本發(fā)明涉及一種耐候鋼板及其制造方法，特別是一種厚規(guī)格低合金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(hù)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。
公開號為CN 1664152A ,專利名稱為“一種鐵路車輛用的高強度耐腐蝕鋼板及其制備方法”，公開的鋼板化學(xué)成分C≤0.10%、Si≤2.00%、Mn≤2.00%、P≤0.040%、S≤0.030%、Cr8.00-12.0%、Ni0.2-0.5%，該專利Cr含量高達(dá)8.00-12.0%，合金成本高，鋼卷還需要在700±10℃保溫6-12小時退火，生產(chǎn)工藝復(fù)雜且周期長。
公開號CN 101144139A，專利名稱為“一種高強度耐候低合金電力桿用鋼及其制備方法”，公開的鋼板化學(xué)成分：C：0.06-0.12%、Si：0.15-0.35%、Mn：1.0-1.4%、S≤0.030%、P≤0.030%、Cu：0.15％～0.30％、Al＜0.04%、Nb：0.01-0.03%，該專利C含量0.06-0.12%，特C含量在0.9-0.11%包晶反應(yīng)劇烈，容易導(dǎo)致連鑄液面波動，從而使連鑄坯表面質(zhì)量惡化，導(dǎo)致鋼板表面質(zhì)量較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種厚規(guī)格低合金耐候鋼板及其制造方法，解決現(xiàn)有厚度為10mm～19mm耐候鋼板生產(chǎn)成本高的技術(shù)問題。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種厚規(guī)格低合金耐候鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.55%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素，且上述元素含量須滿足碳當(dāng)量≤0.47％，其中Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。
根據(jù)美國金屬學(xué)會提出的用于評價低合金鋼焊接性碳當(dāng)量公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，當(dāng)碳當(dāng)量≤0.55％，鋼板具有優(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)明鋼板具有良好的焊接性能。
本發(fā)明所述的厚規(guī)格低合金耐候鋼板的化學(xué)成分限定在上述范圍內(nèi)的理由如下：
碳：C是鋼中有效的強化元素，可以溶入基體中起到固溶強化的作用，且能夠形成細(xì)小的碳化物析出粒子，起到析出強化的作用提高碳含量，對提高強度有利，但是過高的碳含量會在鋼中形成較多粗大脆性的碳化物顆粒，對塑性和韌性不利，碳含量過高還會在鋼板中心偏析帶，對彎曲性能成型性不利。同時過高的碳含量增加焊接碳當(dāng)量，不利于焊接加工，本發(fā)明設(shè)定的C含量為0.10%～0.20%。
硅：硅固溶在鋼板基體中有明顯的強化效果，但是硅含量過高對鋼板塑性和韌性不利，同時硅含量過高會在熱軋板表面形成嚴(yán)重的難以去除的Fe2O3，影響產(chǎn)品外觀及后續(xù)表面處理，本發(fā)明設(shè)計中不將硅作為強化元素，在生產(chǎn)中將硅作為雜質(zhì)元素控制，根據(jù)現(xiàn)有的工藝控制能力，本發(fā)明設(shè)定Si≤0.05%。
錳：錳在本發(fā)明中一方面可以起到固溶強化的作用，同時能擴大γ區(qū)，降低γ→α轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化鐵素體晶粒和珠光體片間距。但Mn含量高，會相應(yīng)增加鋼的成本，同時會形成帶狀偏析組織降低成型性能，也會增加碳當(dāng)量，不利于焊接。本發(fā)明限定Mn含量范圍為0.35%～0.45%。
硫和磷：硫在鋼中形成硫化物夾雜，使其延展性和韌性降低。鋼軋制時，由于MnS夾雜隨著軋制方向延伸，使鋼的各向異性加重，嚴(yán)重時導(dǎo)致鋼板分層，嚴(yán)重影響鋼板的冷成型性。同時含硫量高對鋼的焊接性不利。磷高增加鋼的冷脆性，使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，使鋼的沖擊韌性顯著下降。但考慮到實際工藝控制能力，本發(fā)明限定S≤0.008%，P≤0.025%。
銅：添加一定數(shù)量的Cu 對于強化耐腐蝕性至關(guān)重要；但加入過多的Cu(≥0.45％) 時，損害鋼板的焊接工藝性，強化焊接熱裂紋敏感性；但如果加入Cu 含量過少(＜0.20％)，達(dá)不到無涂裝耐候性要求，因此Cu含量控制在0.25％～ 0.35％之間。
Cr：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，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含量控制在0.7%～0.85%。
鈦：鈦在本發(fā)明中的作用一是能和鋼中的氮結(jié)合成TiN，減少有力N對鋼的不利影響，另一方面Ti能夠阻礙焊接焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的奧氏體組織粗化，有效提高厚規(guī)格熱軋產(chǎn)品的焊接性能。本發(fā)明限定Ti含量為0.01%～0.02%。
銻：對提高鋼材的耐二氧化硫、三氧化硫腐蝕有較強的幫助，但是銻含量偏高會造成焊接性能變壞，本發(fā)明限定Sb含量為0.055%～0.08%。
鋁：Alt是有效脫氧元素之一，而且可形成氮化物來細(xì)化晶粒。本發(fā)明限定Alt含量控制在0.015～0.050％。
一種厚規(guī)格低合金耐候鋼板的制造方法，該方法包括：
鋼水經(jīng)連鑄得到連鑄板坯，其中所述鋼水成分的重量百分比為：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.05%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素，且上述元素含量滿足碳當(dāng)量≤0.55％，其中Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15；
連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱至1180℃～1220℃后進(jìn)行熱軋，所述的熱軋為兩段式軋制工藝，粗軋為5道次連軋，在奧氏體再結(jié)晶溫度以上軋制，粗軋結(jié)束溫度為1010～1050℃，粗軋控制中間坯厚度為44mm～46mm；精軋為6道次連軋，在奧氏體非再結(jié)晶溫度區(qū)間軋制，精軋結(jié)束溫度為800℃～840℃，精軋壓下率大于60%；精軋后，鋼板成品厚度為10～19mm，層流冷卻采用前段強冷，卷取溫度為500℃～540℃卷取得到成品。
本發(fā)明采取的熱軋工藝制度的理由如下：
1、連鑄板坯加熱溫度的設(shè)定
板坯加熱溫度首先必須保證Ti等合金元素充分固溶，但是如果加熱溫度過高則會使原始奧氏體晶粒粗大，使鋼的組織粗大，不利于成型性能，并且要消耗過多的能源。本發(fā)明設(shè)定的連鑄板坯加熱溫度為1180℃～1220℃。
2、粗軋結(jié)束溫度設(shè)定
粗軋軋制過程控制在奧氏體再結(jié)晶溫度以上軋制，確保奧氏體經(jīng)過反復(fù)變形和再結(jié)晶，得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒。因此本發(fā)明設(shè)定粗軋結(jié)束溫度為1010～1050℃。
3、精軋結(jié)束溫度和中間坯厚度設(shè)定
本發(fā)明精軋結(jié)束溫度設(shè)定的目的是通過在奧氏體臨界溫度（Ar3）附近結(jié)束軋制變形厚規(guī)格熱軋鋼板中獲得超細(xì)晶粒組織，必須要保證在較低溫度(Ar3附近)實施大變形量。通過奧氏體未再結(jié)晶區(qū)較低的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行軋制，得到內(nèi)部有變形帶的扁平狀奧氏體晶粒，增加晶界面積，增加相變形核核心，在隨后的層流冷卻過程中轉(zhuǎn)變成細(xì)小的鐵素體晶粒，發(fā)揮細(xì)晶強化的作用。因此終軋溫度過高，則無法發(fā)揮細(xì)晶強化作用，終軋溫度過低，一方面增加軋機負(fù)荷，另一方面則會進(jìn)入兩相區(qū)軋制導(dǎo)致混晶的發(fā)生。因此本發(fā)明設(shè)定精軋結(jié)束溫度為800℃～840℃，中間坯厚度是保證精軋有足夠的壓下率，但是過大的中間坯厚度會增加精軋設(shè)備的負(fù)荷，并且影響軋制速度，降低生產(chǎn)效率本發(fā)明設(shè)定中間坯厚度為44mm～46mm。
4、熱軋卷取溫度的設(shè)定
變形后快的冷卻速度可以抑制鐵素體晶粒長大，同時低的卷取溫度還能夠消除元素偏析形成的帶狀組織，提高厚規(guī)格熱軋鋼板的冷彎成型性能。但是卷取溫度過低，容易形成魏氏組織反而會降低材料的塑性和韌性。綜合考慮，本發(fā)明設(shè)定熱軋卷取溫度為500℃～540℃。
本發(fā)明得到的厚度為10～19mm的耐候鋼板的顯微組織為細(xì)晶粒鐵素體+細(xì)小珠光體，耐候鋼板的下屈服強度Rel≥320MPa，抗拉強度Rm≥440MPa，斷后伸長率A≥24%，具有優(yōu)良的焊接性。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下積極效果：
1、本發(fā)明通過優(yōu)化材料化學(xué)成分設(shè)計，不采用高含量的P，通過合理的合金成分配比，充分發(fā)揮C的強化效果，以減少合金元素的使用量，降低產(chǎn)品的合金成本；通過控制碳當(dāng)量≤0.55％，因而具有優(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)明方法生產(chǎn)的耐候鋼板可廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中。
2、本發(fā)明材料化學(xué)成分設(shè)計中不將硅作為強化元素，在生產(chǎn)中將硅作為雜質(zhì)元素控制，避免了由于鋼中含硅導(dǎo)致熱軋板表面形成嚴(yán)重的難以去除的Fe2O3，鋼板表面質(zhì)量好。
3、本發(fā)明通過控制S%來抑制C%增加對鋼板延伸率帶來的不利影響，獲得的耐候鋼板斷后伸長率A≥24%。
4、本發(fā)明通過在未再結(jié)晶區(qū)的軋制變形與820℃附近的低溫終軋使奧氏體晶粒扁平化，增加晶界面積，增加相變形核核心；另一方面通過520℃附近的低溫卷取抑制鐵素體晶粒長大，充分細(xì)化微觀組織。獲得的厚規(guī)格冷成型用鋼具有低成本、高強度、高延伸率。
5、本發(fā)明采用了控制熱軋溫度和控制冷卻溫度的工藝進(jìn)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。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例1～4對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，如表1～4所示：
表1 本發(fā)明化學(xué)成分（重量百分比%），余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。
實施例1-4中，碳當(dāng)量的值依次分別為0.39、0.39、0.38、0.40，碳當(dāng)量根據(jù)Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15確定，其中Mo、V的含量取為0。
采用鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，吹A(chǔ)r 站( 或LF 爐) 保證底吹A(chǔ)r處理后得到上述成分的鋼水，連鑄采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄成連鑄板坯。
連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機上軋制，先通過粗軋軋機進(jìn)行粗軋軋制，粗軋控制中間坯厚度為44mm～46mm，精軋連軋機組控制軋制后，進(jìn)行控制快速冷卻，然后進(jìn)行卷取，生產(chǎn)出合格熱軋板卷，鋼板成品厚度為10～19mm，熱軋工藝控制參數(shù)見表2。
表2 本發(fā)明熱軋工藝控制參數(shù)
利用上述方法得到的耐候鋼板的顯微組織為細(xì)晶粒鐵素體+細(xì)小珠光體組織。
將本發(fā)明得到的耐候鋼板按照《GB/T228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》進(jìn)行拉伸試驗，其力學(xué)性能見表3。
本發(fā)明得到的耐候鋼板具有高強度、高延伸率的優(yōu)點，同時具有良好焊接性能，熱軋鋼板的下屈服強度Rel≥320MPa，抗拉強度Rm≥440MPa，斷后伸長率≥24%。
表3 本發(fā)明耐候鋼板的力學(xué)性能
本發(fā)明得到的耐候鋼板進(jìn)行耐大氣腐蝕性能測試：分別用普通碳鋼Q345B 及高強耐候鋼Q450NQR1作為對比樣品，按耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法(TB/T2375-93) 進(jìn)行72h 的周期浸潤循環(huán)腐蝕實驗；通過計算樣品單位面積腐蝕失重量求得平均腐蝕速率，進(jìn)而求得鋼種的相對腐蝕速率。測試參數(shù)見表4。
表4 本發(fā)明耐候鋼板的耐大氣腐蝕性能測試參數(shù)
耐大氣腐蝕性能對比結(jié)果亦表明發(fā)明鋼種的耐大氣腐蝕性能與傳統(tǒng)高強耐候鋼Q450NQR1相當(dāng)。
除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。