CN104593695A

CN104593695A - 热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法

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Publication number: CN104593695A
Application number: CN201510031313.8A
Authority: CN
Inventors: 李文远; 刘锟; 李正权; 刘杰; 刘晓翠; 陈斌; 王学强; 包春林; 武军宽; 李飞; 吴耐; 李树森
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: CN104593695B

Abstract

本发明公开了一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢，其化学成分质量百分比为：C：0.055～0.065％；Si：0.56～0.64％；Mn：0.55～0.65％；P：0.022-0.030％；S≤0.005％；Cu：0.15～0.19％；Cr：1.05～1.25％；Ni：0.05-0.09％；Nb：0.052～0.058％；Ti：0.125～0.135％，其余为Fe以及不可避免的杂质，其中，镍铜比小于等于0.45。本发明还公开了一种生产上述热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的方法。本发明提供的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法，采用低碳低锰铌钛微合金化及低镍铜比的成分体系，通过控制轧制及超快冷工艺，充分发挥Nb、Ti的析出强化和细晶强化作用，极大拓展了热轧高强耐候钢的厚度规格，可获得综合力学性能优异的热轧高强度耐候钢板。

Description

热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢材生产技术领域，特别涉及一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法。

背景技术

耐候钢又称耐大气腐蚀钢，是在碳锰钢的基础上添加一定量的Cu、Cr、Ni等元素，获取优异的耐大气腐蚀性能，而且时间越长，耐腐蚀性能越好，广泛应用于建筑、桥梁、集装箱、铁道车辆等钢结构制造领域。现有700MPa级高强度耐候钢并未采用低镍铜比设计思路，而且为保证力学性能，合金元素含量较高，尤其是厚规格耐候钢，所以，开发出工艺简单，性能稳定，成本较低的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢具有重要的意义。

现有700MPa级高强耐候钢为保证耐腐蚀性能往往添加较高含量的Cu、Ni元素，为防止发生“铜脆”缺陷，镍铜比一般控制在0.5以上，合金成本很高，而且厚度规格主要控制在10.0mm以下。为保证力学性能满足要求，一些专利所述发明添加一定量Mo元素，极大提高了合金成本，降低经济效益；一些专利所述发明添加很高含量的Cr元素，Cr含量控制范围是2.5～10.0％，很高含量的Cr不但极大地提高冶炼成本和难度，而且对钢材的成型性能会产生不利的影响；一些专利所述发明采用较低的卷取温度，通过获取一定量的贝氏体组织提高力学性能，但是降低卷取温度不利于高强耐候钢的板形控制，此外，一些专利所述发明的厚度规格虽达到14.0mm，但是强度级别较低，屈服强度只有485MPa～525MPa，远低于本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种产品性能优异、生产工艺简单且具备良好经济效益的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法。

本发明的一个方面，提供了一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢，其化学成分质量百分比为：

C：0.055～0.065％；Si：0.56～0.64％；Mn：0.55～0.65％；P：0.022-0.030％；S≤0.005％；Cu：0.15～0.19％；Cr：1.05～1.25％；Ni：0.05-0.09％；Nb：0.052～0.058％；Ti：0.125～0.135％，其余为Fe以及不可避免的杂质，其中，镍铜比小于等于0.45。

本发明的另一个方面，提供了一种生产上述热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的方法，包括：将冶炼连铸获得的上述化学成分的板坯进行加热后，依次经过粗除鳞、定宽压力机、粗轧、飞剪、精除鳞、精轧、超快冷、层流冷却后卷取获得成品；

所述板坯进行加热时，采用温装入炉，入炉温度为300℃～500℃，均热段出口温度为1260℃～1270℃，出炉温度为1260℃～1270℃，加热时间为180min～240min。

进一步地，所述板坯在加热过程中，分别经过加热一段、加热二段及均热段进行加热，所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为1.05～1.15，所述均热段气过剩系数为0.95～1.03，实现弱还原性均热，均热段残氧分析仪测量值小于1.0％。

进一步地，所述加热一段的出口温度为700℃～900℃，所述加热二段的出口温度为1250℃～1270℃，升温速率10℃/min～12℃/min，所述均热段的出口温度为1260℃～1270℃，所述均热段时间不超过40min。

进一步地，所述粗轧采用1+5模式，粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞，粗轧R2采用五道次轧制、两道次除鳞，粗轧R2出口温度为970℃～1000℃，其中R1表示第一粗轧机，R2表示第二粗轧机。

进一步地，所述精轧采用6机架连续轧制，终轧温度为800℃～850℃；

进一步地，所述精轧之后进行超快冷冷却，超快冷出口温度为620℃～680℃，超快冷冷速范围为40℃/s～100℃/s。

进一步地，超快冷冷却之后进行层流冷却，精确控制卷取温度，所述卷取温度控制在540℃～580℃。

进一步地，所述成品厚度为10.0mm～14.0mm，屈服强度大于等于700MPa，抗拉强度大于等于750MPa，延伸率大于等于18％，-40℃冲击吸收功大于等于60J，180°d＝2a弯曲合格。

本发明提供的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法，采用低碳低锰铌钛微合金化及低镍铜比的成分体系，通过控制轧制及超快冷工艺，充分发挥Nb、Ti的析出强化和细晶强化作用，极大拓展了热轧高强耐候钢的厚度规格，可获得综合力学性能优异的热轧高强度厚规格耐候钢板。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢，其化学成分质量百分比为：

C：0.055～0.065％；Si：0.56～0.64％；Mn：0.55～0.65％；P：0.022-0.030％；S≤0.005％；Cu：0.15～0.19％；Cr：1.05～1.25％；Ni：0.05-0.09％；Nb：0.052～0.058％；Ti：0.125～0.135％，其余为Fe以及不可避免的杂质。其中，镍铜比小于等于0.45。

其中，C元素是钢中最有效的强化元素之一，同时又是最廉价的化学元素，但是C又可明显降低钢的塑性和韧性，并且碳含量越高其焊接性能越差，所以，本发明实施例中将C含量范围控制在0.055％～0.065％。

Si元素具有较强的固溶强化效果，可显著提高钢的抗拉强度，并小幅提高钢的屈服强度，但塑性韧性有所下降。Si与其它元素如Cu、Cr、P、Ca配合使用可改善钢的耐候性，较高的Si含量有利于细化α-FeOOH，从而降低钢整体的腐蚀速率，所以，本发明实施例将Si含量控制在0.56％～0.64％。

Mn元素是合金元素中对钢强度及其韧性都有良好作用的元素，但是为了防止厚规格钢板出现C、Mn元素偏析，本发明实施例将Mn含量控制在0.55％～0.65％。

P元素是钢中主要的强化元素，同时又是提高钢的耐候性的元素。一方面P具有很强的固溶强化效果，另一方面P元素作为阳极去极化剂可以显著提高钢的耐大气腐蚀能力，但是钢中含P会恶化钢的韧性，特别是剧烈的降低钢的低温冲击韧性，故本发明实施例将将P元素控制在0.022％-0.030％。

S元素易与Mn元素形成MnS夹杂而恶化钢的力学性能，在高强耐磨钢中S含量要尽可能的低，以防止微裂纹在MnS夹杂处萌生，本发明实施例中S含量的上限为0.005％。

Cu最早发现的耐大气腐蚀的合金元素。钢中加入一定量的Cu元素时，无论在乡村大气、工业大气还是海洋大气中，都具有较普碳钢优良的耐候性。Cu、P元素同时存在还能形成各种复合盐，成为FeOOH结晶的核心，通过内锈层的细化来减少离子通道和阳极面积，并减少Fe₃O₄的生成，降低内锈层的导电性。但是Cu元素非常容易引起“铜脆”严重影响带钢的表面质量，综合考虑本发明实施例将Cu元素含量控制在0.15％～0.19％。

Cr元素能够有效地改善钢的耐腐蚀性能，当Cr与Cu同时加入钢中时，效果尤为明显，Cr含量提高利于细化α-FeOOH，当锈层与金属界面的α-FeOOH中Cr含量超过5％时，能有效抑制腐蚀性离子。此外，Cr元素能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，增大钢的淬透性，但同时也能降低钢的塑性和韧性，综合考虑本发明实施例将钢中的Cr元素含量控制在1.05％～1.25％。

Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性，此外，Ni的加入主要是为了与Cu形成Cu-Ni合金，防止“铜脆”的发生。但是Ni元素是一种非常昂贵的合金元素，极大的增加了合金成本，综合考虑本发明实施例将Ni含量控制在0.05％～0.09％。

Nb元素是细化晶粒最有效的元素之一，Nb在奥氏体中的形变诱导析出可有效抑制奥氏体再结晶，以达到细化相变之后铁素体晶粒的目的，另外，Nb在奥氏体中的形变诱导析出以及在铁素体中的脱溶析出都可以起到一定的沉淀强化，所以本发明实施例将Nb含量控制在0.052％～0.058％。

Ti是强碳化物形成元素，它与C、O、N、S有极强的亲和力。Ti与N结合形成TiN，TiN固溶温度高于2000℃，在板坯加热过程中TiN处于未溶状态，在高温下即可显著抑制奥氏体晶粒的长大，并细化相变之后的铁素体晶粒；Ti和S的亲和力大于Fe与S的亲和力，在含Ti钢中优先生成硫化钛，抑制FeS的生成，减少钢的热脆性。Ti和C形成的碳化物结合力极强，极稳定，当加热温度达到1000℃以上时，TiC开始溶解，并在随后的热轧及卷取过程中TiC能够大量的析出，起到显著的析出强化作用，综合考虑本发明实施例将Ti元素含量为0.125％～0.135％。

为保证热轧高强厚规格耐候钢生产过程及力学性能和表面质量的稳定，本发明还提供一种生产上述热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的方法，将冶炼连铸获得的上述成分的板坯进行加热后，依次经过粗除鳞、定宽压力机、粗轧、飞剪、精除鳞、精轧、超快冷、层流冷却后卷取获得成品，具体过程如下：

本发明实施例中先将冶炼连铸获得的上述化学成分的板坯进行加热，为保证板坯加热过程顺畅，避免断坯，采用温装入炉，入炉温度为300℃～500℃，均热段出口温度为1260℃～1270℃，出炉温度为1260℃～1270℃，加热时间为180min～240min。

其中，板坯在加热过程中，分别经过加热一段、加热二段及均热段进行加热，加热一段出口温度为700℃～900℃，空气过剩系数为1.10～1.35；加热二段出口温度为1250℃～1270℃，升温速率10℃/min～12℃/min，空气过剩系数为1.05～1.15；均热段出口温度为1260℃～1270℃，均热段时间不超过40min，均热段气过剩系数为0.95～1.03，均热段实现弱还原性加热，均热段残氧分析仪测量值小于1.0％。

本发明实施例中粗轧采用1+5模式，粗轧R1采用一道次轧制、一道次除鳞；粗轧R2采用五道次轧制、两道次除鳞，粗轧R2出口温度为970℃～1000℃。为保证粗轧R2出口温度控制在970℃～1000℃，可以通过摆钢实现粗轧R2出口温度的控制，但是摆钢时间不允许超过60秒，其中R1表示第一粗轧机，R2表示第二粗轧机；

本发明实施例中精轧采用6机架连续轧制，为保证厚规格的力学性能，采用低温终轧，充分发挥铌元素的细晶强化作用，终轧温度控制范围是800℃～850℃；

本发明实施例中精轧之后进行超快冷冷却，超快冷出口温度为620℃～680℃，超快冷冷速范围为40℃/s～100℃/s，采用超快冷冷却可在一定程度上可以减少合金元素的添加量，降低成本，尤其对于较厚规格的钢板，采用超快冷工艺，可有效保证10mm以上较厚规格的力学性能。

本发明实施例在超快冷之后进行层流冷却，通过层流冷却对卷取温度进行精确控制，卷取温度控制范围是540℃～580℃，较高的卷取温度不但可以充分发挥Ti元素的析出强化作用还有利于板形控制及卷取过程的稳定，卷取之后获得成品。

成品厚度为10.0mm～14.0mm，屈服强度大于等于700MPa，抗拉强度大于等于750MPa，延伸率大于等于18％，-40℃冲击吸收功大于等于60J，180°d＝2a弯曲合格以及表面质量良好。

本发明提供的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢及其生产方法，采用低碳低锰铌钛微合金化及低镍铜比的成分体系，通过对板坯加热过程中加热各段在炉时间、出口温度、加热气氛的严格控制，以及轧制过程中除鳞模式的优化，实现低镍铜比，极大降低了合金成本；通过控制轧制及超快冷工艺，充分地发挥Nb、Ti的析出强化和细晶强化作用，极大拓展了热轧高强耐候钢的厚度规格，最终获得综合力学性能优异的热轧高强厚规格耐候钢板。

本发明通过对成分体系和生产工艺的优化设计，在保证力学性能和表面质量的前提下，拓宽了厚度规格范围，降低了合金成本。下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的化学成分质量百分比如表一所示。

表一化学成分(wt％)

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法中，板坯加热工艺参数如表二所示：

表二板坯加热工艺参数

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法中，板坯加热过程中加热气氛如表三所示：

表三加热气氛

	一加段空气过剩系数	二加段空气过剩系数	均热段空气过剩系数	均热段残氧量
					实施例1	1.25	1.12	0.99	0.98％
实施例2	1.20	1.10	1.02	0.99％
					实施例3	1.25	1.05	1.00	0.98％
实施例4	1.30	1.13	1.02	0.99％

实施例5	1.15	1.08	0.98	0.99％
					实施例6	1.10	1.06	0.98	0.98％

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法中，粗轧工艺参数如表四所示：

表四粗轧工艺参数：

	R1轧制道次	R1除鳞道次	R2轧制道次	R2除鳞道次	粗轧出口温度/℃
						实施例1	1	1	5	2	970
实施例2	1	1	5	2	975
						实施例3	1	1	5	2	985
实施例4	1	1	5	2	980
						实施例5	1	1	5	2	990
实施例6	1	1	5	2	995

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法中，精轧工艺参数如表五所示：

表五精轧工艺参数

	规格/mm	精轧道次	终轧温度/℃	超快冷出口温度/℃	超快冷冷速/℃/s	卷取温度/℃
							实施例1	14.0	6	810	620	80℃/s～90℃/s	550
实施例2	14.0	6	815	630	80℃/s～90℃/s	560
							实施例3	12.0	6	815	645	60℃/s～80℃/s	565
实施例4	12.0	6	825	635	60℃/s～80℃/s	560
							实施例5	10.0	6	845	645	50℃/s～70℃/s	570
实施例6	10.0	6	840	650	50℃/s～70℃/s	565

本发明实施例提供的热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法生产出的成品力学性能如表六所示：

表六力学性能(纵向试样)

	ReL/MPa	Rm/MPa	A50/％	180°冷弯(b＝35mm，d＝2a)	-40℃冲击吸收功/J
						实施例1	734	820	28	合格	150

实施例2	740	835	29	合格	155
						实施例3	738	844	31	合格	166
实施例4	740	848	30	合格	158
						实施例5	752	832	30	合格	145
实施例6	744	835	31	合格	142

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为：

2.一种生产如权利要求1所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的方法，其特征在于，包括：

将冶炼连铸获得的化学成分如权利要求1所述的板坯进行加热后，依次经过粗除鳞、定宽压力机、粗轧、飞剪、精除鳞、精轧、超快冷、层流冷却后卷取获得成品；

3.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

所述板坯在加热过程中，分别经过加热一段、加热二段及均热段进行加热，所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为1.05～1.15，所述均热段气过剩系数为0.95～1.03，实现弱还原性均热，均热段残氧分析仪测量值小于1.0％。

4.如权利要求3所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

所述加热一段的出口温度为700℃～900℃，所述加热二段的出口温度为1250℃～1270℃，升温速率10℃/min～12℃/min，所述均热段的出口温度为1260℃～1270℃，所述均热段时间不超过40min。

5.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

所述粗轧采用1+5模式，粗轧R1采用一道次、一道次除鳞，粗轧R2采用五道次轧制、两道次除鳞，粗轧R2出口温度为970℃～1000℃，其中R1表示第一粗轧机，R2表示第二粗轧机。

6.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

所述精轧采用6机架连续轧制，终轧温度为800℃～850℃。

7.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

精轧之后进行超快冷冷却，所述超快冷出口温度为620℃～680℃，超快冷冷速范围为40℃/s～100℃/s。

8.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

超快冷冷却之后进行层流冷却，精确控制卷取温度，所述卷取温度控制在540℃～580℃。

9.如权利要求2所述的一种热轧高强低镍铜比厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：

所述成品厚度为10.0mm～14.0mm，屈服强度大于等于700MPa，抗拉强度大于等于750MPa，延伸率大于等于18％，-40℃冲击吸收功大于等于60J，180°d＝2a弯曲合格。