CN103266274B - 一种超高强度冷轧耐候钢板及其制造方法 - Google Patents

一种超高强度冷轧耐候钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高强度冷轧耐候钢板，其化学元素质量百分配比为：C：0.05～0.16%；Mn：1.00～2.20%；Al：0.02～0.06%；Cu：0.20～0.40%；Cr：0.40～0.60%；Ti：0.015～0.035wt%；P≤0.03%；且满足0.19%＜C+Mn/16＜0.23%；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了该超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，包括步骤有：冶炼；加热保温；热轧；卷取；酸洗；冷轧；连续退火及平整。本发明所述的超高强度冷轧耐候钢板及其制造方法所具备的优点为：较高的强度，屈服强度＞700MPa且抗拉强度＞1000MPa；优良的耐大气腐蚀性能；厚度薄以满足钢结构件减薄减重的需求；优良的钢材板形和表面质量。

Description

一种超高强度冷轧耐候钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种合金钢板及其制造方法，尤其涉及一种耐候合金钢板及其制造方法。
背景技术
目前，采用更高强度的薄钢材料以实现钢用结构的减薄、减重是近年来钢铁材料发展的主要趋势。同时，广泛应用于交通运输行业的热轧、冷轧耐候钢板也不断地向着高强度、低合金含量的方向发展，以满足终端客户在减重节能、降低成本方面的需求。自上世纪30年代开始，美国钢铁公司（UnitedStatesSteelCorporation）首先研制成功了耐腐蚀高抗拉强度的含Cu的低合金Corten钢之后，便形成了以高含量的P、Cu元素，并加上Cr、Ni元素的CortenA钢系列以及以Cr、Mn、Cu合金化为主的CortenB钢系列，随后，在国内又发展了采用稀土处理的耐候钢系列。在提高耐候钢强度方面，主要措施有固溶强化、析出强化和相变强化等，提高超高强度耐候钢的强度则以析出强化和相变强化为主。
公开号为CN1884608A，公开日为2006年12月27日，名称为“一种基于薄板坯连铸连轧工艺生产700MPa级V-N微合金化高强耐大气腐蚀钢的方法”的中国专利文献公开了一种高强耐大气腐蚀钢的制造方法，该制作方法针对薄板坯连铸连轧特点及冶金成分，采用电炉或转炉冶炼、精炼、薄板坯连铸、铸坯凝固后直接进入辊底式加热或均热炉、热轧、层流冷却、卷取。其中钢水化学成分范围为(wt.%)：C：≤0.08%；Si：0.25～0.75%；Mn：0.8～2.0%；P：0.070～0.150%；S：≤0.040%；Cu：0.25～0.60%；Cr：0.30～1.25wt%；Ni：≤0.65%；V：0.05～0.20%；N：0.015～0.030%。
公开号为US6056833，公开日为2000年5月2日，名称为“一种采用热机械控制处理生产的低屈强比高强度耐候钢”的美国专利文献涉及了一种低屈强比的耐候钢板，其最小屈服强度在70～75ksi，屈强比≤0.85。该耐候钢板的各化学成分（wt.%）为：C：0.08～0.12%；Mn：0.80～1.35%；Si：0.30～0.65%；Mo：0.08～0.35%；V：0.06～0.14%；Cu：0.20～0.40%；Ni：0.50%；Cr：0.30～0.70%；P：0.010～0.020%；Nb：≤0.04%；Ti：≤0.02%；S：≤0.01%；其余为Fe和其他不可避免的杂质。
公开号为KR431839，公开日为2004年5月20日，名称为“一种冷轧耐候钢板的制造方法”的韩国专利文献公开了一种冷轧耐大气腐蚀性能钢板的制造方法。其中，钢板的化学元素的成分为：C：0.06～0.08wt.%，Si：0.17～0.24wt.%，Mn：0.9～1.10wt.%，P：≤0.020wt.%，S：≤0.010wt.%，Cu：0.20～0.30wt.%，Ni：0.20～0.30wt.%，H：≤2.5ppm，余量为Fe和其他不可避免的杂质，该钢板的抗拉强度≥45kgf/mm2，屈服强度≥32kgf/mm2，延伸率≥22%。
上述第一项和第二项专利文献均采用热轧工艺来生产制造耐候钢板，受到热轧机组钢板厚度方面的限制，通过热轧工艺所生产的耐候钢板一般具有较大的厚度，通常随着钢板强度的提升，可供的热轧钢板的极限厚度也随之增大，而且热轧钢板的板形和表面质量相较于冷轧钢板仍存在一定差距。虽然上述第三项专利文献采用冷轧工艺来获得耐候钢板，但是该钢板的强度较低，屈服强度仅为300MPa级，不能够广泛应用于高强度钢结构件的生产制造。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种超高强度冷轧耐候钢板，该钢板具有较高的强度，较薄的厚度，优良的耐大气腐蚀性以及优越的板形和表面质量，以适应钢结构件减薄、减轻的发展趋势，且其不添加Si元素，提高了材料的可制造性，不添加Nb元素，降低了制造成本。
为了实现上述目的，本发明提出了一种超高强度冷轧耐候钢板，其化学元素质量百分比含量为：
C：0.05～0.16%；
Mn：1.00～2.20%；
Al：0.02～0.06%；
Cu：0.20～0.40%；
Cr：0.40～0.60%；
Ti：0.015～0.035%；
P：≤0.03%；
余量为Fe和其他不可避免的杂质，本技术方案中不可避免的杂质主要是S和N元素，此外还包括微量不可避免的残留Si元素。
优选地，上述超高强度冷轧耐候钢板中的各化学元素质量百分比含量进一步限定为：
C：0.07～0.15%；
Mn：1.30～2.00%；
Al：0.02～0.04%；
Cu：0.25～0.35%；
P：≤0.15%。
采用上述优选的成分配比可以使得本技术方案具有更优越的实施效果。
优选地，上述超高强度冷轧耐候钢板还包括≤0.20wt%的Ni，添加适量的Ni有利于进一步提高钢板的耐候性能。
进一步地，上述超高强度冷轧耐候钢板的微观组织为马氏体，马氏体的体积分数＞95%。
进一步地，上述超高强度冷轧耐候钢板的厚度为0.8～1.5mm。
本发明所述的超高强度冷轧耐候钢板中各化学元素的设计原理为：
C：C是钢中最基本的强化元素，可有效提高钢的淬透性和强度。本发明为一种高氢冷却的耐候钢，对于高氢冷却的最大冷速为150℃/s，为实现马氏体相变，C含量必须大于0.05%。但是当C大于0.16%后，钢的焊接性能将不能满足使用要求。因此，综合考虑材料的强度和使用性能的需求，本发明的碳含量控制在0.05～0.16%。优选地，将其控制为0.07～0.15wt%。
Mn：Mn是固溶强化元素，其有利于提高钢板的强度。为实现本发明所需屈服强度≥700MPa、抗拉强度≥1000MPa的要求，Mn含量必须大于1.0%。但是过高Mn含量会导致焊接性下降和延伸率不足，为满足延伸率≥5%的要求，Mn含量应≤2.2%。综合上述要求，本发明将Mn的含量设计为1.00～2.20wt%，进一步地，可将其设计为1.30～2.00wt%。C和Mn都有提高材料强度和降低焊接性能的作用，因此本发明中C、Mn不能同时取上限或下限。为满足要求，本发明设计成分C与Mn的关系为：0.19%＜C+Mn/16＜0.23%。
Al：Al的加入是为了脱氧。本发明钢种在加工过程中要求较好的冷弯性能，而过高O含量会导致材料的冷弯等成形性能下降。为满足钢板成形性能要求，Al含量不应小于0.02%。但是Al含量过高会导致钢板中AlN等夹杂物过多，会降低材料的延伸率。因此，综合考虑脱氧和夹杂物控制，本发明的碳含量控制在0.02～0.06%。优选地，将其控制为0.02～0.04%。
Cu：Cu在基体与锈层之间可以形成以Cu和P为主要成分的阻挡层，其与基体牢固结合而对钢板具有良好的保护作用，此外，Cu还可以抵消钢板中杂质元素S的有害作用。为确保本发明中钢板所需耐候性，Cu含量应不低于0.2%。但是过多的Cu加入会导致严重的“Cu脆”问题，配合Ni元素的加入，Cu的添加上限应为0.4%。因而，在本发明的超高强度冷轧耐候钢板中应该将Cu含量设定为0.20～0.40wt%，在优选方案中，可以将Cu含量设定为0.25～0.35%。
Cr：Cr能够在钢板表面形成致密的氧化膜以提高钢板的钝化能力，尤其是当Cr与Cu同时加入钢中，其所显现的效果更为明显；在本技术方案中需要将Cr的质量百分含量控制为0.40～0.60%。
Ti：Ti是强碳氮化物形成的主要元素，其通过析出强化和细晶强化后可以提高钢板的成型性能。因而，在本发明中将Ti的质量百分含量设计为0.015～0.035%。
P：需要特别说明的是，虽然P在大多数钢种中均是杂质元素，但是在本技术方案中，P能和Cu形成耐腐蚀的阻挡层，提高钢板耐大气腐蚀性能，同时还具有固溶强化效果，但是过多的P会增加钢材的脆性，同时恶化钢材的焊接性能，故需要将P的质量百分含量控制为≤0.030%，最好控制为≤0.015%。
Ni：Ni的加入是为了减少Cu加入可能导致的“Cu脆”问题。为实现较好的效果以及降低成本，Cu：Ni应满足Cu：Ni≤2/3。基于此结果，本发明的Ni含量设计为≤0.2%。
本发明还提供了一种采用上述超高强度冷轧耐候钢板制造的集装箱面板。该集装箱面板板形好，表面质量优。
本发明还提供了一种采用上述超高强度冷轧耐候钢板制造的汽车结构件板。该汽车结构件板质量轻，强度高。
相应地，本发明还提供了上述超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其包括下列步骤：冶炼，加热保温，热轧，卷取，酸洗，冷轧，连续退火，平整；其中在连续退火步骤中，退火温度为830～880℃以实现奥氏体化，然后在高氢气氛中快速冷却，以获得马氏体组织。
本发明在制造工艺中采用了连续退火工艺，并采用了相对于现有技术较高的退火温度，从而保证钢板在快速冷却前实现奥氏体化。此温度的控制可以调节奥氏体化程度，以调整最终成品的机械性能和成形性能。在快冷过程中采用高氢气氛进行快速冷却以确保在快冷过程中获得马氏体微观组织；与水淬相比较，在高氢气氛中快速冷却的冷却效果更为均匀，这不仅降低了钢材的生产成本，还可以获得比水淬更为优越的板形和表面质量。
进一步地，在上述连续退火步骤中，高氢气氛中的氢气体积分数为60%。
进一步地，在上述连续退火步骤中，快速冷却的冷却速度大于100℃/s。
优选地，在上述连续退火步骤中，退火温度进一步限定为850～880℃，以获得更好的实施效果。
进一步地，在上述加热保温步骤中，板坯经1170～1200℃加热保温。本技术方案采用了较低的加热保温温度，这是为了在确保C、N化合物充分溶解的前提下，尽可能地降低Cu对钢材热塑性能的不利影响。
进一步地，在上述热轧步骤中，终轧温度≥Ar3。
进一步地，在上述卷取步骤中，卷取温度为450～550℃。本技术方案采用了较低的卷取温度，这有利于改善钢卷在卷曲后的扁卷问题，同时可在钢板中获得细小的析出相。
进一步地，在上述冷轧步骤中，冷轧压下率为50～60%。
本发明所述的超高强度冷轧耐候钢板通过合理的成分设计和适当的工艺流程，具有非常优越的实施效果：其具备优良的耐大气腐蚀性能；其强度高，屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在1000MPa以上；其板形好，表面质量优良。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来对本发明所述的超高强度冷轧耐候钢板及其制造方法作进一步的详细说明，但是该详细说明并不构成对本发明技术方案的不当限定。
实施例1～7
按照下列步骤制造超高强度冷轧耐候钢板：
（1）冶炼并控制各化学元素的质量百分比含量如表1所示；
（2）将板坯经过1170～1200℃的加热保温；
（3）热轧：热轧终轧温度≥Ar3；
（4）卷取：卷取温度为450～550℃；
（5）酸洗；
（6）冷轧：冷轧压下率为50～60%；
（7）连续退火：退火温度为830～880℃，以实现完全奥氏体化，然后在高氢气氛中（氢气的体积分数为60%）快速冷却（冷却速度大于100℃/s），以获得马氏体组织；
（8）平整。
表1列出了本案实施例1～7的超高强度冷轧耐候钢板的各化学元素的质量百分比含量。
表1.（wt.%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）
序号 C Mn Al Cu Cr Ni Ti P
实施例1 0.08 1.8 0.04 0.35 0.45 - 0.030 0.01
实施例2 0.10 1.7 0.04 0.3 0.5 - 0.035 0.01
实施例3 0.14 1.4 0.03 0.25 0.5 - 0.02 0.01
实施例4 0.15 1.2 0.04 0.3 0.55 - 0.015 0.01
实施例5 0.06 2.2 0.06 0.4 0.4 0.1 0.03 0.01
实施例6 0.11 1.6 0.03 0.25 0.6 0.15 0.025 0.01
实施例7 0.16 1.0 0.02 0.20 0.45 0.2 0.03 0.01
表2列出了生产制造本案实施例1～7的超高强度冷轧耐候钢板的相关工艺参数和各项力学性能。
表2
表2中的实施例1-7的钢种成分对应表1，即实施例1A、1B、1C和1D的钢种成分均采用了表1中的实施例1所示的成分。
从表2可见，本发明所述的超高强度冷轧耐候钢板的屈服强度大于700Mpa，最高达到了1009Mpa；抗拉强度大于1000Mpa，最高达到了1235Mpa；延伸率大于6%，最高可达11.5%，同时，2a弯曲测试均达到合格水平。本钢板适合用于强度高，重量轻的汽车结构件和集装箱面板等零部件的制造，成品钢板的成型工艺可以辊压和简单折弯为主，其具有广泛的应用前景。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种超高强度冷轧耐候钢板，其屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在1000MPa以上；其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：
C：0.05～0.16％；
Mn：1.00～2.20％；
Al：0.02～0.06％；
Cu：0.20～0.40％；
Cr：0.40～0.60％；
Ti：0.015～0.035％；
P：≤0.03％；
且满足0.19％＜C+Mn/16＜0.23％；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的超高强度冷轧耐候钢板，其特征在于，所述化学元素质量百分比含量进一步地为：
C：0.07～0.15％；
Mn：1.30～2.00％；
Al：0.02～0.04％；
Cu：0.25～0.35％；
P：≤0.015％。
3.如权利要求1所述的超高强度冷轧耐候钢板，其特征在于，其微观组织为马氏体，马氏体的体积分数＞95％。
4.如权利要求1所述的超高强度冷轧耐候钢板，其特征在于，其厚度为0.8～1.5mm。
5.一种超高强度冷轧耐候钢板，其屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在1000MPa以上；其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：
C：0.07～0.15％；
Mn：1.30～2.00％；
Al：0.02～0.04％；
Cu：0.25～0.35％；
Cr：0.40～0.60％；
Ti：0.015～0.035％；
Ni≤0.20％；
P：≤0.015％；
且满足0.19％＜C+Mn/16＜0.23％；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
6.一种采用如权利要求1至5中任一项所述的超高强度冷轧耐候钢板制造的集装箱面板。
7.一种采用如权利要求1至5中任一项所述的超高强度冷轧耐候钢板制造的汽车结构件板。
8.如权利要求1至5任一项所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，依次包括下列步骤：冶炼，加热保温，热轧，卷取，酸洗，冷轧，连续退火，平整；其中在连续退火步骤中，退火温度为830～880℃以实现奥氏体化，然后在高氢气氛中快速冷却，以获得马氏体组织，所述高氢气氛中的氢气体积分数为60％。
9.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在连续退火步骤中，快速冷却的冷却速度大于100℃/s。
10.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在连续退火步骤中，退火温度为850～880℃。
11.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在加热保温步骤中，板坯经1170～1200℃加热保温。
12.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在热轧步骤中，终轧温度≥Ar3。
13.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在卷取步骤中，卷取温度为450～550℃。
14.如权利要求8所述的超高强度冷轧耐候钢板的制造方法，其特征在于，在冷轧步骤中，冷轧压下率为50～60％。
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