CN102650015A - 一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板及其生产方法，该钢由以重量百分比计的如下化学成分组成：C 0.03～0.07％，Si 0.50～0.70％，Mn1.30～1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Al 0.80～1.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。该耐候钢采用高温连续大压下量的轧制以及轧后快速冷却的工艺，钢板组织为细小的多边形铁素体(≤10μm)，钢板抗拉强度＞490MPa，屈强比＜0.80，断后延伸率＞30％，-40℃夏比冲击功＞47J，耐候性能优良；本发明钢种生产工艺简单，焊接性能良好，可广泛应用于临海的大型结构等领域。

Description

一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板及其生产方法

技术领域

本发明属低合金高韧结构钢制造领域，特别涉及一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板及其生产方法。

背景技术

耐候钢由于其能有效抵抗大气腐蚀而提高服役周期，在铁路、桥梁、建筑等领域得到了广泛应用，比如铁路货车车厢、桥梁桥墩、大型室外建筑等。

为降低成本，经济型耐候钢的开发得到了广泛关注，目前公开了一些经济型耐候钢的专利：

CN102127710A公开了一种Cu(0.15～0.25％)+Ni(≤0.30％)+Nb+B的耐候钢，其产品覆盖厚度规格4～40mm的热轧卷和中厚板，该钢的耐候性能与Corten-A相当，但由于较高的P含量(0.02～0.065％)损害了该钢的低温冲击韧性，只能满足20℃冲击功要求，大大限制了其在滨海条件下的应用。

CN100342051C公开了一种仅含有0.2～0.4％Cu的经济型耐候钢，该钢的耐候性能比Q235B和16Mn提高一倍以上；但较高的Cu含量容易引起铸坯的热脆，导致铸坯质量下降，影响最终产品性能。CN100451154C提供了一种添加稀土元素RE(0.05～0.15％)的经济型耐候钢，但随着近来稀土材料价格的节节攀升，这势必会逐渐加大该钢的生产成本。

目前，市场还没有不添加Cr/Ni/Mo/Cu/RE等合金元素普通C-Mn类的耐候钢。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，该钢板组织由尺寸细小(≤10μm)的多边形铁素体构成，抗拉强度＞490MPa，屈强比＜0.80，断后延伸率＞30％，-40℃夏比冲击功＞47J，耐候性能优良。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C 0.03～0.07％，Si 0.50～0.70％，Mn 1.30～1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Al 0.80～1.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；

进一步讲，所述钢板成品厚度范围为12～30mm。

本发明中C、Si、Mn、P、S、Al限定量的理由详述如下：

C：对于耐腐蚀钢来说，C的富集和偏析会引起微电池效应，从而加速腐蚀速率，从而对耐腐蚀性能不利，因此含量越低越好；但同时，作为钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，当其含量＜0.02％时会显著降低钢板强度，因此其含量应≥0.02％；此外，高的C含量对低温冲击韧性和焊接性能不利。综合考虑，本发明C含量控制为0.03～0.07％。

Mn：是提高钢板强度最有效的元素之一，较高的Mn含量会显著降低相转变温度从而促进低碳贝氏体转变，以提高钢板强度；同时，结合大压下量的连续轧制工艺，也会显著细化相转变组织，间接提高了低温韧性。但Mn含量不宜过高(如≥2％)，否则对韧性有害。因此，本发明Mn含量控制为1.30～1.70％。

P：虽然是提高钢材耐大气腐蚀性能的最有效、最廉价的元素；但当其含量≥0.03％时，会严重损坏钢板的低温冲击韧性、延伸率、Z向性能。此外，高含量的P也会显著降低焊接性能，比如P的偏析会引发焊接裂纹、以及焊接热影响区的冲击韧性恶化。因此，本发明P只作为杂质元素，为保证钢板的综合力学性能，其含量控制为P≤0.02％。

S：杂质元素，本发明S含量控制为≤0.01％。

Si：提高耐大气腐蚀角度说，较高的Si含量可有效提高抵抗大气腐蚀的能力；同时，一定量的Si也以固溶强化形式提高钢材强度，但过多加入会导致低温冲击韧性的韧性降低；从本发明Si含量在0.50～0.70％之间。

Al：加入Al的目的是提高钢材抗大气腐蚀性能，是除P以外最经济实惠的元素；添加含量≥0.80％的Al可显著提高钢材的耐蚀性能；与≥0.50％的Si复合添加时，效果最好；但过多Al元素的添加：一)会导致钢材低温冲击韧性的降低；二)增加钢水冶炼和浇铸难度，容易引起夹杂物超标和连铸结晶器水口堵塞。因此，其Al含量在0.80～1.10％之间。

Nb：是有效提高奥氏体非再结晶温度温度的合金元素之一；本发明例中较高的Al含量推高了相转变的温度，进而提升了轧制温度，添加少许的Nb可有效提高非再结晶温度，从而能够确保在终轧结束后保持足够的累计应变能量，以便给随后的冷却阶段的相转变创造条件，以得到尺寸细小的多边形铁素体；其含量为Nb≤0.02％，便有明显效果。

本发明的另一目的在于提出一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板的生产方法，该方法为：

(1)制备钢坯，按重量百分比计该钢坯的化学成分为：C 0.03～0.07％，Si0.50～0.70％，Mn 1.30～1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Al 0.80～1.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；

(2)在加热工序中，钢坯的加热温度为1150～1200℃并保温2～2.5小时；

(3)在轧制工序中，开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～1000℃，轧制过程累计厚度压下率≥90％，单道次压下率≥20％；

(4)轧后直接冷却，并以20～40℃/s的速度冷却至500～600℃，然后钢板出水空冷至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1、本发明通过新型成分和生产工艺设计，首次开发出了厚度规格12～30mm的经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板；

2、本发明通过采用细晶粒控制轧制技术在提高钢材强度和保持耐候性能的同时，也提高了其低温冲击韧性，尤其是解决了高Al、Si和P含量等传统耐候钢冲击性能较差的难题；

附图说明

图1本发明实施例1钢板的光学显微组织图片。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

冶炼钢坯的化学成分为：C 0.04％，Si 0.55％，Mn 1.47％，P 0.011％，S 0.007％，Al 0.85％，Nb 0.009％。

轧制前钢坯的加热温度为1150℃，保温2.5小时，开轧温度为1100℃，终轧温度为975℃，累计轧制压下率为93％(坯料厚度180→12mm)，单道次压下率≥20％；轧后钢坯进入加速冷却装置，以32℃/s的速度冷却至580℃，然后钢板出水空冷至室温；

12mm厚成品钢板的拉伸性能：屈服强度405Pa，抗拉强度535MPa，断后延伸率31.8％，屈强比0.76；-40℃冲击功为169J；钢板耐候性能见表1。

实施例2：

冶炼钢坯的化学成分为：C 0.05％，Si 0.65％，Mn 1.58％，P 0.015％，S 0.006％，Al 0.88％，Nb 0.014％。

轧制前钢坯的加热温度为1180℃；保温2小时，开轧温度为1080℃，终轧温度为960℃，累计轧制压下率为90％(坯料厚度240→24mm)，单道次压下率≥20％；轧后钢坯快速进入加速冷却装置，以40℃/s的速度冷却至550℃，然后钢板出水空冷至室温；

24mm厚成品钢板的力学性能：屈服强度395MPa，抗拉强度525MPa，断后延伸率31.8％，屈强比0.75；-40℃冲击功为185J；钢板耐候性能见表1

表1实施例钢板耐候性能

腐蚀条件：腐蚀试验为干湿交替加速试验，试验周期为72小时，腐蚀环境为0.104％NaHSO₃溶液，温度为45±2℃，相对湿度60～80％。

通过对比可知，本发明中厚钢板的耐候性能优于传统耐候热轧卷SPA-H。

Claims (5)

1.一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，其特征在于，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C 0.03～0.07％，Si 0.50～0.70％，Mn 1.30～1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Al 0.80～1.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，其特征在于：所述钢板组织为≤10μm的多边形铁素体。

3.根据权利要求1或者2所述的经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，其特征在于，该钢板的抗拉强度＞490MPa，屈强比＜0.80，断后延伸率＞30％，-40℃夏比冲击功＞47J。

4.根据权利要求1所述的经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板，其特征在于，所述钢板成品厚度范围为12～30mm。

5.一种经济型细晶粒高韧性耐候中厚钢板生产方法，其特征在于：

(1)制备钢坯，按重量百分比计该钢坯的化学成分为：C 0.03～0.07％，Si0.50～0.70％，Mn 1.30～1.70％，P≤0.02％，S≤0.01％，Al 0.80～1.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；

(2)在加热工序中，钢坯的加热温度为1150～1200℃并保温2～2.5小时；

(3)在轧制工序中，开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～1000℃，轧制过程累计厚度压下率≥90％，单道次压下率≥20％；

(4)轧后直接冷却，并以20～40℃/s的速度冷却至500～600℃，然后钢板出水空冷至室温。

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