CN101824581A - 一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转炉-CSP短流程生产工艺，在低碳锰钢基础上，采用优化成分设计的单一Nb微合金化+控轧控冷工艺生产屈服强度450MPa级高强度高耐候性的钢板，其成分质量百分比为：C0.040％～0.080％，Si0.15％～0.35％，Mn1.20％～1.40％，P≤0.025％，S≤0.008％，Nb0.01 5％～0.035％，Cu0.25％～0.40％，Ni0.1 2％～0.35％，Cr0.45％～0.75％，Als0.020％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、CSP连铸连轧等，本发明生产工艺简单、性能稳定、综合力学性能优良，成本相对较低。

Description

一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制造技术领域，特别是涉及一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板及其基于转炉-CSP短流程工艺的生产方法。

背景技术

近年来，为满足货物运输重载、快运和安全，我国铁路货车技术向着大轴重、小自重方向发展，货车车体轻量化设计是增加载重、提高运输能力的有效途径之一，目前，铁道货车车辆载重70吨级及以上的新型货车主要使用的钢板为屈服强度450MPa级高强耐候钢，就车辆结构强度而言，屈服强度450MPa级高强耐候钢已能满足要求。国内生产屈服强度450MPa级高强耐候钢板可分为传统常规热连轧和薄板坯连铸连轧短流程两种流程工艺，在传统常规热连轧流程工艺上对屈服强度450MPa级高强耐候钢的研究与开发，从成分设计的种类到生产工艺控制技术已基本成熟，已开发出不同成分系列的高强耐候钢。

以下对国内现有已公开的涉及薄板坯连铸连轧短流程工艺生产450MPa级及以上级别高强度高耐候性板(带)的技术现状作简要分析：

珠江钢铁有限责任公司专利号为ZL 200510036889.X中，公开了一种采用电炉-CSP工艺生产屈服强度470～695MPa的高强耐候钢板，其主要通过添加Ti单一微合金化生产高强耐候板，主要技术方案是在低C-Mn钢基础添加Ti单一微合金，利用Ti的细晶强化和析出强化作用，并通过调整Ti含量，获得了屈服强度470～695MPa不同强度级别的高强度耐候钢板，通过Cu、P、Cr、Ni复合来获得耐大气腐蚀性能，其中主要元素百分含量为：C0.04～0.07％；Mn0.4～1.20％；Ti0.02～0.15％；Cu0.20～0.40％；Ni0.15～0.35％；Cr0.3～0.5％；P0.075～0.10％。该发明专利的不足之处在于：(1)因含Ti钢对化学成分和工艺参数非常敏感，容易与O、S、N等非金属元素结合，导致含Ti钢性能波动大，工艺控制要求严格，同时存在钢中加入Ti的控制难度较大；(2)P含量较高，虽能提高钢的耐大气腐蚀性能，但P在钢中易形成偏析，从而提高带状组织级别，对钢板冷成形性能、低温冲击韧性和焊接性能不利。

珠江钢铁有限责任公司专利申请号为200810026086.X中，公开了一种采用电炉-CSP工艺生产屈服强度600MPa级的高强耐候钢，其主要技术方案为：在低C高锰基础上，添加Nb、Ti复合微合金化通过晶粒细化、析出强化作用来提高强度，添加Cu、Ni、Cr提高耐大气腐蚀性，获得了屈服强度600Mpa级的高强度高耐候钢，其中主要元素百分含量为：C0.045～0.07％；Mn0.8～1.5％；Ti0.06～0.079％；Cu0.20～0.50％；Ni0.15～0.35％；Cr0.3～0.7％；Nb0.035～0.050％；P0.005～0.030；S0.002～0.008，该发明的不足之处主要有三点：(1)强度高，但难以获得与强度匹配的良好的塑韧性；(2)添加Nb、Ti复合微合金，其中Nb重量百分比的下限值为0.035％，Ti的重量百分比的下限值为0.06％，生产成本较高；(3)含Ti钢有上一段落中叙述的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种基于转炉-CSP薄板坯连铸连轧短流程工艺生产的经济型单一Nb微合金化，生产工艺简单、性能稳定、综合力学性能优良且成本较低的高强耐候钢板，本发明的另一目的是提供该钢板的生产方法。

本发明通过以下方式实现：

一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板，在低碳锰钢基础上，采用单一Nb微合金化和控轧控冷工艺，其成分质量百分比为：C0.040％～0.080％，Si0.15％～0.35％，Mn1.20％～1.40％，P≤0.025％，S≤0.008％，Nb0.015％～0.035％，Cu0.25％～0.40％，Ni0.12％～0.35％，Cr0.45％～0.75％，Als0.020％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明中的合金元素的作用主要基于以下原理：

C：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低，且对焊接性不利，因此从经济性和综合性能考虑，本发明中C百分含量控制范围为0.040～0.080％。

Mn：增加Mn含量是提高强度的一个很好的方法，但Mn对钢的韧性有一定影响，Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体带状组织，对于高强度钢这种带状组织易导致分层缺陷，同时也是疲劳破坏的裂纹起源点，对塑性和焊接、疲劳性能都不利，因此本发明中Mn百分含量控制范围为1.20～1.40％。

Si：钢中加入适量Si，既可以通过其固溶强化显著提高强度，又可以提高耐大气腐蚀性能，但Si含量过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面容易形成由于氧化物压入的微裂纹，进而作为裂纹源易导致钢板在冷成形过程中开裂，综合考虑，本发明中Si百分含量控制范围为0.15～0.35％。

P：P虽然能提高钢的耐大气腐蚀性能，但P在γ-Fe和α-Fe中的扩散速度小，易形成偏析，从而提高带状组织级别，对钢板冷成形性能、低温冲击韧性和焊接性能不利。因此尽量将钢中P百分含量控制在0.025％以下。

S：S是钢中的有害元素，在钢中易形成MnS夹杂物，在轧制中MnS变形成条状或片状，造成钢板的各向异性增加，而且严重恶化钢的耐腐蚀性能，因此S含量应尽可能低，本发明中S百分含量控制范围为≤0.008％。

Al：Al作为主要脱氧剂，控制Als百分含量0.020～0.045％，，同时Al对细化晶粒也有一定作用。

Cu：Cu是提高耐大气腐蚀性能最为有效的合金元素，同时也能通过析出ε-Cu提高强度，但因为Cu的熔点较低，在连铸和高温轧制过程中容易产生热裂纹，且铜含量过高对焊接性能不利，综合考虑，本发明Cu百分含量控制范围为0.25～0.40％。

Ni：Ni既能提高钢的耐大气腐蚀性能，又能通过其高熔点和与Cu无限互溶的特点，有效阻止Cu引起的热脆，因此，本发明Ni百分含量控制在0.12～0.35％范围。

Cr：Cr能提高钢的耐大气腐蚀性能，本发明Cr百分含量控制范围为0.45～0.75％。

Nb：Nb可提高奥氏体的再结晶温度，在较高的温度下实现奥氏体非再结晶区轧制，细化晶粒，同时提高钢的强度和低温韧性；同时Nb是强碳氮化物形成元素，通过析出强化提高钢的强度。Nb的以上作用与轧制和冷却工艺关系很大，利用控制轧制和控制冷却技术可以最大的发挥Nb的作用，减少Nb的加入量，降低成本。综合考虑本发明中Nb的百分含量控制范围为0.015％～0.035％。

该高强耐候钢板基于转炉-CSP短流程工艺采用单一Nb微合金化配合控轧控冷工艺生产，既具有良好冷成形性和焊接性能，又具有高强度。在低碳锰钢基础上，采用单一Nb微合金化配合控轧控冷工艺，既实现力学性能保障，又实现低成本，同时通过添加的Cu、Ni、Cr元素合理配比，获得优良的耐大气腐蚀性能，性能稳定、综合力学性能优良。

一种制造屈服强度450MPa级高强耐候钢板的方法，包括：

(1)铁水预处理：对铁水进行脱硫处理，铁水脱硫目标[S]≤0.005％；

(2)转炉冶炼：镍板和铜板随废钢加入转炉，出钢进行脱氧及Si、Mn的合金化，同时加强出钢挡渣操作；

(3)LF炉精炼：将C、Si、Mn、Nb调至目标值；

(4)CSP连铸：将精炼后的钢水铸成70或90mm的钢坯；

(5)CSP均热炉均热：铸坯出炉温度1160℃～1200℃；

(6)CSP连轧：在F1-F3采用较高的道次压下率，F1～F3的道次压下率≥40％，终轧温度为840℃～880℃；

(7)层流冷却：采用前段冷却模式，卷取温度590℃～630℃。

本发明高强耐候钢板生产工艺简单，在轧制工艺上进行了F1～F3机架道次压下率控制，确保道次压下率均大于40％，这可以消除铸坯柱状晶组织，消除或减轻钢板厚度中心部位的带状组织，同时，在奥氏体再结晶区较大的压下量能够保证材料进行充分动态再结晶，确保最大程度细化奥氏体晶粒，从而保证强度。

具体实施方式

以下为本发明具体的实施例：

实施例1

(1)工艺流程：铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、CSP连铸、CSP连轧、层流冷却、卷取；

(2)化学成分：LF炉精炼后钢水主要化学成分见表1；

(3)轧制工艺：热轧工艺参数见表1；

钢板成品力学性能见表1。

实施例2

(1)工艺流程：铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、CSP连铸、CSP连轧、层流冷却、卷取；

(2)化学成分：LF炉精炼后钢水主要化学成分见表1；

(3)轧制工艺：热轧工艺参数见表1；

钢板成品力学性能见表1。

实施例3

(1)工艺流程：铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、CSP连铸、CSP连轧、层流冷却、卷取；

(2)化学成分：LF炉精炼后钢水主要化学成分见表1；

(3)轧制工艺：热轧工艺参数见表1；

钢板成品力学性能见表1。

表1  实施例的化学成分

表2  实施例的连轧工艺参数

表3  实施例的力学性能

从上述实施案例看出，本发明研制的钢板屈服强度均大于480MPa，抗拉强度均大于580MPa，延伸率均达到26％以上，5mm×10mm×55mm半试样的-40℃夏比V型冲击功均大于100J，说明钢板在具有高强度的同时具有良好的冷成形性能和高的低温冲击韧性。

上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种屈服强度450MPa级高强耐候钢板，其成分质量百分比为：C0.040％～0.080％，Si0.15％～0.35％，Mn1.20％～1.40％，P≤0.025％，S≤0.008％，Nb0.015％～0.035％，Cu0.25％～0.40％，Ni0.12％～0.35％，Cr0.45％～0.75％，Als0.020％～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.一种制造如权利要求1所述钢板的方法，其特征在于：

(1)铁水预处理：对铁水进行脱硫处理，铁水脱硫目标[S]≤0.005％；

(2)转炉冶炼：镍板和铜板随废钢加入转炉，出钢进行脱氧及Si、Mn的合金化，同时加强出钢挡渣操作；

(3)LF炉精炼：将C、Si、Mn、Nb调至目标值；

(4)CSP连铸：将精炼后的钢水铸成70或90mm的钢坯；

(5)CSP均热炉均热：铸坯出炉温度1160℃～1200℃；

(6)CSP连轧：在F1-F3采用较高的道次压下率，F1～F3的道次压下率≥40％，终轧温度为840℃～880℃；

(7)层流冷却：采用前段冷却模式，卷取温度590℃～630℃。