專利名稱：屈服強(qiáng)度在700MPa以上的耐候鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬低合金鋼制造領(lǐng)域，涉及一種屈服強(qiáng)度在700MPa以上的韌性優(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(xué)穩(wěn)定，不參與鋼電化學(xué) 腐蝕的陰極還原過(guò)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(guò)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(yīng)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(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外已就高強(qiáng)度耐候鋼及其制造方法申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，如2007年公開的 “一種高強(qiáng)度耐候鋼及其生產(chǎn)方法”(CN200610125365. 2)、“一種高強(qiáng)度低合金耐大氣腐蝕 鋼及其生產(chǎn)方法”(CN200510111858. 6)、日本在 1992年公開的“HIGH CORROSION RESISTANT STEEL SHEE" (JP04235250A)，美國(guó)在 2001 年公開的 “Ultra low carbon bainitic weatheringsteer'(US6315946)等。這幾個(gè)專利(申請(qǐng))所涉及的鋼種低Cr耐候鋼，Cr含 量一般在0.7%以下，其耐腐蝕性和強(qiáng)度較低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。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(gè)專利(申請(qǐng))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(qiáng)度，這些專利(申 請(qǐng))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(duì)鋼板的焊接及韌性不利。2004年公開的“熱影響區(qū)韌性優(yōu)良的耐蝕鋼”(JP2004162119)中記載的鋼種含 有質(zhì)量百分比含量高達(dá)0. 45-0. 65%的C，雖然提高了鋼的強(qiáng)度，卻大大影響了鋼的焊接性 能。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(qiáng)度高、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(lǐng)域。為實(shí)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. 10、Si 0. 1-0. 4、Mn 0. 3-1. 3、P ≤ 0. 01、S ≤ 0. 006、Cu 0. 2-0. 5、Cr 2. 5-10, Ni 0. 2-1. 0、Nb 0. 02-0. 06、Al 0. 01-0. 05、N ≤ 0. 005、Ti 0. 02-0. 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(fù)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 10-400C /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(jì)變形量> 80% ；所述精軋的最終溫度為 800-9000C，更優(yōu)選地，所述精軋的最終溫度不低于850°C。 下面將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。耐候鋼要求具有較高的強(qiáng)度和耐腐蝕能力，同時(shí)具有良好的沖擊韌性和焊接性 能。在本發(fā)明中，申請(qǐng)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(shí)，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(dú) 發(fā)揮作用的，申請(qǐng)人采用復(fù)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(dá)到成本效益的最大化。以下將本發(fā)明合金成分的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明C是鋼中主要的強(qiáng)化元素，能夠顯著提高鋼板的強(qiáng)度；但較多的C對(duì)鋼板焊接、韌 性及塑性不利。低C設(shè)計(jì)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. 10-0. 40%。Si在鋼中具有較高的固溶度，能夠增加鋼中鐵素 體體積分?jǐn)?shù)，細(xì)化晶粒，因而有利于提高韌性，但含量過(guò)高可導(dǎo)致焊接性能下降，因此其質(zhì) 量百分比含量控制在0. 10-0. 40 %。Mn具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)能夠顯著降低鋼的相變溫度，細(xì)化鋼的顯微組 織，是重要的強(qiáng)韌化元素。但是Mn含量過(guò)多使淬透性增大，從而導(dǎo)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. 3-1. 3%。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(guò)會(huì)高降低鋼的韌性及塑性；同時(shí)，P的存在易引起偏析。因而本發(fā)明鋼種設(shè)計(jì)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(duì)改善鋼的鈍化能力具有顯著的效果，可促進(jìn)鋼表面形成致密的鈍化膜或保 護(hù)性銹層，其在銹層內(nèi)的富集能有效提高銹層對(duì)腐蝕性介質(zhì)的選擇性透過(guò)特性，但過(guò)高的 Cr 一方面提高了鋼板的制造成本，同時(shí)對(duì)焊接及韌性不利，所以控制其質(zhì)量百分比含量在 2. 5-10%之間。Ni是能夠提高強(qiáng)度同時(shí)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(guò)高的Ni會(huì)提高氧化皮的粘附性， 壓入鋼中會(huì)在表面形成熱軋缺陷。所以其質(zhì)量百分比含量限定為0.2-1.0%。Cu與Ni具有大體相同的作用，有固溶和沉淀強(qiáng)化作用，與Ni適當(dāng)配比，能夠顯著 提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但過(guò)高對(duì)焊接不利，且熱軋時(shí)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(qiáng)的碳化物形成元素，所形成的微細(xì)碳化物顆粒能細(xì)化組織，并產(chǎn)生析出 強(qiáng)化作用，顯著提高鋼板的強(qiáng)度，但較多的Nb對(duì)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(xì)化晶粒，
4改善鋼材的強(qiáng)韌性能。添加0. 01-0. 10%的Ti主要是為了抑制板壞再熱過(guò)程中的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，同時(shí) 在再結(jié)晶控軋過(guò)程中抑制鐵素體晶粒長(zhǎng)大，提高鋼的韌性。N會(huì)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?fù) 合吹煉是為了控制鋼中的C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(guò)程中奧氏體晶粒 長(zhǎng)大行為，本發(fā)明特別強(qiáng)調(diào)板坯再加熱的溫度在1200°C以上。控制軋制工藝分為粗軋和精 軋兩段。其中，為保證再結(jié)晶細(xì)化晶粒效果，粗軋控制在950°C以上，累計(jì)變形量>80% ； 為保證形變細(xì)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(dāng)降 低終軋溫度，優(yōu)選地不低于850°C。此后進(jìn)行控制冷卻，以10-40°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(duì)于傳統(tǒng)耐候鋼，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明鋼種的屈服強(qiáng)度達(dá)到700MPa以上，屬于高強(qiáng)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(duì)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(qiáng)耐候鋼，應(yīng)用 于鐵路車輛、集裝箱、橋梁及戶外塔架等領(lǐng)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.本發(fā)明鋼種采用控軋控冷(TMCP)制造工藝生產(chǎn)，軋后不需要進(jìn)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(duì)提高鋼耐候性的作用示意圖。采用500Kg真空感應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)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(rùn)腐蝕試驗(yàn)方法(TB/T2375-93)進(jìn)行72h的周期浸潤(rùn)循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)。不同Cr含量鋼 板的相對(duì)腐蝕率如圖1所示，由此可見，相對(duì)于傳統(tǒng)耐候鋼，當(dāng)合金鋼中Cr含量超過(guò)3. 5% 以后，鋼的耐大氣腐蝕性能有望提高1倍。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明鋼種的成分要求，在試驗(yàn)室500kg真空感應(yīng)爐上冶煉本發(fā)明所述鋼， 各實(shí)施例的化學(xué)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(xué)性能如表2所示。表1本發(fā)明各實(shí)施例的化學(xué)成分(wt% )
權(quán)利要求
一種耐候鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為C0.02 0.10Si0.1 0.4Mn0.3 1.3P≤0.01S≤0.006Cu0.2 0.5Cr2.5 10Ni0.2 1.0Nb0.02 0.06Al0.01 0.05N≤0.005Ti0.02 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?fù)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10-40°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(jì)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(qiáng)度在700MPa以上韌性優(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 0.02-0.10、Si 0.1-0.4、Mn 0.3-1.3、P≤0.01、S≤0.006、Cu 0.2-0.5、Cr 2.5-10、Ni 0.2-1.0、Nb 0.02-0.06、Al 0.01-0.05、N≤0.005、Ti 0.02-0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述鋼制成的鋼板具有700MPa以上的屈服強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性，同時(shí)其相對(duì)腐蝕率在目前傳統(tǒng)耐候鋼的基礎(chǔ)上降低了1倍，滿足鐵路車輛用鋼提高耐腐蝕的要求，達(dá)到延長(zhǎng)服役期限，降低維修成本的目標(biāo)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK101994063SQ20091005660
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者宋鳳明, 屈朝霞, 李自剛, 柏明卓, 溫東輝, 錢余海 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司