CN102011060A

CN102011060A - 一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN102011060A
Application number: CN 201010501933
Authority: CN
Inventors: 毛新平; 朱达炎; 陈麒琳; 林良怀
Original assignee: GUANGZHOU ZHUJIANG STEEL Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU ZHUJIANG STEEL Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板及其制备方法，采用薄板坯连铸连轧流程，其中，精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.03～0.07wt.％、Si：≤0.35wt.％、Mn：0.4～1.8wt.％、P：≤0.020wt.％、S≤0.010wt.％、Cu：0.25～0.50wt.％、Cr：0.25～0.80wt.％、Ni：0.05～0.30wt.％、Ti：0.06～0.20wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质，所述退火工艺中，在500℃至A1转变点的温度范围内使所述钢材在罩式退火炉中退火。本发明的具有优良耐候性的冷轧钢板的屈服强度超过700MPa，延伸率大于5％，同时具有良好的可加工性能以及优良的耐候性能。

Description

一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板及其制备方法。

背景技术

近年来，为了降低成本以及解决环境问题，集装箱或交通工具的外围结构部件需要使用厚度更薄、强度更高的钢板，而该类极薄、高强度钢材目前热轧工艺装备技术水平很难实现，因此，只能通过冷轧、退火等再加工工艺制备生产。高强度具有优良耐候性的冷轧钢板，可以显著地减薄钢板使用厚度，同时保证足够的结构稳定性，同时由于集装箱应当受陆地或海洋上的各种气候条件，所以根据运输条件，集装箱主要使用具有优良耐候性的钢制造。

目前，对高强耐候钢的研究已有很多报道，例如，公开号CN 1962099一种基于薄板坯连铸连轧流程采用Ti微合金化工艺生产700MPa级高强耐候钢的方法，该发明基于薄板坯连铸连轧流程采用Ti微合金化技术生产高强钢屈服强度为700～780MPa，厚度为1.5～8.0mm。由于受到热轧机组厚度方面的限制，采用热轧生产的耐候钢板的厚度一般较厚，随着钢板强度的提高，可供的热轧钢板的极限厚度也随之增厚。为了适应钢板减薄的需求，需求开发厚度较薄的高强度冷轧耐候钢系列。同时，热轧钢板的表面质量、尺寸精度与冷轧钢板相差较多，无法互相代替，因此没有可比性。表1为现有技术中添加微合金元素的高强度耐候钢的化学成分(wt％)、工艺特点及其成品种类和性能比较。

表1

续表1

到目前为止，对高强度冷轧钢板有较多的研究，但对即需要较高的强度，又兼有优良的耐候性能的冷轧钢板研究较少，例如，韩国专利(公开号CN101558178A)具有高屈强比和优良耐候性的冷轧钢板。将钢材重新加热至1150至1300℃，在850至950℃精轧；每秒20至40℃的冷却速率；在500至650℃卷取；冷轧所述卷取的钢材；和在500℃至A1转变点的温度范围内使所述钢材连续退火。韩国专利(公开号CN 101553586A)具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板，将钢材重新加热至1150至1300℃，在750至930℃的精轧；在400至650℃卷取；冷轧所述卷取的钢材；在(A1转变点+30℃)至(A3转变点或以下)的温度条件下连续退火所述冷轧钢以制造10至30％的低温转变结构和余量的铁素体结构。这种技术是通过传统流程中生产的热轧板然后再经过冷轧以及连续退火工艺，该方法的缺点是钢水精炼后进行浇铸，铸坯需要先从高温冷却到室温后再加热到高温，因此工序复杂，能源消耗高；同时，该专利中都加入大量的贵重金属如Nb、B、Co作为增强成分，合金成本高、工艺控制复杂；同时这会增加冷轧过程的轧制压下力并增加生产成本，同时该类专利强度级别都是80kg/mm²级。

公开号CN 101376950A公开了一种超高强度冷轧耐候钢的制造方法，其中板坯再加热温度为1250℃，终轧温度≥Ar3，卷曲温度为500～650℃，退火温度为680～790℃，冷轧压下量为40～65％。同样该技术是通过传统流程中生产的热轧板然后再经过冷轧以及连续退火工艺，工序复杂，能源消耗高；同时，该专利中都加入大量的贵重金属如Nb、Ti、Mo作为增强成分，合金成本高、工艺控制复杂；同时这会增加冷轧过程的轧制压下力并增加生产成本。

通常冷轧高强钢采用连续退火炉退火，连续退火炉投资大、退火工艺复杂，特别是需要有快速冷却等工艺，工艺操作困难。连续退火线一般要求批量大、连续生产，对于没有连续退火线或受连续退火线生产尺寸规格的限制的钢种，罩式退火可以小批量、多规格、多品种生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有优良耐候性和可加工性的700MPa级高强度冷轧钢板，该钢板完全满足集装箱、交通工具对极薄、更高强度钢板的需求。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板的制备方法，采用薄板坯连铸连轧流程，主要包括如下步骤：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、连铸坯均热、热连轧、层流冷却、卷取、冷轧、退火、精整。

其中，精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.03～0.07wt.％、Si：≤0.35wt.％、Mn：0.4～1.8wt.％、P：≤0.020wt.％、S≤0.010wt.％、Cu：0.25～0.50wt.％、Cr：0.25～0.80wt.％、Ni：0.05～0.30wt.％、Ti：0.06～0.20wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质，

所述退火工艺中，在500℃至A1转变点的温度范围内使所述钢材在罩式退火炉中退火并对罩式退火后的钢材进行不大于1％的精整量。

优选地，所述冷轧工艺中，冷轧压下量≥20％；更优选地，所述冷轧压下量为20～40％。

优选地，所述退火温度为570-650℃。

优选地，所述薄板坯连铸连轧流程的工艺参数为：铸坯入炉温度9001000℃、出炉温度1100～1180℃、终轧温度870～930℃、卷取温度500～650℃。

优选地，所述卷取温度为580～640℃。

本发明还提供了一种由上述方法制备的700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板，其显微组织为铁素体，延伸率至少为5％。

优选地，所述精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.04～0.065wt.％、Si：≤0.20wt.％、Mn：0.50～1.2wt.％、P：≤0.020wt.％、S≤0.010wt.％、Cu：0.25～0.35wt.％、Cr：0.30～0.60wt.％、Ni：0.05～0.25wt.％、Ti：0.06～0.15wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明钢水中各化学成分的作用分析如下：

C：碳的范围为0.03wt.％至0.07wt.％，为增强钢板强度添加C，加大C的含量可增加钢板的抗拉强度，同时与钢中的微量元素如Ti等形成TiC析出物对强度有增强效果，但当加入过量的C时，钢材的可加工性和焊接性能会下降，因此C量小于0.07wt.％。

Si：硅被有效地用于对钢水脱氧和强化固溶体。Si与Fe在高温下在钢材表面层形成致密的Fe₂SiO₄氧化物，起到提高耐腐蚀性的作用。但过量的Si会降低可焊接性、涂覆性和可成型性能，因此，可加入量最多至0.35％的量的Si。

Mn：锰被有效地用于强化固溶体，并且在增加钢材强度和热轧可加工性方面很重要。然而，由于会形成MnS，Mn也会妨碍钢材的延展性和可加工性。少量的Mn对于可加工性是有利的，但也会导致钢材强度不足。因此，可加入至少0.4wt.％的量的Mn以达到所需的强度。另一方面，Mn是一种昂贵的金属元素，过量的Mn会降低经济效率，并对焊接和成形有害。因此，可加入最多至1.8wt.％的量的Mn。

P：磷能增强钢材的耐候性，因此可加入大量的P以增强耐腐蚀性。但P会造成钢材的中心偏析。因此，大量的P会降低可焊接性和可成形性。因此，可加入最多至0.02wt.％的量的P。

S：硫被有效用于增加耐腐蚀性，但当与钢材中的Mn结合时，它们会形成非金属夹杂物，对机械性能影响大，因此，S的加入量控制在最多至0.01％。

Cu：铜可在腐蚀性气氛下形成稳定的锈层，从而增强耐腐蚀性。为获得所需的耐腐蚀性，可加入0.25％或更多的Cu，然而，过多的Cu会导致连铸过程中晶界开裂，Cu的加入量控制在最多至0.5％。

Cr：铬类似于Cu，可形成稳定的锈层，为获得耐腐蚀性和强度，可加入至少0.25％的Cr，但过多的Cr会导致裂隙腐蚀并增加成本，Cr的加入量控制在最多至0.8％。

Ni：镍一般会阻止加Cu的钢材在铸造过程中断裂、边部微裂，并可增强耐腐蚀性，可加入至少0.05％的量的Ni以实现上述效果。然而当Ni的量超过0.3％时会削弱耐腐蚀性，并由于过多使用该昂贵的合金元素而增加成本，Ni的加入量控制在最多至0.3％。

Ti：钛可延迟铁素体的再结晶，并且可与钢材的C与N结合而被沉淀析出，由此增强钢板的强度，为获得所需强度，可加入0.06～0.20wt.％的Ti。

本发明的700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板与现有技术中的冷轧析出强化钢板在强化原理上有明显差异。普通的冷轧析出强化钢的组织为高温区形成的等轴状细铁素体晶粒，由于铁素体由高温再结晶形成，因此普通的冷轧析出强化钢的主要靠微合金元素，虽然加微合金元素可以使冷轧钢取得较高的强度，但仅靠微合金元素生产超高强钢(＞700MPa)，难以兼顾性能和成本。特别地，Ti的强化效果容易波动，不利于强度的稳定，而本发明通过控轧控冷技术和合理的罩式退火工艺，有效地解决了Ti微合金化钢性能波动大的问题。

本发明的生产工艺虽然也利用了Ti微合金元素的析出强化效果，但强度的进一步提升主要依靠在较低的温度退火形成的较细小的铁素体晶粒，细晶强化能同时提高强度和韧性，同时低温退火可使变形晶粒部分保留在微结构中，组织中存在有部分再结晶组织，因此组织中存在大量的位错，位错强化效果明显。因此，本发明的具有优良耐候性的冷轧钢板主要强化机理：细晶强化+析出强化+位错强化。

由上可见，无论从强化机理、合金元素的消耗量、工艺流程、性能指标等方面综合考虑，本发明的钢均和现有钢种不同或者具有明显的优点，可以满足制造业对材料更高的要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用单一的Ti微合金化技术，Ti元素相对于其他微合金化元素资源更丰富、价格更低，产品成本低、竞争力强，同时本发明通过控轧控冷技术和合理的罩式退火工艺，有效地解决了Ti微合金化钢性能波动大的问题。

2.轧制工艺

轧制工艺流程为：电炉(转炉)→精练→连铸→直接入加热炉→连轧→层流冷却→卷取→酸洗→冷轧。

热轧工艺采用控轧控冷技术，特别地，采用较高的终轧温度，有利于热轧过程中轧制稳定性、保证良好的板型及厚度公差控制以有利于后续冷轧工艺的顺行，同时采用较合理的卷取温度，有利于获得细小的TiC析出物颗粒；选择较低的冷轧压下率有利于减少冷轧轧制抗力、降低冷轧成本。

3.退火工艺

钢卷在罩式退火炉中退火，而相对于通常冷轧高强钢采用连续退火炉退火，连续退火炉投资大、退火工艺复杂，特别是需要有快速冷却等工艺，工艺操作困难；同时采用较低的退火温度，在相对较低的温度范围内进行罩式退火，其组织保留有部分微组织，对材料的强度有贡献作用，同时微合金元素Ti的碳、氮化物不会粗化以保证强度的稳定性，从而节省能源并提高了退火效率。

4.本发明的具有优良耐候性的冷轧钢板的金相为细小的铁素体，具有优良耐候性及可加工性，屈服强度至少为700MPa，延伸率至少为5％，可在需要抵抗高冲击力的情况下使用。

附图说明

图1是本发明的700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板的金相组织照片。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

根据本发明设定的化学成分范围，本发明实施例1-6都通过以下具体工艺流程：主要以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行电炉或者转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理(添加少量Cu、Cr、Ni、Mn、Ti合金)、薄板坯连铸、铸坯直接加热/均热、热连轧、轧后层流水冷却、卷取、酸洗、冷轧、退火、精整等流程制备而成。

实施例1-6的冷轧钢板含有上述组分，其余组分为Fe和不可避免的杂质。任选可加入合金元素以改善具有良好耐候性的冷轧钢板的特征。在此，即便是向该具有优良耐候性的冷轧钢板的组成中加入了实施例1-6中未述及的合金元素，也不应解释为偏离了本发明的范围。

表2和表3分别为实施例1-6各钢材的化学成分及制备工艺参数。

表2

表3

表4实施例1-6获得的具有优良耐候性的冷轧钢板的力学性能

如表4所示，实施例1-6获得的具有优良耐候性的冷轧钢板的屈服强度均大于700MPa、延伸率超过5％，实施例1-6获得的具有优良耐候性的冷轧钢板在弯曲过程中不开裂，可制造具有可加工性的高强度耐候具有优良耐候性的冷轧钢板。

相较于实施例1-3，实施例4-6为优选方案，综合优选各工艺参数，最终所得到的产品性能不仅满足强度的需求，屈服强度稳定控制在750-800MPa，同时延伸率控制在11％以上，在材料的使用过程中有较理想的成型性能。

参照TB/T 2375铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法，对表2中的钢板进行了耐候性试验。试验方法：采用干湿周期浸润腐蚀试验机设备，试样溶液：0.01mol/L的NaHSO₃溶液(pH＝4.4～4.8)，在一定的时间内计算分析试样加速腐蚀速率。耐候性能见表5。

表5实施例1-6的具有优良耐候性的冷轧钢板与对比钢材1、2的耐候性能比较

如表5所示，实施例1-6的具有优良耐候性的冷轧钢板的平均腐蚀速率与对比钢材1为普通耐候钢SPA-H相当，远低于对比钢材2的平均腐蚀速率为4.545W(g/m²·h)，因此，实施例1-6的具有优良耐候性的冷轧钢板显示出优异的耐候性。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims

1.一种700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板的制备方法，其特征在于，采用薄板坯连铸连轧流程，主要包括如下步骤：电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、连铸坯均热、热连轧、层流冷却、卷取、冷轧、退火、精整，

所述退火工艺中，在500℃至A1转变点的温度范围内使所述钢材在罩式退火炉中退火。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧工艺中，冷轧压下量≥20％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧压下量为20～40％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火温度为570-650℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，薄板坯连铸连轧流程的工艺参数为：铸坯入炉温度900～1000℃、出炉温度1100～1180℃、终轧温度870～930℃、卷取温度500～650℃。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述卷取温度为580～640℃。

7.一种由权利要求1-6任一项所述方法制备的700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板，其显微组织为铁素体，延伸率至少为5％。

8.根据权利要求7所述的700MPa级具有优良耐候性的冷轧钢板，其特征在于，所述精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.04～0.065wt.％、Si：≤0.20wt.％、Mn：0.50～1.2wt.％、P：≤0.020wt.％、S≤0.010wt.％、Cu：0.25～0.35wt.％、Cr：0.30～0.60wt.％、Ni：0.05～0.25wt.％、Ti：0.06～0.15wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质。