CN105154784A - 一种高磷耐候结构钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高磷耐候结构钢板，所述高磷耐候结构钢板按重量百分比含量计包括：C：0.05-0.11％，Si：0.20-0.45％，Mn：0.55-0.95％，P：0.07-0.10％，S：≤0.005％，Cu：0.25-0.40％，Cr：0.30-0.65％，Ni：≤0.10％，Nb：0.015-0.040％，Ti：≤0.025％，Al：≥0.020％，Ca：0.001-0.005％，其余为Fe和不可避免的夹杂。本发明通过合理的合金元素配比与最优轧制工艺相结合，最大限度发挥了耐腐蚀元素Cu、Cr、Ni和P改善耐候性能的作用，并保证良好的综合力学性能、优良的焊接性能与成型性，特别适合大气腐蚀条件苛刻的无涂装钢结构使用，尤其满足新一代高强度铁道车辆用钢的要求。

Description

一种高磷耐候结构钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于微合金钢生产的技术领域，具体涉及到一种高磷耐候结构钢板的生产工艺方法。

背景技术

腐蚀，特别是在大气中的腐蚀，是钢铁材料的主要破坏形式之一。世界上每年约有1/6年产量的钢材因腐蚀而损耗。为了防止或减少钢铁材料的大气腐蚀，延长其使用寿命，需采取一定的措施。耐候钢的耐大气腐蚀性能和经济性决定了耐候钢是有生命力的钢铁材料。耐候钢板钢板不仅可以具有优良的强韧性和强塑性匹配、耐腐蚀性、优良焊接性及抗疲劳性，其还特别适应无涂装使用，并且成本与不锈钢相比较为低廉，从而可实现钢材结构体寿命成倍增加和总体成本降低，具有环境负担小和综合性能和使用性能高的优点。

发明专利申请CN103695801A公开了“一种高韧性、高耐候钢及其制造方法”，其成分重量百分比为：C0.035～0.075％、Si≤0.30％、Mn0.40～0.80％、P0.07～0.11％、S≤0.004％、Cu0.20～0.50％、Ni0.10～0.40％、Cr0.40～0.70％、Ti0.008～0.016％、Nb0.010～0.030％、N≤0.0050％、Ca0.001％～0.004％、其余为Fe和不可避免夹杂；其采用低C－低Mn-高P的碳锰钢成分体系作为基础，通过Cu+Ni+Cr合金化，控制[％C]/[％P]≥0.49、[％Mn]/[％C]≥10，耐候性指数DNH≥6.50％，[％C]×([％P]+2.5[％S])≤0.0025，[％Ca]/[％S]＝1.0～3.0，([％Cu]+0.36[％Ni]+0.27[％Cr])×[％P]≥0.030，[％Ca]×[％S]0.28≤0.002，采用TMCP工艺，具有优良低温韧性、弯曲冷加工特性及高耐候性，适宜于用做无涂装高速列车车厢箱体结构。但是该申请公开的技术方案中添加了较多的价格昂贵的Ni元素，增加了钢板的生产成本。

发明专利申请CN101440424A公开了“轧制高耐候钢的方法”，包括以下步骤：加热：将保持900－1000℃的钢坯送入加热炉中，待钢坯温度达到1050－1100℃时出炉，并在此温度下对钢坯进行粗轧；精轧：将经粗轧后的钢坯冷却到950℃－960℃后，再将钢坯送入精轧机组中进行精轧，且使钢坯经第一架轧机或前两道轧机不产生塑性变形或塑性变形程度为2％以内；终轧：终轧温度设置在850℃－900℃；卷取：卷取温度设置在580℃－640℃。用该方法轧制出的钢板，其屈服强度在700MPa以上，延伸率能达到13％，并且在轧制过程中，只是对钢坯的温度进行调节，而不需要增加额外设备。该发明申请仅公开了一种卷板的生产方法，并且其未明确所发明钢种的合金成分。

发明专利申请CN101440458A公开了“一种高耐候钢”，包括以下重量百分比的物料：锰、铌、钛、钼、氮、磷、铬、铁和不可避免的杂质。该高耐候钢因没有铜，且磷的含量相对较少，所以，该种高耐候钢不会发生热脆现象，钢表面也不能发生龟裂；该种高耐候钢经过对厚度为3.0～6.0mm的钢板检测，其屈服强度在750～830MPa之间，远高于现有高耐候钢的屈服强度，且延伸率能达到13％；另外，该高耐候钢所添加的微量金属元素除成本较低的锰以外，其余添加的总量不足1％，所以，该种高耐候钢的制作成本较低。该申请中虽然没有添加Cu和Ni元素，但增加了Mo元素，且Nb、Ti元素的含量添加较多，势必会增加其生产成本。

发明专利申请CN103343291A公开了“一种使用褐铁型红土矿生产含磷耐候钢的方法”，包括以下步骤：准备矿石；制备烧结矿；高炉炼铁；AOD精炼；以及LF精炼：得到耐候钢钢水后，可以使用板坯或方坯连铸机将其连铸成为板坯或方坯，还可以进一步将所得到的板坯或方坯使用连轧机组进行控制轧制，生产耐候钢型材或板材。该发明申请所产耐候钢钢水的合金成分较高(C：0.01～0.5％、Si：0.30～0.70％、Mn：0.30～0.70％、P：0.05～0.15％、S：0.01～0.04％、Cr：2.5％Ni：1.0～3.5％)，势必会增加后续产品的生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低成本、综合力学性能、耐大气腐蚀性能、焊接性能、成型性能均优异的高磷耐候结构钢板，该耐候结构钢板特别适用于对大气腐蚀条件苛刻的无涂装钢结构使用，尤其满足新一代高强度铁道车辆用钢的要求，并能成功实现铁道部对车辆减重的要求。

为了实现上述目标，本发明提供一种高磷耐候结构钢板，所述高磷耐候结构钢板按重量百分比含量计包括：C：0.05-0.11％，Si：0.20-0.45％，Mn：0.55-0.95％，P：0.07-0.10％，S：≤0.005％，Cu：0.25-0.40％，Cr：0.30-0.65％，Ni：≤0.10％，Nb：0.015-0.040％，Ti：≤0.025％，Al：≥0.020％，Ca：0.001-0.005％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

优选的，所述碳当量按照CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15计算时不高于0.35％。

优选的，所述Ca含量和所述S含量的比值不低于1.0。通过控制Ca/S可以降低钢中的夹杂物含量，提高耐大气腐蚀性能与成型性能。

优选的，所述Mn含量和所述C含量的比值不低于10。通过控制Mn/C可以确保钢板晶粒均匀细小，保证良好的低温韧性。

优选的，所述Mn含量和Si含量的比值为4.5-5.0，以最大程度改善组织中带状组织。

优选的，所述耐大气腐蚀性指数I按照如下的公式进行计算时，其值不低于7.3，I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)－7.29(％Cu)(％Ni)－9.10(％Ni)(％P)－33.39(％Cu)2≥7.3。

优选的，所述Ni含量和所述Cu含量比不低于0.3，进而确保本发明高磷耐候结构钢板的良好表面质量，避免铜脆的发生。

本发明的钢板的金相组织由铁素体和珠光体组成，铁素体晶粒均匀细小，珠光体团弥散地分布在在铁素体基体上，为钢板良好的综合性能提供了金相组织的保证。

本发明提供超低温耐候结构钢板Q355NH生产方法，该生产方法包括以下流程：

铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→铸坯缓冷→铸坯清理→加热→除鳞→粗轧→精轧→热矫直→钢板标识→钢板缓冷。

在本发明的一个实施例内，按照如下的方法制备钢板：

铁水预处理→120t转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→铸坯缓冷→铸坯清理→加热→除鳞→粗轧→精轧→热矫直→钢板标识→钢板缓冷→剪切→标识→入库。

优选的，冶炼工艺采用转炉冶炼，通过LF+RH精炼，降低O、H、N等有害气体及S含量；采用全保护浇注，连铸坯下线缓冷48h以上。

优选的，所述连铸工艺采用耐候专用保护渣，配合轻压下工艺，轻压下量控制在5～6mm，中间包浇注速度控制在15～30℃之间，拉坯速度控制在1.1～1.3m/min，加强连铸过程一冷、二冷工艺控制。

优选的，所述加热工艺采用冷装，控制加热炉内的气氛，保证其为还原性或中性。加热温度为1150～1200℃，加热参考时间按7～10min/cm，保证钢坯烧匀烧透。均热时间不少于40min。

优选的，所述轧制工艺采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧机进行≥1000℃的完全再结晶轧制，中间坯厚度为2.0～3.4倍成品厚度，奥氏体未再结晶区累计压下量不低于60％。

优选的，所述缓冷工艺中钢板轧后要尽快进行缓冷，开始缓冷温度不能低于350℃，缓冷时间≥36小时。

本发明的耐候结构钢板具有成分简单和成本低廉等优势，本发明通过合理的合金元素配比与最优轧制工艺相结合，最大限度发挥了耐腐蚀元素Cu、Cr、Ni和P改善耐候性能的作用，并保证良好的综合力学性能、优良的焊接性能与成型性，特别适合大气腐蚀条件苛刻的无涂装钢结构使用，尤其满足新一代高强度铁道车辆用钢的要求。

附图说明

图1-图3分别为发明实施3钢板近表面、1/4和1/2厚度处的显微组织。

具体实施方式

本实施例的钢板采用如下的方法制备：

铁水预处理→120t转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→铸坯缓冷→铸坯清理→加热→除鳞→粗轧→精轧→热矫直→钢板标识→钢板缓冷→剪切→标识→入库。

参见表1-3，本实施例1-3均按以上工艺生产，钢的主要化学成分见表1，实际生产工艺见表2，钢的力学性能见表3，实施例3获得的近表面、1/4和1/2厚度处的显微组织分别见图1-3。可看出：试制钢板的金相组织由铁素体和珠光体组成，铁素体晶粒均匀细小，珠光体团弥散地分布在在铁素体基体上，为钢板良好的综合性能提供了金相组织的保证。

为了更好地反映出本发明钢板耐大气腐蚀性能的特点，本实施方法提供了1组钢板的耐大气腐蚀检测结果见表4。实验标准参照TB/T2375-93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》，并得到其实验室周期浸泡加速腐蚀不同时间后的腐蚀率，见表4。

从以上表中数据可以看出，该工艺简单易于操作，钢板具有良好的综合性能，适合大规模工业生产。

表1本发明钢板化学成分实例

表2本发明钢板实际生产工艺实例

表3本发明钢板力学性能实例

表4本发明钢板周期浸润不同时间的腐蚀率(mm/a)

本发明并不局限于上述实例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。

Claims (10)

1.一种高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述高磷耐候结构钢板按重量百分比含量计包括：C：0.05-0.11％，Si：0.20-0.45％，Mn：0.55-0.95％，P：0.07-0.10％，S：≤0.005％，Cu：0.25-0.40％，Cr：0.30-0.65％，Ni：≤0.10％，Nb：0.015-0.040％，Ti：≤0.025％，Al：≥0.020％，Ca：0.001-0.005％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

2.根据权利要求1所述高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述碳当量按照CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15计算时不高于0.35％。

3.根据权利要求1或2所述的高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述Ca含量和所述S含量的比值不低于1.0。

4.根据权利要求1或2所述的高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述Mn含量和所述C含量的比值不低于10。

5.根据权利要求1或2所述的高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述Mn含量和Si含量的比值为4.5-5.0。

6.根据权利要求1或2所述的高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述耐大气腐蚀性指数I按照如下的公式进行计算时，其值不低于7.3，I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)－7.29(％Cu)(％Ni)－9.10(％Ni)(％P)－33.39(％Cu)2≥7.3。

7.根据权利要求1或2所述的高磷耐候结构钢板，其特征在于，所述Ni含量和所述Cu含量比不低于0.3。

8.权利要求1-7任一所述的高磷耐候结构钢板的生产方法，包括以下步骤：

铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→铸坯缓冷→铸坯清理→加热→除鳞→粗轧→精轧→热矫直→钢板标识→钢板缓冷。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的奥氏体未再结晶区累计压下率不低于60％。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述钢板缓冷时，开始缓冷温度不低于350℃，缓冷时间≥36小时。