專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐候鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)耐候鋼及其生產(chǎn)技術(shù)方法，尤其涉及一種低碳經(jīng)濟(jì)型Mn-Cu-P系高強(qiáng)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(shí)含有較高的C，其焊接性能較差，同時(shí)生產(chǎn)成本偏高，制約了耐候鋼的發(fā)展與應(yīng)用。并且傳統(tǒng)的耐候鋼屈服強(qiáng)度以345MPa級(jí)別為主，強(qiáng)度級(jí)別較低，限制了耐候鋼的應(yīng)用，不能滿足日趨發(fā)展的市場(chǎng)需求。高強(qiáng)耐候鋼是指屈服強(qiáng)度大于450MPa的耐候鋼，主要用于集裝箱、鐵路車(chē)廂、橋 梁及海洋平臺(tái)等運(yùn)輸制造業(yè)及工程機(jī)械制造業(yè)。隨著世界能源、資源環(huán)境保護(hù)問(wèn)題和要求的日趨突出，集裝箱、汽車(chē)以及各種結(jié)構(gòu)輕量化已成為趨勢(shì)，對(duì)高強(qiáng)度同時(shí)具有耐蝕性的鋼板的需求逐年增加，因此，集裝箱、鐵路車(chē)廂、載重汽車(chē)等物流運(yùn)輸制造業(yè)等重要用材的更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)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(guó)內(nèi)就高強(qiáng)度耐候鋼及其制造方法申報(bào)多項(xiàng)專(zhuān)利。公開(kāi)號(hào)CN101407892A的專(zhuān)利，介紹了一種屈服強(qiáng)度大于550MPa級(jí)低碳熱軋耐候鋼，該鋼以超低碳O. 01 O. 05%的成分設(shè)計(jì)，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(qiáng)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(méi)有相應(yīng)的提高耐候性反而增加了熱軋過(guò)程中Cu引起熱脆的傾向。公開(kāi)號(hào)CN 1970818A的專(zhuān)利，一種高強(qiáng)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(shè)計(jì)方案，采用兩階段軋制，軋后空冷到室溫，然后進(jìn)行淬火及回火的熱處理工序進(jìn)行生產(chǎn)。雖然得到了較高的屈服強(qiáng)度及較好的耐腐蝕性能，但無(wú)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(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。公開(kāi)號(hào)CN101376953A的專(zhuān)利，一種高耐蝕高強(qiáng)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(shè)計(jì)，會(huì)相應(yīng)的增加成本，本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型耐候鋼與其不同。公開(kāi)號(hào)CN 101921965 A的專(zhuān)利，一種低成本屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)非調(diào)質(zhì)處理高強(qiáng)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(duì)連鑄坯進(jìn)行控制軋制與控制冷卻生產(chǎn)700MPa級(jí)高強(qiáng)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(kāi)號(hào)CN 101845599 A的專(zhuān)利，一種耐候鋼及其制造方法，C含量較高為O. 06
O.12%，會(huì)對(duì)焊接性能產(chǎn)生不良影響；其實(shí)施例2中Cu含量為O. 80%,如此高的含量而Ni含量?jī)H為O. 12%，在熱軋生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋。成分設(shè)計(jì)中沒(méi)有添加微合金元素T1、Nb，無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化及析出強(qiáng)化的強(qiáng)化路徑來(lái)保證強(qiáng)度，即使通過(guò)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(shí)現(xiàn)了 600MPa級(jí)別的強(qiáng)度，但是針狀鐵素體組織及伴隨產(chǎn)生的較多碳化物會(huì)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(shí)現(xiàn)提高鋼帶產(chǎn)品的耐腐蝕性能和強(qiáng)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(xué)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(jì)型耐候鋼的成分設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)體系,利用Mn-Cu及Cu-P元素的耐腐蝕的協(xié)同作用，實(shí)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(guò)程中的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制，既節(jié)約了成本又實(shí)現(xiàn)了 600MPa級(jí)別的耐候鋼生產(chǎn)制造。本發(fā)明涉及的耐候鋼化學(xué)成分中各元素的作用如下
C :在鋼中一般充當(dāng)強(qiáng)化元素，如果溶入基體中會(huì)起到固溶強(qiáng)化的作用。C含量增加會(huì)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(huì)使各微區(qū)之間產(chǎn)生電極電位差,會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力。另外，C能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。因此本發(fā)明采用O. 04 O. 08%的低碳設(shè)計(jì)，并利用C與T1、Nb等微合金元素結(jié)合發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用來(lái)提高耐候鋼的強(qiáng)度。S1:在鋼中具有較高的固溶度，主要以固溶強(qiáng)化的形式來(lái)提高鋼的強(qiáng)度。在煉鋼過(guò)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(huì)降低鋼的焊接性能。本發(fā)明采用O. 2 O. 4%的含量設(shè)計(jì)。Mn:具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，能顯著降低鋼的相變溫度，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，改善鋼的熱加工性能，對(duì)貝氏體相變有較大的促進(jìn)作用。在煉鋼過(guò)程中，Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。Mn與Cu復(fù)合添加的協(xié)同作用會(huì)提高鋼材的耐腐蝕性能。但Mn量過(guò)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(huì)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(shè)計(jì)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(shí)造成裂紋。S對(duì)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(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，能提高強(qiáng)度和韌性，特別是提高耐大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過(guò)O. 5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于O. 50%對(duì)焊接性影響不大。T1:是強(qiáng)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(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)在再結(jié)晶控制軋制過(guò)程中抑制鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，獲得細(xì)小均勻的組織；同時(shí)利用低溫析出TiC的析出強(qiáng)化作用來(lái)提高強(qiáng)度。Nb:是強(qiáng)碳化物形成元素，有顯著的細(xì)化晶粒和中等強(qiáng)度的析出強(qiáng)化作用，并降低鋼的過(guò)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(fù)合添加通過(guò)析出強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)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?fù)合吹煉(控制C含量)、RH真空循環(huán)脫氣工業(yè)、全流程保護(hù)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(jī)架四輥可逆軋機(jī)軋制，開(kāi)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(jī)架四輥可逆軋機(jī)軋制，開(kāi)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(jìn)行熱處理，可以直接實(shí)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(xué)成分是經(jīng)過(guò)大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)確定下來(lái)的，采用經(jīng)濟(jì)型的低碳Mn-Cu-P系列成分設(shè)計(jì)，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(qiáng)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(duì)比，在具體實(shí)施方式
中進(jìn)行具體說(shuō)明。本發(fā)明的耐候鋼屈服強(qiáng)度在600MPa以上，抗拉強(qiáng)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(qiáng)度耐候鋼，適應(yīng)鋼鐵產(chǎn)品減量化的發(fā)展趨勢(shì)。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(xì)小均勻的組織，提高鋼的強(qiáng)塑性及低溫韌性。卷取工序不需要進(jìn)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(shí)例I鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關(guān)系曲線。圖2是實(shí)例2鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關(guān)系曲線。圖3是實(shí)例3鋼與參比鋼腐蝕增重量隨腐蝕周期變化的關(guān)系曲線。圖4是實(shí)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(shí)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(shí)施例方式 下面列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但這些實(shí)施例絕非對(duì)本發(fā)明有任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的啟示下對(duì)本發(fā)明實(shí)施中所作的任何變動(dòng)都將落在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。實(shí)施例1
(O本實(shí)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?fù)合吹煉(控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護(hù)澆注，鋼的化學(xué)成分按重量百分比見(jiàn)表I所示的實(shí)施例1。軋制生產(chǎn)過(guò)程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見(jiàn)表2所示的實(shí)施例1，力學(xué)性能見(jiàn)表3所示的實(shí)施例1。(2)耐大氣腐蝕性能測(cè)試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實(shí)驗(yàn)室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗(yàn)箱進(jìn)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(yàn)120周期，每周期為12小時(shí)，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(chēng)重?cái)?shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1。對(duì)腐蝕后帶銹試樣進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，繪制的極化曲線見(jiàn)圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見(jiàn)表4。實(shí)施例2
(O本實(shí)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?fù)合吹煉(控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護(hù)澆注，鋼的化學(xué)成分按重量百分比見(jiàn)表I所示的實(shí)施例2。軋制生產(chǎn)過(guò)程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見(jiàn)表2所示的實(shí)施例2,力學(xué)性能見(jiàn)表3所示的實(shí)施例2。
(2)耐大氣腐蝕性能測(cè)試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實(shí)驗(yàn)室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗(yàn)箱進(jìn)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(yàn)120周期，每周期為12小時(shí)，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(chēng)重?cái)?shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。對(duì)腐蝕后帶銹試樣進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，繪制的極化曲線見(jiàn)圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見(jiàn)表4。實(shí)施例3
(O本實(shí)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?fù)合吹煉(控制C含量)，RH真空循環(huán)脫氣工藝，全流程保護(hù)澆注，鋼的化學(xué)成分按重量百分比見(jiàn)表I所示的實(shí)施例3。軋制生產(chǎn)過(guò)程采用控制軋制及控制冷卻技術(shù)(TMCP)，工藝參數(shù)見(jiàn)表2所示的實(shí)施例3,力學(xué)性能見(jiàn)表3所示的實(shí)施例3。(2)耐大氣腐蝕性能測(cè)試以普碳鋼Q345及傳統(tǒng)耐候鋼SPA-H為參比試樣，在實(shí)驗(yàn)室利用ESPEC CORP. CSH-220恒溫恒濕試驗(yàn)箱進(jìn)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(yàn)120周期，每周期為12小時(shí)，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(chēng)重?cái)?shù)據(jù)繪制出腐蝕增重量與腐蝕時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。對(duì)腐蝕后帶銹試樣進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，繪制的極化曲線見(jiàn)圖4、圖5。自腐蝕電位及自腐蝕電流的變化情況見(jiàn)表4。表I實(shí)施例1 3鋼及參比鋼的化學(xué)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(xué)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?fù)合吹煉、RH真空循環(huán)脫氣工業(yè)、全流程保護(hù)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(kāi)軋溫度為1130°C 1180°C，粗軋的累積壓下率不小于70%，精軋的開(kāi)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(xué)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(qiáng)度達(dá)到600MPa以上，抗拉強(qiáng)度710MPa以上，延伸率在25%以上，-40℃夏比沖擊功大于60J。由于沒(méi)有采用貴重金屬元素Cr、Ni，同時(shí)經(jīng)卷取步驟后不需要進(jìn)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(hào)C22C38/14GK102994875SQ201210461398
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司