載流子控制技術(shù)與上述兩性能間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種基于載流子控制技術(shù)制備高強耐候鋼的方法，是通過調(diào)節(jié)鋼水中合金成分，融煉后控制軋制、冷卻來進行改性，其特征在于該方法具有的過程和步驟如下
a)采用50kg感應(yīng)爐冶煉，制備板坯，鋼鐵的主要化學(xué)成分為
C 0. 020 0. 030wt%, Si 0. 500 0. 750wt%, Mn 1. 000 1. 500wt%, P 0. 085 0. 150wt %, S 0. 005 0. 020wt %, Cu 0. 200 0. 400 wt %, Cr 0. 400 1. OOOwt %, Ni 0. 350 0. 450wt %, V 0. 050 0. 083wt %, Ti 0. 085 0. 120wt %, Nb 0. 040 0. 055wt%, Mo 0. 400 0. 500wt%，Co 0. 400 0. 500wt%，微量 Ca6X l(T3wt% ；余量為 Fe和其他不可避免元素；
b)熔煉后將鋼水從中間包澆注到兩個反向旋轉(zhuǎn)水冷輥和側(cè)封板組成的熔池內(nèi)以制備鑄軋薄帶，澆注溫度為1550°C;以30m/min的鑄軋速度，Imm的預(yù)設(shè)輥縫鑄軋出厚度為1. 5mm 的薄帶；采用4輥可逆軋機將酸洗后的所述鑄軋薄帶以50%的總壓下量冷軋至0. 75mm ；
板坯軋制時控制工藝參數(shù)為在120(TC下奧氏體化，始軋溫度為1100°C，終軋溫度為 8500C。軋后快冷開始溫度為800°C，快冷控制為水冷，冷卻速度為20 50°C /s,快冷終止溫度550°C ；然后自然冷卻至室溫，最終制得高強度耐候鋼。上所述高強度耐候鋼具有成本低廉、競爭力強、且冷成形性能、焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點，適用于制造重型車輛、集裝箱、橋梁、機器外殼等。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容。實施例一
1)采用50kg感應(yīng)爐在氬氣保護下進行鋼水熔煉，制備板坯，熔煉后鋼水的主要化學(xué)成分為
C 0. 020 0. 030wt%, Si 0. 500 0. 750wt%, Mn 1. 000 1. 500wt%, P 0. 085 0. 150wt %, S 0. 005 0. 020wt %, Cu 0. 200 0. 400 wt %, Cr 0. 400 1. OOOwt %, Ni 0. 350 0. 450wt %, V 0. 050 0. 083wt %, Ti 0. 085 0. 120wt %, Nb 0. 040 0. 055wt%, Mo 0. 400 0. 500wt%，Co 0. 400 0. 500wt%，微量 Ca6X l(T3wt% ；余量為 Fe和其他不可避免元素。2)板坯控制軋制工藝參數(shù)為在1200°C下奧氏體化，始軋溫度為1100°C，終軋溫度為850°C。軋后快冷開始溫度為800°C，快冷終止溫度550°C。3)冷卻方式水冷50°C /S。將軋制冷卻后的鋼板線切割出IOmmX IOmm大小的小塊，用來做載流子測試；另一部分做強度實驗。實施例二
1)采用50kg感應(yīng)爐在氬氣保護下進行鋼水熔煉，制備板坯，熔煉后鋼水的主要化學(xué)成分為
C 0. 020 0. 030wt%, Si 0. 500 0. 750wt%, Mn 1. 000 1. 500wt%, P 0. 085 0. 150wt %, S 0. 005 0. 020wt %, Cu 0. 200 0. 400 wt %, Cr 0. 400 1. OOOwt %, Ni 0. 350 0. 450wt %, V 0. 050 0. 083wt %, Ti 0. 085 0. 120wt %, Nb 0. 040 0. 055wt%, Mo 0. 400 0. 500wt%，Co 0. 400 0. 500wt%，微量 Ca6X l(T3wt% ；余量為 Fe和其他不可避免元素。2)板坯控制軋制工藝參數(shù)為在1200°C下奧氏體化，始軋溫度為1100°C，終軋溫度為850°C。軋后快冷開始溫度為800°C，快冷終止溫度550°C。3)冷卻方式水冷20°C /s，將軋制冷卻后的鋼板線切割出IOmmX IOmm大小的小塊，用來做載流子測試；另一部分做強度實驗。實施例三
1)采用50kg感應(yīng)爐在氬氣保護下進行鋼水熔煉，制備板坯，熔煉后鋼水的主要化學(xué)成分為
C 0. 020 0. 030wt%, Si 0. 500 0. 750wt%, Mn 1. 000 1. 500wt%, P 0. 085 0. 150wt %, S 0. 005 0. 020wt %, Cu 0. 200 0. 400 wt %, Cr 0. 400 1. OOOwt %, Ni 0. 350 0. 450wt %, V 0. 050 0. 083wt %, Ti 0. 085 0. 120wt %, Nb 0. 040 0. 055wt%, Mo 0. 400 0. 500wt%，Co 0. 400 0. 500wt%，微量 Ca6X l(T3wt% ；余量為 Fe和其他不可避免元素。2)板坯控制軋制工藝參數(shù)為在1200°C下奧氏體化，始軋溫度為1100°C，終軋溫度為850°C。軋后空冷至室溫。3)空冷后的鋼板線切割出IOmmX IOmm大小的小塊，用來做載流子測試；另一部分
來做強度實驗。本發(fā)明中載流子密度的測試，其具體步驟如下
1，以小塊試樣為測試電極基材，經(jīng)環(huán)氧樹脂密封后，取其中一個平整表面作為工作面， 采用細金相砂紙打磨，經(jīng)無水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，即得測試電極，把測試電極放置于干燥器中備用。2，將待測電極浸泡入由分析純試劑和去離子水配制的10%Na2S04溶液，以飽和甘汞電極為參比電極，鉬電極為輔助電極，在電腦控制的CHI660C電化學(xué)工作站上進行電位-電容測試，然后將數(shù)據(jù)繪制Mott-Schottky分析圖，并根據(jù)Mott-Schottky關(guān)系式
其中，Csc為空間電荷層電容，ε為有機涂層材料的介電常數(shù)(19.547X10_13F/m)，ε0 為真空介電常數(shù)(為8.8MX10_12F/m)，e為電子電量，Nd為載流子密度，U為外加電位，Ufb 為平帶電位，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度；因此，由Mott-Schottky分析圖的直線段斜率即可求出載流子密度Nd。選擇NaHSO3溶液為腐蝕介質(zhì)，采用7 周期浸潤腐蝕試驗方法模擬耐候鋼在工業(yè)大氣中服役的工況環(huán)境，試驗方法參照鐵道標(biāo)準(zhǔn)TB/T2375-93 (鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法)的要求測試樣品的單位面積失重量，從而求得相對腐蝕速率，最終求得其耐候性(見下表2)。最后在萬能材料試驗機上對試樣進行力學(xué)性能檢測(見下表3)。
表 2 子逾度. aitsiaaii*
權(quán)利要求
1. 一種基于載流子控制技術(shù)制備高強耐候鋼的方法，是通過調(diào)節(jié)鋼水中合金成分，融煉后控制軋制、冷卻來進行改性，其特征在于該方法具有的過程和步驟如下a)采用50kg感應(yīng)爐冶煉，制備板坯，鋼鐵的主要化學(xué)成分為C 0. 020 0. 030wt%, Si 0. 500 0. 750wt%, Mn 1. 000 1. 500wt%, P 0. 085 0. 150wt %, S 0. 005 0. 020wt %, Cu 0. 200 0. 400 wt %, Cr 0. 400 1. OOOwt %, Ni 0. 350 0. 450wt %, V 0. 050 0. 083wt %, Ti 0. 085 0. 120wt %, Nb 0. 040 0. 055wt%, Mo 0. 400 0. 500wt%, Co 0. 400 0. 500wt%，微量 Ca 6X IO^wt% ；余量為 Fe和其他不可避免元素；b)熔煉后將鋼水從中間包澆注到兩個反向旋轉(zhuǎn)水冷輥和側(cè)封板組成的熔池內(nèi)以制備鑄軋薄帶；澆注溫度為1550°C ；以30m/min的鑄軋速度，Imm的預(yù)設(shè)輥縫鑄軋出厚度為1. 5mm 的薄帶；采用4輥可逆軋機將酸洗后的所述鑄軋薄帶以50%的總壓下量冷軋至0. 75mm ；板坯軋制時控制工藝參數(shù)為在1200°C下奧氏體化，始軋溫度為1100°C，終軋溫度為 8500C ；軋后快冷開始溫度為800°C，快冷控制為水冷，冷卻速度為20 50°C /s，快冷終止溫度550°C ；然后自然冷卻至室溫，最終制得高強度耐候鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于載流子控制技術(shù)制備高強耐候鋼的方法，屬特種鋼加工處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法的特點是,熔煉后鋼水的主要化學(xué)成分為C0.020～0.030wt％，Si0.500～0.750wt％，Mn1.000～1.500wt％，P0.085～0.150wt％，S0.005～0.020wt％，Cu0.200～0.400wt％，Cr0.400～1.000wt％，Ni0.350～0.450wt％，V0.050～0.083wt％，Ti0.085～0.120wt％，Nb0.040～0.055wt％，Mo0.400～0.500wt％，Co0.400～0.500wt％，微量Ca6×10-3wt％；余量為Fe和其他不可避免元素。特征二是獲得板坯后控軋控冷工藝，采用4輥可逆軋機冷軋至薄板，制得所述高強耐候鋼。本發(fā)明的850MPa高強耐候鋼具有成本低廉、競爭力強、且冷成形性能、焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點，有利于降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，可以適用多種大氣領(lǐng)域的使用。
文檔編號B22D11/06GK102409256SQ20111035046
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者張磊, 朱振宇, 王毅, 羅檢, 鐘慶東 申請人:上海大學(xué)