CN106435406A

CN106435406A - 一种厚规格低合金耐候钢板及其制造方法

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Publication number: CN106435406A
Application number: CN201510495661.0A
Authority: CN
Inventors: 胡恒法; 张春; 张春一; 王运起; 贺应广
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-08-13
Also published as: CN106435406B

Abstract

本发明涉及一种厚规格低合金耐候钢板及其制造方法，解决现有厚度为10mm～19mm耐候钢板生产成本高的技术问题。本发明提供的一种厚规格低合金耐候钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.05%,余量为铁和不可避免的杂质元素，且上述元素含量须满足碳当量的值≤0.55％。本发明耐候钢板可用于建筑结构和桥梁等大型钢结构。

Description

一种厚规格低合金耐候钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐候钢板及其制造方法，特别是一种厚规格低合金耐候钢板及其制造方法。

背景技术

耐候钢具有优良的耐大气腐蚀性能，在一定条件下可以不用涂装，大大减少了钢结构的运行和维护成本，具有显著的环保效应。因此，耐候钢相比于普通钢在桥梁、建筑结构等大型钢结构工程的应用中具有显著的优势。

公开号为CN 1664152A ,专利名称为“一种铁路车辆用的高强度耐腐蚀钢板及其制备方法”，公开的钢板化学成分C≤0.10%、Si≤2.00%、Mn≤2.00%、P≤0.040%、S≤0.030%、Cr8.00-12.0%、Ni0.2-0.5%，该专利Cr含量高达8.00-12.0%，合金成本高，钢卷还需要在700±10℃保温6-12小时退火，生产工艺复杂且周期长。

公开号CN 101144139A，专利名称为“一种高强度耐候低合金电力杆用钢及其制备方法”，公开的钢板化学成分：C：0.06-0.12%、Si：0.15-0.35%、Mn：1.0-1.4%、S≤0.030%、P≤0.030%、Cu：0.15％～0.30％、Al＜0.04%、Nb：0.01-0.03%，该专利C含量0.06-0.12%，特C含量在0.9-0.11%包晶反应剧烈，容易导致连铸液面波动，从而使连铸坯表面质量恶化，导致钢板表面质量较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚规格低合金耐候钢板及其制造方法，解决现有厚度为10mm～19mm耐候钢板生产成本高的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种厚规格低合金耐候钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.55%,余量为铁和不可避免的杂质元素，且上述元素含量须满足碳当量≤0.47％，其中Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。

根据美国金属学会提出的用于评价低合金钢焊接性碳当量公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，当碳当量≤0.55％，钢板具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接；本发明钢板具有良好的焊接性能。

本发明所述的厚规格低合金耐候钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：C是钢中有效的强化元素，可以溶入基体中起到固溶强化的作用，且能够形成细小的碳化物析出粒子，起到析出强化的作用提高碳含量，对提高强度有利，但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，碳含量过高还会在钢板中心偏析带，对弯曲性能成型性不利。同时过高的碳含量增加焊接碳当量，不利于焊接加工，本发明设定的C含量为0.10%～0.20%。

硅：硅固溶在钢板基体中有明显的强化效果，但是硅含量过高对钢板塑性和韧性不利，同时硅含量过高会在热轧板表面形成严重的难以去除的Fe₂O₃，影响产品外观及后续表面处理，本发明设计中不将硅作为强化元素，在生产中将硅作为杂质元素控制，根据现有的工艺控制能力，本发明设定Si≤0.05%。

锰：锰在本发明中一方面可以起到固溶强化的作用，同时能扩大γ区，降低γ→α转变温度，细化铁素体晶粒和珠光体片间距。但Mn含量高，会相应增加钢的成本，同时会形成带状偏析组织降低成型性能，也会增加碳当量，不利于焊接。本发明限定Mn含量范围为0.35%～0.45%。

硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层，严重影响钢板的冷成型性。同时含硫量高对钢的焊接性不利。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降。但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定S≤0.008%，P≤0.025%。

铜：添加一定数量的Cu 对于强化耐腐蚀性至关重要；但加入过多的Cu(≥0.45％) 时，损害钢板的焊接工艺性，强化焊接热裂纹敏感性；但如果加入Cu 含量过少(＜0.20％)，达不到无涂装耐候性要求，因此Cu含量控制在0.25％～ 0.35％之间。

Cr：Cr是提高钢耐候性的有效元素之一，本发明未采用高含量的P来提高钢的耐候性，因此必须保证较高的Cr含量，另一方面，Cr含量过高将影响钢的韧性，且钢的焊接性也明显变差，因而Cr含量控制在0.7%～0.85%。

钛：钛在本发明中的作用一是能和钢中的氮结合成TiN，减少有力N对钢的不利影响，另一方面Ti能够阻碍焊接焊接热影响区过热区的奥氏体组织粗化，有效提高厚规格热轧产品的焊接性能。本发明限定Ti含量为0.01%～0.02%。

锑：对提高钢材的耐二氧化硫、三氧化硫腐蚀有较强的帮助，但是锑含量偏高会造成焊接性能变坏，本发明限定Sb含量为0.055%～0.08%。

铝：Alt是有效脱氧元素之一，而且可形成氮化物来细化晶粒。本发明限定Alt含量控制在0.015～0.050％。

一种厚规格低合金耐候钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.05%,余量为铁和不可避免的杂质元素，且上述元素含量满足碳当量≤0.55％，其中Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15；

连铸板坯经加热炉加热至1180℃～1220℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃，粗轧控制中间坯厚度为44mm～46mm；精轧为6道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为800℃～840℃，精轧压下率大于60%；精轧后，钢板成品厚度为10～19mm，层流冷却采用前段强冷，卷取温度为500℃～540℃卷取得到成品。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热温度的设定

板坯加热温度首先必须保证Ti等合金元素充分固溶，但是如果加热温度过高则会使原始奥氏体晶粒粗大，使钢的组织粗大，不利于成型性能，并且要消耗过多的能源。本发明设定的连铸板坯加热温度为1180℃～1220℃。

2、粗轧结束温度设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此本发明设定粗轧结束温度为1010～1050℃。

3、精轧结束温度和中间坯厚度设定

本发明精轧结束温度设定的目的是通过在奥氏体临界温度（Ar₃）附近结束轧制变形厚规格热轧钢板中获得超细晶粒组织，必须要保证在较低温度(Ar₃附近)实施大变形量。通过奥氏体未再结晶区较低的温度范围内进行轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，增加晶界面积，增加相变形核核心，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。因此终轧温度过高，则无法发挥细晶强化作用，终轧温度过低，一方面增加轧机负荷，另一方面则会进入两相区轧制导致混晶的发生。因此本发明设定精轧结束温度为800℃～840℃，中间坯厚度是保证精轧有足够的压下率，但是过大的中间坯厚度会增加精轧设备的负荷，并且影响轧制速度，降低生产效率本发明设定中间坯厚度为44mm～46mm。

4、热轧卷取温度的设定

变形后快的冷却速度可以抑制铁素体晶粒长大，同时低的卷取温度还能够消除元素偏析形成的带状组织，提高厚规格热轧钢板的冷弯成型性能。但是卷取温度过低，容易形成魏氏组织反而会降低材料的塑性和韧性。综合考虑，本发明设定热轧卷取温度为500℃～540℃。

本发明得到的厚度为10～19mm的耐候钢板的显微组织为细晶粒铁素体+细小珠光体，耐候钢板的下屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A≥24%，具有优良的焊接性。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过优化材料化学成分设计，不采用高含量的P，通过合理的合金成分配比，充分发挥C的强化效果，以减少合金元素的使用量，降低产品的合金成本；通过控制碳当量≤0.55％，因而具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接，本发明方法生产的耐候钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。

2、本发明材料化学成分设计中不将硅作为强化元素，在生产中将硅作为杂质元素控制，避免了由于钢中含硅导致热轧板表面形成严重的难以去除的Fe₂O₃，钢板表面质量好。

3、本发明通过控制S%来抑制C%增加对钢板延伸率带来的不利影响，获得的耐候钢板断后伸长率A≥24%。

4、本发明通过在未再结晶区的轧制变形与820℃附近的低温终轧使奥氏体晶粒扁平化，增加晶界面积，增加相变形核核心；另一方面通过520℃附近的低温卷取抑制铁素体晶粒长大，充分细化微观组织。获得的厚规格冷成型用钢具有低成本、高强度、高延伸率。

5、本发明采用了控制热轧温度和控制冷却温度的工艺进行生产，无需淬火和回火等热处理工序，降低了生产成本，缩短了生产周期。

具体实施方式

下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明，如表1～4所示：

表1 本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

实施例1-4中，碳当量的值依次分别为0.39、0.39、0.38、0.40，碳当量根据Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15确定，其中Mo、V的含量取为0。

采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar 站( 或LF 炉) 保证底吹Ar处理后得到上述成分的钢水，连铸采用全程吹Ar保护浇铸成连铸板坯。

连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，先通过粗轧轧机进行粗轧轧制，粗轧控制中间坯厚度为44mm～46mm，精轧连轧机组控制轧制后，进行控制快速冷却，然后进行卷取，生产出合格热轧板卷，钢板成品厚度为10～19mm，热轧工艺控制参数见表2。

表2 本发明热轧工艺控制参数

利用上述方法得到的耐候钢板的显微组织为细晶粒铁素体+细小珠光体组织。

将本发明得到的耐候钢板按照《GB/T228.1-2010 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。

本发明得到的耐候钢板具有高强度、高延伸率的优点，同时具有良好焊接性能，热轧钢板的下屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率≥24%。

表3 本发明耐候钢板的力学性能

本发明得到的耐候钢板进行耐大气腐蚀性能测试：分别用普通碳钢Q345B 及高强耐候钢Q450NQR1作为对比样品，按耐候钢周期浸润腐蚀试验方法(TB/T2375-93) 进行72h 的周期浸润循环腐蚀实验；通过计算样品单位面积腐蚀失重量求得平均腐蚀速率，进而求得钢种的相对腐蚀速率。测试参数见表4。

表4 本发明耐候钢板的耐大气腐蚀性能测试参数

耐大气腐蚀性能对比结果亦表明发明钢种的耐大气腐蚀性能与传统高强耐候钢Q450NQR1相当。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种厚规格低合金耐候钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.10%～0.20%，Si≤0.05%，Mn:0.35%～0.45%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cu：0.25%～0.35%，Cr:0.7%～0.85%，Ti:0.01%～0.02%，Sb:0.055%～0.08%，Alt:0.015%～0.05%,余量为铁和不可避免的杂质元素，且上述元素含量须满足碳当量≤0.55％。

2.如权利要求1所述的厚规格低合金耐候钢板，其组织为细晶粒铁素体+细小珠光体。

3.如权利要求1所述的厚规格低合金耐候钢板，其10～19mm厚耐候钢板的下屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm≥440MPa，断后伸长率A≥24%。

4.如权利要求1—3任一所述的厚规格低合金耐候钢板的制造方法，包括：

钢水经连铸得到连铸板坯；

连铸板坯经加热炉加热至1180℃～1220℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃，粗轧控制中间坯厚度为44mm～46mm；精轧为6道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为800℃～840℃，精轧压下率大于60%；精轧后，层流冷却采用前段强冷，卷取温度为500℃～540℃卷取得到成品。

5.如权利要求4所述的厚规格低合金耐候钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，控制钢板成品厚度为10～19mm。