CN101768704A - 一种高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法，热轧钢带成分的质量百分配比为：0＜C≤0.10，0.15≤Si≤0.45，1.20≤Mn≤1.85，0＜P≤0.020，0＜S≤0.008，0.35≤Cr≤1.00，0.15≤Ni≤0.55，0.25≤Cu≤0.50，0＜Nb+V+Ti≤0.22。钢带制造方法的步骤为：A通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和厚板坯连铸制备连铸坯；B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带，终轧温度790-890℃，快速水冷至450-650℃卷取，然后冷却到室温。用本550MPa级高强度良成型性耐大气腐蚀热轧钢带制造方法加工的钢带，其有害元素含量和带状组织级别较低，具有较高的综合力学性能、耐大气腐蚀性能和优良的成型性能。

Description

一种高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法，具体讲是一种550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法。

背景技术

耐大气腐蚀钢主要用于制造集装箱、铁路车辆、电站锅炉耐腐蚀件、石油井架以及工程机械等要求耐大气腐蚀性能的结构件，其中铁路行业是耐大气腐蚀钢最重要的应用领域之一。铁路车辆的发展趋势是高速与重载，提高钢材强度以减轻车辆自重是达此目标的重要手段，而冲压和弯曲是铁路车辆用耐大气腐蚀钢最主要的成型方式，因此，除要求高强度外，还要求铁路车辆用耐大气腐蚀钢具有良好的成型性能。现有铁路车辆用耐大气腐蚀钢在强度提高的同时，却存在冲压或弯曲开裂现象，严重影响了铁路车辆的稳定生产和安全运行。

在本发明之前，2008年8月6日公开的公开号为CN101235469A的“一种高强度易成型耐大气腐蚀钢”发明专利，提供了一种高强度耐大气腐蚀钢，但该钢中含有0.08-0.20％的贵重合金元素Mo，提高了钢材成本，除此之外，还需要向钢中加入昂贵的稀土元素，加入量150-180克/吨钢，这不仅进一步提高了钢材成本，而且在实际生产中很容易出现稀土夹杂、表面裂纹和水口结瘤等质量问题，导致成品力学性能和成型异常波动，并增加了生产难度。

2008年10月1日公开的公开号为CN100422373C的“一种高强度低合金耐大气腐蚀钢及其生产方法”发明专利，提供了一种高强度耐大气腐蚀钢及其生产方法，但该钢中也含有0.14-0.35％的贵重合金元素Mo，钢材成本较高。

发明内容

为了克服现有高强度耐大气腐蚀热轧钢带的上述不足，本发明提供一种成本低、工艺难度小的高强度耐大气腐蚀热轧钢带，同时提供这种钢带的制造方法。

本550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带的化学成分的质量百分配比为：

0＜C≤0.10     Si  0.15～0.45   Mn 1.20～1.85    0＜P≤0.020

0＜S≤0.008    Cr 0.35～1.00    Ni 0.15～0.55    Cu 0.25～0.50

0＜Nb+V+Ti≤0.22。

其余为Fe和不可避免的杂质。

一般宽度为1000～2130mm，厚度3.0～18.0mm。

本发明所述550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带化学成分的限定理由如下。

提高钢的强度既简便又便宜的方法是提高C含量，然而，随着C含量的提高，钢的冲击韧性、焊接性能和成型性能却明显下降。为了使成品钢材具有良好的综合性能，尤其是良好的成型性能，应尽可能降低C含量，故限定C含量不得高于0.10％。

通过提高钢中Mn含量来弥补因降低C含量导致的热轧钢带强度的下降。Mn在钢中可形成置换式固溶体，起到较强的固溶强化作用，使屈服强度和抗拉强度线性增加。此外，Mn是奥氏体形成元素，具有稳定奥氏体的作用，可降低奥氏体转变温度(Ar3)，提高铁素体形核率，降低晶粒长大速度，即具有细化晶粒的作用。但Mn含量提高可使钢的C当量(Ceq)增加，对焊接性能不利。为了综合改善强韧性并兼顾焊接和成型性能，应适当提高Mn含量。因此，将Mn含量限定在0.70-1.40％范围。

Si在铁素体中的固溶强化系数比Mn高，Si对提高强度非常有效，但却降低钢的冲击韧性和成型性能，采用Si合金化的幅度有限。为此，将Si含量限定在0.15-0.45％范围。

P对钢的冲击韧性、焊接性能和成型性能都是有害的。P在钢中易析出并形成Fe3P，增加钢的脆性，特别是剧烈地降低钢的低温冲击韧性；P会恶化钢的焊接性能；此外P在γ铁和α铁中的扩散速度小，易形成偏析，从而对钢的成型性能造成不利影响。因本发明热轧钢带对焊接性能要求严格，因此将其P含量限制在0.020％以下。

S含量较高时可导致钢产生“热脆”缺陷，加入钢中的Mn可与S形成MnS塑性夹杂物，减轻S的有害影响。但在轧制过程中沿轧制方向延伸的MnS易使钢带形成带状组织，降低钢带的横向冲击韧性和成型性能。S对钢的耐蚀性也十分有害，钢中的硫化物可成为锈蚀的发源地，因此限定S含量不得高于0.008％。

Cr、Ni、Cu元素在钢中可起到不同程度的固溶强化作用，其中Ni还可改善钢的低温冲击韧性，但加入这些元素的主要目的却在于赋予成品热轧钢带良好的耐大气腐蚀性能。Cr、Ni、Cu元素的适量组合，可使钢获得优良的耐大气腐蚀性能，为此对Cr、Ni、Cu元素含量限定如下：0.35％≤Cr≤1.00％，0.15％≤Ni≤0.55％，0.25％≤Cu≤0.50％。

在加热过程中溶解于奥氏体中的Nb、V、Ti的碳化物、氮化物或碳、氮化合物可有效阻止奥氏体晶粒张大，这对改善钢材的焊接性能可起到积极作用。在固溶强化、相变强化、位错强化、析出强化和细晶强化等诸多强化手段中，细晶强化是同时提高材料强度和韧性的唯一方法，是钢铁材料极为重要的强化方式，而加入Nb、V、Ti等微合金化元素则是使这一机制充分发挥作用的重要手段。相变后在铁素体基体上析出的更细小弥散的Nb、V、Ti的碳化物、氮化物或碳、氮化合物则起到了析出强化作用。为使Nb、V、Ti元素有效发挥上述作用，限定Nb+V+Ti总量不高于0.22％。

本550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法包括下述依次的步骤：

A制备连铸坯

通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：

0＜C≤0.10     Si  0.15～0.45    Mn 1.20～1.85    0＜P≤0.020

0＜S≤0.008    Cr  0.35～1.00    Ni 0.15～0.55    Cu 0.25～0.50

0＜Nb+V+Ti≤0.22。

其余为Fe和不可避免的杂质。

B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带

连铸坯在步进式加热炉中加热，加热温度不低于1200℃，保温时间不短于2.5小时，使奥氏体均匀化；连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度范围为3.0～18.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度790～890℃，以实现奥氏体轧制。热轧钢带终轧后快速水冷至450～650℃卷取，以获得细小均匀的铁素体晶粒和弥散的析出物，然后再在空气中冷却到室温。

本550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法，在于通过化学成分和控制轧制、控制冷却工艺制度的合理匹配，生产出一种低成本高强度耐大气腐蚀热轧钢带，其有害元素含量和带状组织级别较低，具有良好的成型性能。

本发明热轧钢带与CN101235470A、CN100422373C发明专利产品力学性能、成型性能的对比见表1。

表1

由表1可以看出，对比专利CN101235469A产品的屈服强度555～635MPa，抗拉强度660～750MPa，-40℃夏比冲击功116～130J，对比专利CN100422373C产品的屈服强度575～595MPa，抗拉强度605～645MPa，-40℃夏比冲击功210～260J，本发明热轧钢带的屈服强度为580～630MPa，抗拉强度为665～730MPa，-40℃夏比冲击功230～316J，这说明本发明热轧钢带具有较高的强度和冲击韧性，强韧性匹配较好。对比专利CN101235469A产品的延伸率22.5～27％，对比专利CN100422373C产品的延伸率为22～28％，本发明热轧钢带的延伸率为24.5～31.5％，本发明热轧钢带的塑性较高。对比专利CN101235469A产品的屈强比为0.84～0.86，180°d＝0冷弯试验完好，对比专利CN100422373C产品的屈强比为0.9～0.96，180°d＝2a冷弯试验完好，本发明热轧钢带的屈强比为0.80～0.86，180°d＝0冷弯试验完好，这说明本发明热轧钢带具有较好的成型性能。总之，本发明热轧钢带具有较高的综合力学性能和优良的成型性能，以其为原料制造铁路车辆，可有效避免冲压或弯曲开裂现象，对保障铁路车辆的稳定生产和安全运行起到积极作用。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法的具体实施方式，但本550MPa级高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法的具体实施方式不局限于下述实施例。

下述实施例的生产条件为铁水预处理设施，180吨顶底复合吹炼转炉，LF精炼装置，板坯连铸机，半连续式热轧钢带生产线。

耐大气腐蚀热轧钢带化学分析方法为GB/T 223，取样方法GB/T 20066。

耐大气腐蚀热轧钢带拉伸性能检验方法GB/T 228，取样方法GB/T 2975。

耐大气腐蚀热轧钢带冲击韧性检验方法GB/T 229，取样方法GB/T 2975。

耐大气腐蚀热轧钢带冷弯性能检验方法GB/T 232，取样方法GB/T 2975。

耐大气腐蚀热轧钢带带状组织检验方法GB/T 13299，取样方法GB/T13298。

耐大气腐蚀热轧钢带耐大气腐蚀性能检验及取样方法TB/T 2375。

钢带实施例一

本实施例550MPa级高强度良成型性耐大气腐蚀热轧钢带厚度3.0mm，化学成分的质量百分配比为：

C：0.063    Si：0.18    Mn：1.22    P：0.010    S：0.003

Cr：0.68    Ni：0.22    Cu：0.41    Nb+V+Ti：0.08，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例热轧钢带力学性能、成型性能和带状组织测试结果见表2，耐大气腐蚀性能测试结果见表3。

表2

表3

钢带实施例二

本实施例550MPa级高强度良成型性耐大气腐蚀热轧钢带厚度10.0mm，化学成分的质量百分配比为：

C：0.083    Si：0.32    Mn：1.50    P：0.011    S：0.003

Cr：0.72    Ni：0.22    Cu：0.42    Nb+V+Ti：0.11，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例热轧钢带力学性能、成型性能和带状组织测试结果见表2，耐大气腐蚀性能测试结果见表3。

钢带实施例三

本实施例550MPa级高强度良成型性耐大气腐蚀热轧钢带厚度18.0mm，化学成分的质量百分配比为：

C：0.096    Si：0.42    Mn：1.80    P：0.010    S：0.003

Cr：0.70    Ni：0.23    Cu：0.43    Nb+V+Ti：0.15，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例热轧钢带力学性能、成型性能和带状组织测试结果见表2，耐大气腐蚀性能测试结果见表3。

制造方法实施例一

本实施例制造的是钢带实施例一，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：

A制备连铸坯

通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：

C：0.063    Si：0.18    Mn：1.22    P：0.010    S：0.003

Cr：0.68    Ni：0.22    Cu：0.41    Nb+V+Ti：0.08，其余为Fe和不可避免的杂质。

B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带

连铸坯在步进式加热炉中加热到1230℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为3.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度880℃。热轧钢带终轧后快速水冷至630℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。

本实施例热轧钢带力学性能、成型性能和带状组织测试结果见表2，耐大气腐蚀性能测试结果见表3。

制造方法实施例二

本实施例制造的是钢带实施例二，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：

A制备连铸坯

通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：

C：0.083    Si：0.32    Mn：1.50    P：0.011    S：0.003

Cr：0.72    Ni：0.22    Cu：0.42    Nb+V+Ti：0.11，其余为Fe和不可避免的杂质。

B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带

连铸坯在步进式加热炉中加热到1220℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为10.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度850℃，热轧钢带终轧后快速水冷至600℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。

本实施例热轧钢带力学性能、成型性能和带状组织测试结果见表2，耐大气腐蚀性能测试结果见表3。

制造方法实施例三

本实施例制造的是钢带实施例三，本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：

A制备连铸坯

通过铁水预处理脱硫、180吨顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和厚板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：

C：0.096    Si：0.42    Mn：1.80    P：0.010    S：0.003

Cr：0.70    Ni：0.23    Cu：0.43    Nb+V+Ti：0.15，其余为Fe和不可避免的杂质。

B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带

连铸坯在步进式加热炉中加热到1220℃，保温时间3小时。连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为18.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度830℃，热轧钢带终轧后快速水冷至570℃卷取，然后再在空气中冷却到室温。

Claims (3)

1.一种高强度耐大气腐蚀热轧钢带，它的化学成分的质量百分配比为：

0＜C≤0.10  0.15≤Si≤0.45   1.20≤Mn≤1.85   0＜P≤0.020

0＜S≤0.008 0.35≤Cr≤1.00   0.15≤Ni≤0.55   0.25≤Cu≤0.50

0＜Nb+V+Ti≤0.22。其余为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的高强度耐大气腐蚀热轧钢带的制造方法，它包括下述依次的步骤：

A制备连铸坯

通过铁水预处理脱硫、顶底复合吹炼转炉冶炼、LF精炼和板坯连铸，获得的连铸坯的化学成分的质量百分配比为：

0＜C≤0.10     0.15≤Si≤0.45  1.20≤Mn≤1.85   0＜P≤0.020

0＜S≤0.008    0.35≤Cr≤1.00  0.15≤Ni≤0.55   0.25≤Cu≤0.50

0＜Nb+V+Ti≤0.22。其余为Fe和不可避免的杂质。

B采用控制轧制和控制冷却工艺将连铸坯加工成热轧钢带。

3.按照权利要求2所述的高强度耐大气腐蚀热轧钢带的制造方法，其特征是：连铸坯在步进式加热炉中加热，加热温度不低于1200℃，保温时间不短于2.5小时，使奥氏体均匀化；连铸坯经过粗轧和精轧两个阶段的热加工，生产出厚度为3.0～18.0mm的成品热轧钢带，热轧钢带终轧温度790～890℃，以实现奥氏体轧制；热轧钢带终轧后快速水冷至450～650℃卷取，以获得细小均匀的铁素体晶粒和弥散的析出物；然后再在空气中冷却到室温。