CN102168229A

CN102168229A - 耐候钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN102168229A
Application number: CN 201010113848
Authority: CN
Inventors: 胡晓萍; 温东辉; 宋凤明; 柏明卓; 刘刚
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: CN102168229B

Abstract

本发明提供一种耐候钢板，其成分的质量百分比为：C：0.02～0.10，Si：0.10～0.40，Mn：1.0～1.6，P：≤0.025，S：≤0.015，Cu：0.20～0.50，Cr：0.30～0.60，Ni：0.10～0.50，Mo：≤0.40，Nb：≤0.060，V：≤0.060，Ti：0.010～0.035，B：≤0.0030，Ca：≤0.0050，Al：0.015～0.050，其余为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还提供一种制造耐候钢板的方法。本发明通过合理的合金成分配比，能够获得耐腐蚀性能好、屈服强度和抗拉强度高、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板。所述钢板还具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。

Description

耐候钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及低合金钢板制造领域，特别是涉及一种高强度、高韧性耐候钢板及其制造方法。

背景技术

耐候钢具有优良的耐大气腐蚀性能，在一定条件下可以不用涂装，大大减少了钢结构的运行和维护成本，具有显著的环保效应。因此，耐候钢相比于普通钢在桥梁、建筑结构等大型钢结构工程的应用中具有显著的优势。美国标准将耐候性指数I大于等于6.0的钢称之为耐候钢，而耐候性指数I是由如下公式来定义的：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.2Cr+1.49Si+17.28P-7.29CuNi-9.1NiP-33.39Cu²。

目前应用的耐候钢强度级别通常较低，屈服强度达到690MPa级别的耐候钢较少。虽然美国联邦公路管理局、美国钢铁协会和海军部研发了HPS100W(屈服强度690MPa高性能耐候钢)钢种，并在美国的桥梁建设中得到了应用，但HPS 100W耐候钢中合金元素Cu、Ni、Cr和Mo的含量非常高，例如Cu：0.90～1.20％，Ni：0.65-0.90％等。如此高的合金元素含量不仅增加制造成本，而且其提高了碳当量的值，对耐候钢的焊接性也产生了不利的影响。

另外，公开号为CN 1970818A的武汉钢铁有限公司的专利申请公开了一种抗拉强度700MPa级的高强度耐候钢，其采用低温控轧+淬火回火工艺生产，采用超低碳成分，添加一定量的Cu、Cr和Ni，并添加少量的Zr。该耐候钢的合金元素含量较低，如C、Cu、Cr、Ni等元素的含量均相对目前常用的345MPa级别的耐候钢少，但该耐候钢中P含量较高，其通过较高的P含量来提高耐腐蚀性能，而过高的P含量会恶化钢的韧塑性。另外，该耐候钢中Nb含量较高，增加了制造成本，且制造工艺过程也较复杂。

公开号为CN 1609257A的另一份武汉钢铁有限公司的专利申请公开了一种屈服强度485MPa级别的高强度耐候钢，该耐候钢的Cu、Cr、Ni含量较少，P含量较高，其也是通过较高的P含量来提高耐腐蚀性能。另外，该耐候钢中的Nb、V含量较高，且添加了一定量的稀土元素，增加了制造成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种耐候钢板及其制造方法，所述耐候钢板具有较高的强度和低温韧性，耐大气腐蚀性能优良，并具有较好的焊接性，可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。

为解决上述问题，本发明提供一种耐候钢板，其成分的质量百分比为：C：0.02～0.10，Si：0.10～0.40，Mn：1.0～1.6，P：≤0.025，S：≤0.015，Cu：0.20～0.50，Cr：0.30～0.60，Ni：0.10～0.50，Mo：≤0.40，Nb：≤0.060，V：≤0.060，Ti：0.010～0.035，B：≤0.0030，Ca：≤0.0050，Al：0.015～0.050，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

可选地，所述耐候钢板的碳当量的值≤0.55％。

本发明所提供的耐候钢板的成分及其质量百分比是这样选择的：

本发明中C含量控制在0.02～0.10％。C是钢中有效的强化组元，可以溶入基体中起到固溶强化的作用，且能够形成细小的碳化物析出粒子，起到析出强化的作用，因而C含量不应该低于0.02％。但是，C含量过高将使钢在冷却相变过程中形成C含量高的残余奥氏体，显著恶化钢材低温冲击韧性，并且由于钢的组织不均匀性可能导致微区腐蚀过程加剧，从而降低钢的耐腐蚀性能，因而C含量的上限定为0.10％。

本发明中Si含量控制在0.10～0.40％。Si是炼钢脱氧的必要元素之一，而且Si可以通过固溶强化方式提高钢的强度。但Si含量不宜过高，以免恶化钢的焊接性能以及低温韧性。

本发明中Mn含量控制在1.0～1.60％。Mn也是炼钢脱氧的必要元素之一，而且Mn成本低廉，是提高强度的有效元素。为了实现足够高的拉伸强度，Mn含量不应低于1.0％。此外，Mn是奥氏体稳定元素，能够扩大奥氏体区，降低过冷奥氏体的转变温度，促进钢的中低温组织转变。但Mn含量过高会对钢的焊接性能和低温韧性有不利影响，因而Mn含量的上限定为1.60％。

本发明中P含量控制为≤0.025％，S含量控制为≤0.015％。P能够提高钢的耐候性，但是当P含量较高时会大大恶化钢的韧塑性，因而本发明不采用高含量的P来增加耐候性，而是通过其它合金元素的合理组合来达到高的耐大气腐蚀的性能。S是钢中的有害杂质元素，含量过高会恶化钢的韧塑性、冷成型性和焊接性。因此应尽量降低钢中的P、S含量。

本发明中Cu含量控制在0.20～0.50％。Cu也是提高钢耐候性的有效元素之一。Cu的电化学电位比Fe高，能够使得钢板表面的铁锈致密化，促进稳定锈层的形成。为了发挥Cu提高耐大气腐蚀性能的作用，Cu含量不应低于0.20％。但Cu含量过高时将引起钢坯在加热或热轧过程中产生裂纹，恶化钢板表面性能，因而其上限定为0.50％。

本发明中Cr含量控制在0.30～0.60％。Cr是提高钢耐候性的有效元素之一，本发明未采用高含量的P来提高钢的耐候性，因此必须保证较高的Cr含量，其下限控制为0.30％。另一方面，Cr含量过高将影响钢的韧性，且钢的焊接性也明显变差，因而Cr含量的上限定为0.60％。

本发明中Ni含量控制在0.10～0.50％。Ni也是提高钢耐候性的有效元素之一，能够促进锈层的稳定。此外，Ni可以防止Cu所带来的热加工脆性等问题。为了发挥这些效果，Ni含量不应低于0.10％。但Ni为贵重元素，为了控制制造成本，因而Ni含量的上限定为0.50％。

本发明中Mo含量控制为≤0.40％。Mo能够有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在较大冷却速度范围内形成晶体内有大量位错分布的贝氏体，产生相变强化和位错强化的作用。在高强度低合金钢中，钢板的强度随着Mo含量的增加而显著提高。但Mo元素成本较高，且可降低钢的可焊性，因而Mo含量的最大值控制在0.40％。

本发明中Nb含量控制为≤0.060％。Nb是强碳氮化合物形成元素，通过在轧后冷却过程中析出碳氮化合物，产生细晶强化和析出强化作用来提高钢的强度。此外，Nb是提高奥氏体再结晶温度的元素，可在较高的温度下实现非再结晶区轧制，因而适当地加入Nb能够提高钢的强度。但通常Nb含量超过0.060％以后，其对钢的强度的提高作用较小，因而Nb含量控制为≤0.060％。

本发明中V含量控制为≤0.060％。V也是强碳氮化合物形成元素，可在冷却相变过程中析出，进而提高钢的强度。但V含量较高时会明显恶化钢的低温韧性，尤其对焊接热影响区的低温韧性有不利影响，因而V含量控制为≤0.060％。

本发明中Ti含量控制在0.010～0.050％。Ti是一种强烈的碳氮化物形成元素，其碳氮化物具有较高的熔点，对加热时奥氏体晶粒的长大有阻碍作用，而且其在轧后冷却过程中的析出将提高钢的屈服强度。另一方面，钢中的TiN或TiC粒子能显著阻止焊接热影响区的晶粒长大，从而改善其焊接接头的力学性能。因而Ti的适宜含量为0.010～0.050％。

本发明中B含量控制为≤0.0030％。B是显著提高钢淬透性的元素，微量的B就能够有效地提高钢的强度。但B含量较高时，不仅提高强度的效果不再随之明显增加，而且B容易在晶界发生聚集，产生脆化，因而B含量控制为≤0.0030％。

本发明中Ca含量控制为≤0.0050％。Ca能够使钢中的夹杂物球化，从而改善钢的韧塑性。但是Ca含量超过0.0050％容易产生粗大的夹杂物，反而会劣化焊接热影响区的韧性，因而Ca含量控制为≤0.0050％。

本发明中Al含量控制在0.015～0.050％。Al是有效脱氧元素之一，而且可形成氮化物来细化晶粒。但Al含量过高将损害钢的韧性，而且焊接热影响区的韧性也变差，因而Al含量控制在0.015～0.050％。

在本发明的钢中，上述成分之外是由Fe和不可避免的杂质元素组成。但是，也可以含有其他不妨碍其特性的微量的成分，这样的耐候钢板也包含于本发明的范围内。

本发明还提供一种制造耐候钢板的方法，包括：提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1100～1300℃；将所述铸坯粗轧；将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板，其中精轧开始温度≤950℃，精轧结束温度≤900℃；将精轧后的钢板水冷至400～600℃；将所述钢板空冷至室温。

可选地，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％。

可选地，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％。

可选地，所述铸造方法为连铸法或模铸法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明不采用高含量的P，而是通过合理的合金成分配比，能够获得耐大气腐蚀性能好、屈服强度≥690MPa、抗拉强度≥780MPa、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板，实现了超高强度和高低温韧性的良好匹配。由于其碳当量≤0.55％，因而又具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。

在本发明所提供的制造耐候钢板的方法中，采用了控制热轧温度和控制冷却温度的工艺进行生产，无需淬火和回火等热处理工序，降低了生产成本，缩短了生产周期。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的制造耐候钢板的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1为本发明的一个实施例的制造耐候钢板的方法流程示意图。如图1所示，包括：执行步骤201，提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；执行步骤202，将所述铸坯加热到1100～1300℃；执行步骤203，将所述铸坯粗轧；执行步骤204，将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板，其中精轧开始温度≤950℃，精轧结束温度≤900℃；执行步骤205，将精轧后的钢板水冷至400～600℃；执行步骤206，将所述钢板空冷至室温。

其中，碳当量的值与各化学成分之间的计算公式为：

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。

实施例1

在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为：

C：0.082，Si：0.30，Mn：1.0，P：0.011，S：0.005，Cu：0.30，Cr：0.35，Ni：0.40，Nb：0.045，V：0.045，Ti：0.015，B：0.0010，Ca：0.0030，Al：0.035，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本实施例中的耐候钢板的生产过程为：

提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1250℃；将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％；将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％，其中精轧开始温度为930℃，精轧结束温度为870℃；将精轧后的钢板水冷至550℃；将所述钢板空冷至室温。

本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq＝0.37％，耐候性指数I＝6.5，屈服强度为725Mpa，抗拉强度为835Mpa，延伸率为16％，冲击功为86J(-40℃)。

实施例2

在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为：

C：0.032，Si：0.19，Mn：1.58，P：0.012，S：0.003，Cu：0.25，Cr：0.45，Ni：0.31，Mo：0.40，Ti：0.024，B：0.0025，Ca：0.0008，Al：0.028，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本实施例中的耐候钢板的生产过程为：

提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1150℃；将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％；将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％，其中精轧开始温度为950℃，精轧结束温度为840℃；将精轧后的钢板水冷至480℃；将所述钢板空冷至室温。

本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq＝0.50％，耐候性指数I＝6.1，屈服强度为770Mpa，抗拉强度为937Mpa，延伸率为22％，冲击功为241J(-40℃)。

实施例3

在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为：

C：0.061，Si：0.34，Mn：1.33，P：0.010，S：0.0024，Cu：0.40，Cr：0.55，Ni：0.20，Nb：0.040，V：0.031，Ti：0.0023，Al：0.040，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本实施例中的耐候钢板的生产过程为：

提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1200℃；将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％；将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％，其中精轧开始温度为900℃，精轧结束温度为880℃；将精轧后的钢板水冷至500℃；将所述钢板空冷至室温。

本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq＝0.44％，耐候性指数I＝6.6，屈服强度为705Mpa，抗拉强度为872Mpa，延伸率为25％，冲击功为120J(-40℃)。

实施例4

在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为：

C：0.041，Si：0.20，Mn：1.40，P：0.012，S：0.005，Cu：0.35，Cr：0.35，Ni：0.25，Mo：0.20，Nb：0.025，V：0.045，Ti：0.018，B：0.0017，Ca：0.0012，Al：0.032，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本实施例中的耐候钢板的生产过程为：

提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1200℃；将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％；将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％，其中精轧开始温度为850℃，精轧结束温度为810℃；将精轧后的钢板水冷至450℃；将所述钢板空冷至室温。

本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq＝0.43％，耐候性指数I＝6.2，屈服强度为730Mpa，抗拉强度为845Mpa，延伸率为21％，冲击功为165J(-40℃)。

本发明不采用高含量的P，而是通过合理的合金成分配比，能够获得耐大气腐蚀性能好、屈服强度≥690MPa、抗拉强度≥780MPa、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板，实现了超高强度和高低温韧性的良好匹配。由于其碳当量≤0.55％，因而又具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种耐候钢板，其成分的质量百分比为：

C：0.02～0.10，

Si：0.10～0.40，

Mn：1.0～1.6，

P：≤0.025，

S：≤0.015，

Cu：0.20～0.50，

Cr：0.30～0.60，

Ni：0.10～0.50，

Mo：≤0.40，

Nb：≤0.060，

V：≤0.060，

Ti：0.010～0.035，

B：≤0.0030，

Ca：≤0.0050，

Al：0.015～0.050，

其余为Fe和其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐候钢板，其特征在于，所述耐候钢板的碳当量的值≤0.55％。

3.一种制造权利要求1或2所述的耐候钢板的方法，包括：

提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；

将所述铸坯加热到1100～1300℃；

将所述铸坯粗轧；

将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板，其中精轧开始温度≤950℃，精轧结束温度≤900℃；

将精轧后的钢板水冷至400～600℃；

将所述钢板空冷至室温。

4.根据权利要求3所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率≥50％。

5.根据权利要求3或4所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率≥40％。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸造方法为连铸法或模铸法。