CN106367681B - 一种低成本超低碳火车车皮用钢板的制备工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本超低碳火车车皮用钢板的制备工艺方法，属于热轧钢板技术领域。本发明相对于传统的热轧钢板，降低了传统热轧钢板中Si和Cr的含量，提高C和Cu的含量，并在轧制过程中，提高精轧开轧温度和终轧温度，降低卷曲温度。本发明提供的工艺方法流程简单，成本低。选用廉价的合金替代昂贵的合金，通过优化工艺参数，提高耐候钢板的耐腐蚀性。

Description

一种低成本超低碳火车车皮用钢板的制备工艺方法
技术领域
本发明属于热轧钢板技术领域，涉及火车车皮用钢的制备工艺方法，特别是涉及超低碳微合金的耐候钢及其制备工艺方法。
背景技术
目前铁路领域，火车车皮主要用热轧耐候钢板，热轧钢板具有优越的机械性能和低廉的市场价格，在基础设施建设中的应用也较为广泛。然而热轧钢板在存储和使用过程当中，容易受到周围环境腐蚀气氛的影响，导致钢板因锈蚀而失效。各工业发达国家的钢板腐蚀年损失是国民经济总产值的2％～4％。近20年来，我国冶金、化工、能源、交通、造纸等工业的发展，带来了对自然环境的污染，不仅导致生态环境的破坏，而且使钢材的腐蚀速率增大5～10倍。
目前，很多钢铁企业为了减慢或者防止环境对热轧钢板的腐蚀，通常采用两种措施：一是在钢种冶炼时添加Ni、Cu、Al等提高耐蚀性的合金元素；二是在钢板表面进行相应的防腐措施，例如喷涂耐蚀涂层。上述两种措施都会增加生产工序和生产成本，同时合金元素的添加和涂层的喷涂还会产生多余污染物的排放，造成环境污染。
热轧钢板在生产过程中，不可避免地会在钢板表面产生氧化皮。钢种成分、除磷工艺、轧制工艺参数都对氧化皮的性能(包括组织结构、厚度、粘附力等)有重要的影响。同时，氧化皮的性能又决定了热轧钢板的耐大气腐蚀能力和钢板表面质量。例如，Fe2O3相含量较多的氧化皮极大地降低了钢板的耐蚀能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本超低碳微合金耐候钢的制备工艺方法。与传统耐候钢不同的是，本发明的制备工艺方法不通过添加耐蚀合金元素或喷涂涂层的方法提高热轧钢板的耐蚀性能，而只是通过优化钢种成分和热轧工艺参数，在热轧钢板表面获得具有防腐蚀性能的氧化皮，达到提高钢板耐蚀性能的目的。
本发明提供的一种低成本超低碳微合金耐候钢的制备工艺方法，相对于传统的热轧钢板，本发明降低了传统热轧钢板中Si和Cr的含量，提高C和Cu的含量，并在轧制过程中，提高精轧开扎温度和终扎温度，降低卷曲温度。
具体涉及内容如下步骤：
第一步，成分设计：
本发明的超低碳微合金耐候钢的合金成分及重量百分数含量(总量为100％)为：C0.04～0.06％、Mn 1.50～1.60％、Si 0.13～0.15％、P＜0.01％、Cr＜0.10％、Cu 0.15～0.18％、Ni 0.02％、Nb 0.05～0.07％，其余为Fe。
第二步，设定热轧温度：
选取粗轧终了温度大于1040℃，精轧开扎温度为960～980℃，精轧终扎温度为850～870℃。
第三步，设计热轧压下率和轧制温度：
所述的热轧压下率应为30％以下，所述的轧制温度为900℃以上。
第四步，设计卷曲工艺参数。在进行卷曲前，层流冷却速度大于20℃/min，卷取过程中，温度卷取温度为520～550℃。优选的，层流冷却速度为20～30℃/min。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供的工艺方法流程简单，成本低。
(2)本发明选用廉价的合金替代昂贵的合金，通过优化工艺参数，提高耐候钢板的耐腐蚀性。
附图说明
图1A为传统热轧钢板表面氧化皮的截面微观组织。
图1B为本发明中涉及的热轧钢板表面氧化皮的截面微观组织。
图2为本发明中热轧钢板与传统热轧钢板的动电位极化曲线。
图3A为传统热轧钢板的盐雾试验结果。
图3B为本发明实施例中给出的热轧钢板的盐雾试验结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种低成本超低碳微合金耐候钢板的制备工艺方法，所述方法包括如下内容：
1)成分设计：本发明提供的低成本超低碳微合金耐候钢，将传统热轧钢板中Si元素含量降低2％，Cr元素含量降低14％，同时C元素含量提高2％，Cu元素含量提高15％，其余元素含量不变，得到最终的合金成分及重量百分数含量(总量为100％)为：
C 0.04～0.06％、Mn 1.50～1.60％、Si 0.13～0.15％、P＜0.01％、Cr＜0.10％、Cu 0.15～0.18％、Ni 0.02％、Nb 0.05～0.07％，其余为Fe。
2)热轧温度设计：开轧温度主要影响氧化皮的厚度，温度越高，氧化皮厚度越大，反之亦然；终轧温度主要影响氧化皮的组织结构，温度越高，最终氧化皮中Fe3O4含量越高，反之亦然。因此，为了获得薄的、多的Fe3O4的氧化皮，在保证钢板机械性能的基础上，热轧温度应该控制在低的开轧温度和高的终轧温度。本发明中选取粗轧终了温度大于1040℃，精轧开轧温度为960～980℃，精轧终轧温度为850～870℃。
3)热轧压下率和轧制温度设计：氧化皮在热轧过程中能够随基体发生一定的变形，但是若热轧压下率过大或者热轧温度过低，氧化皮将发生开裂破碎，严重影响热轧钢板的耐腐蚀性能。为了保证氧化皮在热轧过程中不发生开裂或剥落，压下率应控制在30％以下，同时轧制温度应控制在900℃以上。
4)卷曲工艺参数设计：在热轧过程中，由于温度较高，氧化皮的结构主要是由内层FeO、中间层Fe3O4和外层Fe2O3组成，在卷取过程中，随着温度的降低，FeO将发生相变，相变种类和速率受到卷取温度、冷却速率和供氧差异等因素的影响。为了获得Fe3O4含量高、耐蚀性好的氧化皮，层流冷却速度大于20℃/min，温度卷取温度为520～550℃。
本发明与传统超低碳微合金热轧钢板的化学成分对比如表1所示。
表1本发明热轧钢板与传统热轧钢板的化学成分对比(wt.％)
含量％ C Mn Si P Cr Cu Ni Nb Fe
传统热轧钢板 0.04 1.56 0.23 ＜0.01 0.21 0.03 0.10 0.07 余量
本发明热轧钢板 0.06 1.60 0.13 ＜0.01 0.07 0.18 0.02 0.07 余量
相对于传统热轧钢板，本发明中降低了Si和Cr的含量，钢板强度降低。为了补偿钢板的强度损失，本发明提高钢中C和Cu的含量，通过固溶强化和析出强化的作用来提高强度。
合理的开轧温度和终轧温度及道次压下率(也叫热轧压下率)、缩短轧制道次间隔时间和合适的卷取温度是控制氧化皮特性的有效手段。本发明热轧工艺参数与传统热轧工艺参数对比如表2所示。层流冷却速度20～30℃/s。
表2本发明工艺参数与传统工艺参数对比
工艺参数 粗轧终了温度/℃ 精轧开轧温度/℃ 精轧终轧温度/℃ 卷取温度/℃
传统 >1020 920～940 820～830 570～600
本发明 >1040 960～980 850～870 520～550
本发明热轧钢板表面氧化铁皮的截面组织(图1B)与传统钢板的截面组织(图1A)对比，通过背散射电子成像可以辨别出Fe3O4(深色)和FeO(浅色)，可以看出：两者氧化皮的厚度相差不大，在15～20μm范围内。但是传统热轧钢板的氧化皮主要以FeO组成，其体积分数占到70％左右；而本发明热轧钢板的氧化皮主要以Fe3O4组成，其体积分数达到了80％。
图2为本发明热轧钢板与传统热轧钢板的极化曲线的对比。通过图2所得的极化曲线，计算得出个电极反应的自腐蚀点位Ecorr和自腐蚀电流密度Icorr及点蚀电位如表3所示。其中，点蚀电位是根据国标GB T 4334.9-48确定的，以阳极极化曲线上对应电流密度10/100μA/cm2的电位中最正的电位值来表示点蚀电位，符号Eb10或Eb100。由表3可以看出，传统热轧钢板试样的自腐蚀电位较低，本发明热轧钢板试样的自腐蚀电位较高。说明本发明热轧钢板的耐腐蚀性能得到了显著地提高，具有较强的耐大气腐蚀能力。
表3两种试样的电化学参数
试样 自腐蚀电位Ecorr 自腐蚀电流密度Icorr *点蚀电位Eb100
传统热轧钢板 -0.5755V 2.0938μm/cm2 -0.2649V
本发明热轧钢板 -0.3996V 0.2761μm/cm2 -0.1268V
图3为传统热轧钢板与本发明热轧钢板两种试样的盐雾试验照片。试验结果证明，本发明热轧钢板的耐蚀能力远远高于传统的热轧钢板，在盐雾试验12小时后传统热轧钢板已发生了严重的锈蚀，而本发明热轧钢板仍然未发生锈蚀。

Claims (2)

1.一种低成本超低碳火车车皮用钢板的制备工艺方法，其特征在于：所述的低成本超低碳火车车皮用钢板的合金成分及重量百分数含量为：C 0.06％、Mn 1.60％、Si 0.13％、P＜0.01％、Cr 0.07％、Cu 0.18％、Ni 0.02％、Nb 0.07％，其余为Fe；在轧制过程中，提高粗轧终了温度、精轧开轧温度和终轧温度，降低卷曲温度；所述的粗轧终了温度大于1040℃，精轧开轧温度为960～980℃，精轧终轧温度为850～870℃；轧制过程中，设计热轧压下率30％以下，轧制温度为900℃以上；在进行卷曲前，层流冷却速度为20～30℃/min，卷取过程中，卷取温度为520～550℃；热轧钢板的氧化皮中Fe3O4体积分数达到了80％；自腐蚀电位相对于传统热轧钢板提高；盐雾试验12小时后仍然未发生锈蚀。
2.一种低成本超低碳火车车皮用钢板，其特征在于：采用权利要求1所述的制备工艺方法制备得到；热轧钢板的氧化皮中Fe3O4体积分数达到了80％；自腐蚀电位相对于传统热轧钢板提高。
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