專利名稱：：一種高強耐候鋼及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種高強耐候鋼及其制造方法，屬于耐候鋼
技術領域：
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背景技術：
：耐候鋼作為一類量大面廣的鋼種，在鐵路貨車、集裝箱、橋梁、通訊及電力塔架等領域發揮著重要作用。耐候鋼技術發展的主要方向是l)高強化；2)高耐候性。在我國鐵路貨車運輸"提高時速、減輕自重、增加載重"的大背景下，高強耐候鋼率先批量應用于鐵路貨車上。目前，鐵路貨車用高強耐候鋼的數量最多，年需求量約為30萬噸，其成分體系為Cr-Ni-Cu系，屈服強度級別以450MPa為主，同時含少量500MPa和550MPa級。鐵路貨車用高強耐候鋼在強度級別提高的同時，耐大氣腐蝕性能與345MPa級別的09CuPCrNi系列鋼相比并沒有顯著改善。因此，在實際使用過程中，仍存在兩個方面的問題1)現有耐候性指標難以滿足鐵路貨車設計使用壽命25-30年的技術要求，在廠修時，貨車車體鋼板截換率偏高，由此導致修理成本增加、廠修時間延長和貨車周轉作業率下降；2)受耐候性不高的影響，貨車車體用鋼板不能繼續減薄。中國專利申請號200710045329.X公開了"一種高耐蝕高強度耐候鋼及其制造方法"，其特點是采用超低碳、低錳、中鉻的Cr-Ni-Cu系成分設計、利用Ti微合金化，可生產屈服強度大于700MPa，72h周期浸潤腐蝕速率小于25%(與Q345B普碳鋼比較)的高耐候性高強耐候鋼。盡管該專利發明的高耐候鋼具有較好的技術指標，但其Cr含量高達4.505.50%，合金成本較高且焊接性能不好。
發明內容本發明的目的是提供一種屈服強度級別為450MPa以上、72h周期浸潤加速腐蝕試驗的相對耐蝕率小于30%(與Q345B普碳鋼比較)的經濟型高耐候性高強耐候鋼及其制造方法。本發明的技術解決方案是1)本發明提供的一種經濟型的高耐候性高強耐候鋼，包含以下化學成分(Wt%):C:0.00100.0040、Si:0.100.30、Mn:0.400.70、P《0.020、S《0.008、Cr:2.503.50、Ni:0.200.40、Cu:0.250.50、Re:0.010.03、Al:0.020.06、Ca:0.0010.004、N:0.0010.005、Ti:0.010.03，Nb:0.010.03，余量為Fe和不可避免的其他雜質元素。上述各化學成分的作用如下所述。C含量控制在O.00100.0040%，選用超低碳設計，減少顯微組織中碳化物數量，保證了鋼的組織均勻性，避免異相間產生的電偶腐蝕，提高鋼的耐候性能。同時，超低碳的設計也能顯著提高鋼的焊接性能和低溫韌性。Si含量控制在0.100.30%，Si以固溶強化的形式提高鋼的強度，但含量過高可導致焊接性能下降，因此將其控制在0.30%以下。Mn含量控制在0.400.70%，Mn是重要的強韌化和奧氏體穩定化元素，可擴大奧氏體相區，促進貝氏體組織轉變的形成。S在鋼中形成硫化物夾雜，不僅降低耐大氣腐蝕性能，也影響鋼的低溫韌性，因此，在鋼種設計時將S含量控制在0.008%以下。P雖能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但P含量過高會降低鋼的塑韌性和焊接性能，因而，在鋼種設計時將P含量控制在0.020%以下。Al是鋼中添加的主要脫氧元素，O.020.06X含量的A1有利于細化晶粒，改善鋼材的強韌性能。Cr可顯著提高鋼的鈍化能力，促進鋼表面形成致密的鈍化膜或保護性銹層，其在銹層內的富集能有效提高銹層對腐蝕性介質的選擇性透過特性。將鋼中Cr含量控制在2.503.50%，可明顯提高耐候鋼的耐大氣腐蝕性能。Cu能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但過高的Cu會導致熱脆，在軋制過程中形成裂紋或惡化鋼的表面質量，因此其含量控制在0.250.50%。Ni能顯著改善鋼的低溫韌性，將Ni/Cu比控制在1/31/1的合適范圍，可有效阻止Cu的熱脆。由于Ni為貴重金屬元素，出于成本因素，將Ni的上限控制在0.40%，過高的Ni會增大氧化皮的粘附性，壓入鋼中會在表面形成熱軋缺陷。Ti含量控制在0.010.03%，Ti是強氮化物形成元素，氮化鈦能有效釘扎在奧氏體晶界，有助于抑制板坯再加熱過程中的奧氏體晶粒長大，同時在再結晶控軋過程中抑制鐵素體晶粒長大，提高鋼的韌性。Nb是強碳氮化物形成元素，其碳氮化物的析出主要作用是釘扎位錯，從而提高鋼的強度和韌性。從控制微合金化成本，提高耐候鋼強度兩方面考慮，將Nb含量控制在0.010.03%。Ca含量控制在0.0010.004%，向鋼中加入Ca，可使鋼中形成有利于提高耐腐蝕性能的CaO-Al203和CaS-MnS的復合夾雜物，這些堿性夾雜遇水后會提高鋼表面堿度，阻止大氣中酸性物質對基體的進一步腐蝕。同時，Ca元素有利于銹層中形成穩定致密的保護性氧化物a-FeOOH。Re含量控制在0.010.03%，向鋼中加入Re，一方面使硫化物夾雜球化，降低硫化物和基體間的電位差；另一方面可在鋼板表層形成一層稀土保護膜，以提高耐候性能。但稀土加入量不能過多，容易形成大顆粒的稀土硫氧化物夾雜，影響鋼的綜合力學性能。因此，將其控制在O.03%以下。2)本發明提供的一種高耐候性高強耐候鋼的制造方法，冶煉工序包括轉爐或電爐冶煉、精煉、板坯連鑄，板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、巻取和精整，其特征在于在鋼水完全脫氧后，精煉結束前，向鋼包中加入TiFe70鈦鐵0.160.50kg/t，并喂入Si-Ca線0.251.20kg/t;中間包澆鑄溫度15401555。C;在連鑄結晶器內喂入Re含量大于97X的Ce和La混合稀土絲，加入量為0.100.50kg/t;板坯再加熱溫度為1180130(TC;采用兩階段控制軋制，中間坯與成品厚度比值大于3.0;粗軋出口溫度890105(TC、精軋終軋溫度80086(TC、軋后冷卻速率10-15°C/s、巻取溫度580-640°C。本發明的發明思路是1)采用超低碳的成分設計，碳含量控制在0.0010.004%，以減少碳化物析出；2)采用2.503.50%的Cr含量設計，以提高鋼的表面鈍化能力和銹層保護性；3)采用Ca加Re的夾雜物復合變質處理，以降低夾雜物與基體間電位差；4)采用0.010.03%Ti和0.010.03%Nb微合金化，以提高鋼的強度和韌性；5)通過控軋控冷得到均勻的貝氏體組織。本發明一種高強耐候鋼及其制造方法的有益效果1)采用Ca加Re的夾雜物復合變質處理，在滿足高耐候性要求的前提下，可將Cr含量控制在2.503.50%，從而具有較好的經濟性；2)本發明提供的鋼種，其屈服強度達550MPa以上，與Q345B比較，其72h周期浸潤腐蝕試驗的相對腐蝕率小于30%，屬于高耐候性高強耐候鋼；可取代傳統高強耐候鋼，裸裝或涂裝用于鐵路貨車、集裝箱、橋梁、通訊和電力塔架領域，以減輕構建自重，延長使用壽命。3)本發明提供的鋼種，可熱軋狀態直接供貨，有效縮短供貨周期，降低制造成本。實施例按照本發明鋼成分要求，本發明提供的一種高耐候性高強耐候鋼的制造方法，冶煉工序包括轉爐冶煉、精煉、板坯連鑄，板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、巻取和精整。煉鋼工序采用轉爐頂底復合吹煉、爐外精煉和板坯連鑄。通過鐵水噴吹顆粒鎂深脫硫、在爐外精煉工序，首先造有利于吸附夾雜的精煉渣；鋼水完全脫氧后，精煉結束前，向鋼包中加入鈦鐵，以獲得較高的Ti元素收得率；隨后向鋼包中喂入Si-Ca線，對夾雜進行部分變質處理，并保持30min以上靜置時間以利于夾雜物的充分上浮。Re含量大于97X的Ce和La混合稀土絲在連鑄結晶器喂入，以進一步完成對夾雜物的球化變質處理，減輕夾雜物對腐蝕的危害。各例的TiFe70鈦鐵、Si-Ca線和稀土絲的喂入量見表l。得到成分如表2所示的無缺陷板坯。軋鋼工序采用表3所示的熱軋工藝參數，經過板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、巻取和精整，得到耐候性如表4、力學性能如表5所示的熱軋高耐候性高強耐候鋼的鋼巻。耐大氣腐蝕性能的評定依據鐵道行業標準《TB/T2375-93鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》，以普通碳鋼Q345B和高強耐候鋼Q450NQR1為對比樣，進行72h的周期浸潤腐蝕試驗。每個鋼種選取3塊平行試樣，通過計算每塊試樣單位面積單位時間的腐蝕失重量，求其平均值得到平均腐蝕速率。耐候鋼與Q345B的平均腐蝕速率比較，可得到其相對腐蝕速率。按本發明提供的成分設計范圍、冶煉和軋制工藝控制技術，所得實施例鋼的72h周期浸潤腐蝕試驗的相對腐蝕速率小于30%(與Q345B比較)，耐候性能明顯好于傳統高強耐候鋼；屈服強度大于550MPa，延伸率大于24%，180o冷彎合格。該鋼屬于高耐候性高強耐候鋼；可取代傳統高強耐候鋼，裸裝或涂裝用于鐵路貨車、集裝箱、橋梁、通訊和電力塔架領域，以減輕構建自重，延長使用壽命。5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4耐大氣腐蝕性能測試結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求一種高強耐候鋼，其特征在于所述耐候鋼包括以下化學成分(wt％)C0.001～0.004、Si0.10～0.30、Mn0.40～0.70、P≤0.020、S≤0.008、Cr2.50～3.50、Ni0.20～0.40、Cu0.25～0.50、Re0.01～0.03、Al0.02～0.06、Ca0.001～0.004、N0.001～0.005、Ti0.01～0.03、Nb0.01～0.03，余量為Fe和不可避免的其他雜質元素。2.—種高強耐候鋼的制造方法，冶煉工序包括轉爐或電爐冶煉、精煉、板坯連鑄，板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、巻取和精整，其特征在于在鋼水完全脫氧后，精煉結束前，向鋼包中加入TiFe700.160.50kg/t，并喂入Si-Ca線0.251.20kg/t;中間包澆鑄溫度15401555°C;在連鑄結晶器內喂入Re含量大于97X的Ce和La混合稀土絲，加入量為0.100.50kg/t;板坯再加熱溫度為1180130(TC;采用兩階段控制軋制，中間坯與成品厚度比值大于3.0;粗軋出口溫度890105(TC、精軋終軋溫度80086(TC、軋后冷卻速率10-15°C/s、巻取溫度580-640°C。全文摘要本發明一種高強耐候鋼及其制造方法，耐候鋼包括以下化學成分(wt％)C0.001～0.004、Si0.10～0.30、Mn0.40～0.70、P≤0.020、S≤0.008、Cr2.50～3.50、Ni0.20～0.40、Cu0.25～0.50、Re0.01～0.03、Al0.02～0.06、Ca0.001～0.004、N0.001～0.005、Ti0.01～0.03、Nb0.01～0.03，余量為Fe和不可避免的其他雜質元素。在鋼水完全脫氧后，精煉結束前，向鋼包中加入鈦鐵并喂入Ca線；在連鑄結晶器內喂入Re絲；板坯再加熱溫度為1180～1300℃；采用兩階段控制軋制，中間坯與成品厚度比值大于3.0；粗軋出口溫度890～1050℃、精軋終軋溫度800～860℃、軋后冷卻速率10-15℃/s、卷取溫度580-640℃。本發明的優點是耐候鋼72h周期浸潤的相對腐蝕速率小于30％(與Q345B比較)，耐候性能明顯好于傳統高強耐候鋼，屈服強度大于550MPa，延伸率大于24％，可應用于鐵路貨車、集裝箱、橋梁、通訊和電力塔架等領域。文檔編號C22C38/50GK101792888SQ201010125410公開日2010年8月4日申請日期2010年3月17日優先權日2010年3月17日發明者劉錕,周德光,張鵬程,王魁周,趙林,郭佳申請人:首鋼總公司;河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司