CN106811684A

CN106811684A - 屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN106811684A
Application number: CN201510861192.XA
Authority: CN
Inventors: 殷胜; 万兰凤; 孙明军
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: CN106811684B

Abstract

本发明涉及一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板及其制造方法，解决现有的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的表面易生成锈红色氧化铁皮、生产成本高的技术问题。本发明提供的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.06%～0.09%、Si：0.25%～0.35%、Mn：1.65%～1.75%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb：0.050%～0.070%、Ti：0.085%～0.095%、Ca：0.0015%～0.0045%、Alt:0.02%～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明热轧钢板表面无锈红色氧化铁皮，用于集装箱面板、结构零部件制作。

Description

屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及集装箱用钢板，特别涉及一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板及其制造方法。

背景技术

集装箱作为现代物流不可或缺的产品，在当今经济发展中发挥的重要作用。随着集装箱行业竞争激烈，降低集装箱用钢的采购成本，是集装箱制造企业的必然要求；提高集装箱用钢的强度，可减轻集装箱自重，集装箱自重的减轻可以在保证内容积不变的情况下，使装运集装箱的卡车、火车和船只能装载更多的集装箱数量，符合当今社会绿色、环保发展的趋势；另外集装箱的海运要求，对集装箱耐腐蚀性有要求，虽然集装箱表面会涂饰，但是在钢表面存在锈红色氧化铁皮的情况下，会严重影响其涂饰质量，最终影响集装箱的耐腐蚀性，因此必须控制集装箱板表面质量。

中国申请号为CN201010578817.9，名称为一种铌-硼复合热轧高强度集装箱钢板及其制备方法公开的技术方案中集装箱钢板的合金成本较高，合金设计有0.3％～0.5％Cu、0.2％～0.4％Ni、0.3％～0.5%Cr等，特别当Mn含量在1.80%以上时，钢在连铸过程容易出现Mn偏析，对于屈服强度在700Mpa级别的高强钢来讲，连铸过程的Mn偏析在热轧过程无法完全消除，容易导致服役过程从偏析处失效，造成安全事故。

中国申请号为CN200610116562.8，名称为高强度冷成型热连轧钢板及其生产方法公开的技术方案中钢板的合金成本较本发明高，因为在其他合金元素基本相同的条件下，其合金设计中有0.1%～0.5%Mo，故其合金成本比本发明高；更重要的是其成分设计中有均值为0.35%的Si，且无特殊工艺来改善Si带来的表面锈红色氧化铁皮问题。根据热轧含Si钢生产一般经验，如此含量的Si易产生锈红色氧化铁皮，不能满足集装箱钢用户涂饰性要求。

中国申请号为CN200810028556.6，名称为一种700Mpa级复合强化贝氏体钢及其制备方法公开的技术方案中钢的合金设计中有Cr：0.50%～0.80％，且Ti：0.10%～0.15%，合金成本高。

世界上50%以上的集装厢在中国生产，低成本、高表面质量的集装厢用钢技术改进中国集装厢行业降低用钢成本迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板及其制造方法，解决现有的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的表面易生成锈红色氧化铁皮、生产成本高的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.06%～0.09%、Si：0.25%～0.35%、Mn：1.65%～1.75%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb：0.050%～0.070%、Ti：0.085%～0.095%、Ca：0.0015%～0.0045%、Alt:0.02%～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳元素是影响高强度低合金高强度钢的强韧性的主要元素，碳增加可提高强度，但降低韧性，本发明设定的C含量为0.06%～0.09%。

硅：硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，碳钢中每增加0.1%重量百分比的硅，可使热轧钢的抗拉强度提高7.8Mpa～8.8Mpa，、屈服强度提高3.9Mpa～4.9Mpa。但是硅含量超过0.4%以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，本发明通过特定热轧工艺减小硅对表面质量的不利影响，本发明限定Si含量为0.25%～0.35%。

锰：锰是高强度低合金高强度钢的基本合金化元素。本发明限定Mn含量为1.65%～1.75%，以提高屈服强度。

磷、硫：磷在高强度低合金高强度钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，磷会导致钢材“冷脆”。硫易与锰形成硫化锰夹杂，降低钢的韧性，降低宽冷弯合格率，硫会导致“热脆”。因此高钢级集装箱用钢中尽量降低磷、硫含量。本发明采用喂钙线等夹杂物变性处理技术，使夹杂物球化，均匀分布，减少其不利影响。综合考虑，本发明限定P≤0.015%，S≤0.003%。

铌：铌是高强度低合金高强度钢的主要微合金化元素，主要起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的碳氮化铌在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。本发明限定Nb含量为0.050%～0.070%。

钛：钛在低碳微合金钢中，加入钛可细化晶粒和析出强化，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与钛能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中晶粒大小有关，同时Ti加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散；由于钛在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此钛的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善焊接热影响区的韧性。本发明限定Ti含量为0.085%～0.095%。

钙：钙可与硫结合降低带状组织级别，另可实现夹杂物变性使夹杂物球化，均匀分布夹杂物，防止高强钢冷弯过程在夹杂物处应力集中导致开裂，满足集装箱板弯曲成形要求。本发明限定Ca含量为0.0015%～0.0045%。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.02%～0.05%。

一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的制造方法，该方法包括：

经真空脱气处理后的钢水进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.06%～0.09%、Si：0.25～0.35%、Mn：1.65%～1.75%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb：0.050%～0.070%、Ti：0.085%～0.095%、Ca：0.0015%～0.0045%、Alt:0.02%～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；

连铸板坯经加热炉加热后进行热轧，所述加热炉加热工艺为，连铸板坯在炉时间为180Min～240Min，加热炉均热段的温度1210℃～1230℃，连铸板坯出炉温度为1245℃～1280℃，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840℃～880℃，精轧后钢板厚度为3.0～8.0mm，层流冷却采用前段冷却，冷却速度≥60℃/s；卷取温度为540℃～580℃卷取得到热轧钢卷；

热轧钢卷移至缓冷坑进行缓冷，缓冷阶段热轧钢卷的冷却速度≤10℃/h，缓冷终点热轧钢卷温度为80℃～100℃。

进一步，连铸板坯经加热炉加热时，所述加热炉空气过剩系数为0.9～1.0，制造出的热轧钢板的表面质量优、成本低。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热工艺设定

本发明设定加热炉空气过剩系数为0.9～1.0，即加热炉中实际燃烧空气量和理论燃烧空气量之比；加热炉的空气过剩系数高于1.0，表明加热炉中实际燃烧空气量超过理论燃烧空气量过多，将会导致连铸坯表面氧化铁皮过多，后续热轧过程难于去除，对于表面质量控制不利，而且钢铁烧损过大，成本过高；空气过剩系数低于0.9，表明加热炉中实际燃烧空气量远低于理论燃烧空气量，造成加热过程燃料消耗过大，成本控制较高；空气过剩系数控制在0.9～1.0，表明加热炉中实际燃烧空气量略低于理论燃烧空气量，此时加热炉中属于弱还原气氛，此时可以实现表面质量和成本控制的平衡。

加热炉均热段温度1210℃～1230℃，原因为均热段是连铸坯在加热炉相对停留时间较长的地方，根据常识Si含量为0.25%及以上的连铸坯若是在1170℃±20℃长时间停留，将会导致2FeO•SiO2生成，该生成物会嵌入带钢表面一定深度，造成后续粗轧和精轧过程除鳞过程难以去除，随着轧制过程的进行，导致后续热轧板表面出现锈红色氧化铁皮。而将均热段温度控制在1210℃～1230℃，可以较为经济地实现此目的。若是均热温度更高，可实现同样目的，但能耗将会更高，于成本控制不利。若是加热温度过低，则无法发挥Nb、Ti等微合金元素的作用，导致成品强度不足，无法实现本发明目的。

连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案Nb、Ti 含量较高，在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的板坯加热时，将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此本发明设定连铸板坯在加热炉均热段的温度1210℃～1230℃，连铸坯出炉温度控制在1245℃～1280℃，在炉时间为180min～240min。

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。通过理论计算，本发明成分设计下再结晶温度为1000℃附近，故本发明设定粗轧结束温度为1020℃～1070℃。

3、精轧结束温度设定

本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，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。本发明晶粒细化很重要，细晶强化可以在不降低强度同时实现高韧性。另一方面精轧温度也不能过低，过低的精轧温度容易诱发Nb、Ti微合金碳、氮化物在轧制过程中的奥氏体状态析出，导致在后续的相变过程中没有足够的析出物，影响析出强化效果。本发明成分设计下Ar₃温度为820℃，故精轧结束温度设定为840℃～880℃。

4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定

本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和Nb、Ti微合金碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制Nb、Ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出，在形变奥氏体中保留固溶Nb、Ti元素，使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的Nb、Ti微合金碳氮化物成为可能；冷却速度过慢，无法抑制Nb、Ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出。因此本发明设定层流冷却阶段采用前段强冷，冷却速度≥60℃/S。

5、热轧卷取温度的设定

热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明中有Nb、Ti，根据铌钛微合金元素最佳析出温度，将卷取温度设计为540℃～580℃。若是卷取温度低于540℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出受到抑制而强度不足；若是卷取温度高于580℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出物粗化而导致韧性不足，后续用户折弯、冲压等过出现开裂问题。

6、缓冷阶段的热轧钢卷冷却速度和缓冷终点热轧钢卷温度的设定

钢卷缓慢冷却的作用使钢板进一步充分析出Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子，并缩小钢卷内圈和外圈的性能波动。Nb、Ti微合金碳、氮化物在铁素体区间的析出需要合适的温度区间和时间，如板卷冷却速度过快，Nb、Ti微合金碳、氮化物不能充分析出，强度不足。另外，如钢卷冷却过快，钢卷外圈冷却较快，强度较低，钢卷卷中部位冷却较慢，强度较高，则钢卷的性能波动较大。综合考虑，本发明设定缓冷阶段热轧钢卷的冷却速度≤10℃/h，缓冷终点热轧钢卷温度为80℃～100℃。

本发明得到的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的显微组织为细晶粒铁素体+Nb和Ti的碳氮化物析出物，铁素体基体上有均匀析出的Nb和Ti的碳氮化物，铁素体的晶粒度为10-12级；其3～8mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm为800MPa～950MPa，断后伸长率A≥19%。

本发明得到的热轧钢板的表面无锈红色氧化铁皮，表面质量高。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1．本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，得到了一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，在具有低成本的同时具有高强度性能，且高涂饰性，满足了集装箱制造企业对集装箱钢板高强度减薄、高涂饰性和低成本的需求。

2．本发明成分设计采用低C、高Mn、高Ti、中Nb的成分体系，能够获得细晶粒铁素体+Nb和Ti的碳氮化物析出物，并且能够通过相间析出行为在铁素体基体上获得均匀析出的Nb和Ti的碳氮化物，保证获得低成本、高强度和伸长率。

3．本发明热轧轧制工艺的特点在于通过合适的板坯加热温度、热轧终轧温度、精轧后冷却工艺，获得合适Nb和Ti的碳氮化物数量和尺寸，并且通过在铁素体基体上获得均匀析出的Nb和Ti的碳氮化物强化了铁素体，在低成本的同时获得了高强度。

．本发明热轧钢板的表面无锈红色氧化铁皮，表面质量高，用其加工的集装箱面板、结构零部件的涂饰性好，用其制成的集装箱使用寿命长。

附图说明

图1是本发明实施例1热轧钢板的显微组织金相照片；

图2是本发明实施例1热轧钢板组织中铁素体基体上Nb和Ti的碳氮化物透射电镜照片；

图3是本发明实施例1热轧钢板组织中铁素体基体上Nb和Ti的碳氮化物能谱照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例钢的化学成分（按重量百分比计），余量为Fe及不可避免杂质。

表1 本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比

按照本发明材料成分设计的要求，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 搅拌时间大于5 分钟，RH 炉进行成分微调、真空循环脱气处理，保证RH 纯脱气时间大于15分钟，同时喂适量的钙-铁线，全程吹Ar保护浇铸，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，工艺控制参数见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制，精轧后层流冷却采用前段冷却，然后进行卷取获得热轧钢卷。

具体制备方法及实验结果表2：

表2 本发明实施例热轧工艺控制参数

热轧钢卷移至缓冷坑进行缓冷，缓冷阶段控制参数见表3。

表3 本发明实施例缓冷阶段控制参数

利用上述方法得到屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板。参见附图1、2，热轧钢板的显微组织为细晶粒铁素体+Nb和Ti的碳氮化物析出物（图1），铁素体基体上有均匀析出的Nb和Ti的碳氮化物（图2），铁素体的晶粒度为10-12级，铁素体基体上Nb和Ti的碳氮化物能谱照片见图3。

将本发明得到的热轧钢板按照《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4。

本发明得到的热轧钢板具有高强度、高涂饰性、制造成本低的优点，其3～8mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm为800MPa～950MPa，断后伸长率A≥19%。

表4 本发明热轧钢板的力学性能

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

1.一种屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.06%～0.09%、Si：0.25%～0.35%、Mn：1.65%～1.75%、P≤0.015%、S≤0.003%、Nb：0.050%～0.070%、Ti：0.085%～0.095%、Ca：0.0015%～0.0045%、Alt:0.02%～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，其组织为细晶粒铁素体+微量Nb和Ti的碳氮化物析出物，铁素体基体上有均匀析出的Nb和Ti的碳氮化物，所述铁素体的晶粒度为10-12级。

3.如权利要求1或2所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板，其3～8mm厚热轧钢板的上屈服强度ReH≥750MPa，抗拉强度Rm为800MPa～950MPa，断后伸长率A≥19%。

4.如权利要求1—3任一所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的制造方法，包括：

经真空脱气处理后的钢水进行连铸得到连铸板坯；

连铸板坯经加热炉加热后进行热轧，所述加热炉加热工艺为，连铸板坯在炉时间为180Min～240Min，加热炉均热段的温度1210℃～1230℃，连铸板坯出炉温度为1245℃～1280℃，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020℃～1070℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840℃～880℃，精轧后层流冷却采用前段冷却，冷却速度≥60℃/s；卷取温度为540℃～580℃卷取得到热轧钢卷；

5.如权利要求4所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的制造方法，其特征在于，连铸板坯经加热炉加热时，加热炉空气过剩系数为0.9～1.0。

6.如权利要求4所述的屈服强度750Mpa级集装箱用热轧钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，控制钢板成品厚度为3mm～8mm。