CN107058873A

CN107058873A - 用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢及方法

Info

Publication number: CN107058873A
Application number: CN201710398392.5A
Authority: CN
Inventors: 甘晓龙; 蔡珍; 刘洋; 孙宜强; 徐进桥; 李国彬; 刘志勇; 汪水泽; 王成; 郑海涛
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2017-08-18

Abstract

用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其组分及wt%为：C：041~0.070%，Si：0.31~0.62%，Mn：1.2~1.5%，P：≤0.010%，S：≤0.008%，Cu：0.30~0.60%，Cr：0.50~0.80%，Ni：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.045%，Ti：0.051~0.080%，N：≤0.005%。生产步骤：冶炼、连铸并加热；精轧；常规层流冷却至卷取温度；卷取。本发明由于本发明采用的是Nb、Ti复合微合金化技术，并与薄板坯连铸连轧工艺的匹配结合，不仅使钢板在保证屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A ≥18%下，还具有生产流程短、能耗低、冷弯性能机耐蚀性能良好，钢板厚度在1.0~2.5mm，满足铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的要求。

Description

用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢及方法

技术领域

本发明涉及一种集装箱钢及生产方法，具体属于一种用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢及方法，产品的厚度不超过2.5mm。

背景技术

在我国铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的背景下，高强化、轻量化是铁路集装箱用耐候钢的发展方向，根据国家级产业政策，并要求节约能源，降低生产成本。

目前，铁路集装箱用耐候钢主要使用的钢板为屈服强度345MPa级，厚度在2.5mm以上的耐候钢，其单重较重，用钢量和运输成本较高。如何在保证铁路集装箱用钢的耐候性能及使用寿命的前提下，通过提高耐候钢的强度并降低产品的厚度不失为一种途径。但是从现有技术进行分析可知，目前所生产的该领域所使用的耐候钢，由于采用的是传统的生产线进行生产，其所生产的产品厚度只能在2.5mm以上的.。对于2.5mm以下厚度规格的，则是采用冷轧+退火的工艺方式而生产，这种生产方式存在生产工艺相对长，生产效率低，能耗高，不复合节能降耗。低成本，高效率的新的形势需求。

如经检索的：中国专利公开号为CN1609257A的文献，其公开了一种“针状组织高强度耐候钢及其生产方法”，具体成分如下C 0.01-0.04%、Si 0.15-0.30%、Mn 1.30-1.60%、P≤0.060%、S ≤0.010%、Cu 0.15-0.50%、Cr 0.20-0.40%、Ni 0.10-0.24%、Mo 0.10-0.30%、Nb 0.030-0.060%以及Ti ≤0.030%、Als ≤0.035%、Zr ≤0.010%和外加RE ≤0.40 kg / t钢或Ca ≤0.0050%中的两种或两种以上，余量为Fe 及不可避免的夹杂，其特点是采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-Al-Zr-RE或Ca中的两种或两种以上复合添加，最终得到500MPa级别，且具有针状组织的耐候钢，其成品厚度在32~60mm，其屈服强度≤550Mpa。该文献主要利用了Nb的细晶和析出强化作用，通过加入微量Ti等元素，以改善耐候钢的焊接性能。在高温形成的TiN非常稳定，在加热或焊接的高温条件下都不会溶解。微钛处理钢中的TiN颗粒可以阻止轧前加热过程中奥氏体晶粒粗化，并能有效抑制焊接热影响区的晶粒长大。其存在钢板厚度高达32mm以上，不能满足铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的要求。

美国专利号为US6315946的文献，公开了一种“Ultra-low Carbon BainiticWeathering Steel”，具体成分如下C 0.015-0.035%、Cu 0.20-0.40%、Cr 0.40-0.70%、Ni0.20-0.50%、Ti 0.01-0.05%、Nb 0.03-0.06%、B 0.0015-0.003%、Mn ≤2.0%、P ≤0.012%、S≤0.005%、Si ≤0.40%、Mo ≤0.50%、V ≤0.10%、Al ≤0.03%、N ≤0.006%，其特点是采用超低碳、Cu-Cr-Ni系成分设计，通过微合金元素Nb的细晶强化及控轧控冷得到所需力学性能及耐候性；加入微量Ti等元素主要是为了改善耐候钢的焊接性能，因为在高温形成的TiN非常稳定，在加热或焊接的高温条件下都不会溶解。微钛处理钢中的TiN颗粒可以阻止轧前加热过程中奥氏体晶粒粗化，并能有效抑制焊接热影响区的晶粒长大。

中国专利公开号为CN103103458 A的文献，其公开了一种高强度耐候钢的生产方法，该耐候钢的表面覆盖有氧化铁皮层，所述氧化铁皮层中Fe₃O₄含量为80% 以上，厚度为7~10μm，且该耐候钢中包含的成分及重量百分比分别为：C：0.01~0.05%、Si：≤0.2%、Mn：1.5~2.0%、P：≤0.02%、S：≤0.008%、Cu：0.2~0.4%、Ni：0.2~0.4%、Cr：0.4~0.7%、Mo：0.15~0.50%、Nb：0.02~0.04%、Ti：0.015~0.025%、Als：≤0.03%，余量为Fe 和不可避免的杂质。采用该方法制备的耐候钢可在减免涂装情况下使用。

上述所描述的文献，均属于采用常规热连铸产线进行生产，也均存在制造流程长、生产成本较高，不能满足铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方法存在的不足，通过利用薄板坯连铸连轧产线，采用Nb、Ti复合微合金化技术，生产屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A ≥18%，铁素体的晶粒尺寸在6.1~7.9μm，沉淀强化贡献量在121~149MPa，冷弯及耐腐蚀性能优良，厚度范围在1.0~2.5mm的铁路集装箱用钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.041~0.070%，Si：0.31~0.62%，Mn：1.2~1.5%，P：≤0.010%，S：≤0.008%，Cu：0.30~0.60%，Cr：0.50~0.80%，Ni：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.045%，Ti：0.051~0.080%，N：≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地：所述C的重量百分比含量为0.045~0.063%。

优选地：所述Nb的重量百分比含量为0.025~0.04%。

优选地：所述Ti的重量百分比含量为0.053~0.076%。

用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成厚度为70~90mm板坯，对铸坯进行加热，并控制拉速为3.5~4.5m/min，铸坯入炉温度为850~953℃，出炉温度为1180~1230℃；

2）进行精轧，并控制精轧在第1、2机架轧制压下率各在50~60%，终轧温度在860~880℃；

3）常规层流冷却至卷取温度；

4）进行卷取，并控制卷取温度在590~620℃。

优选地：所述铸坯入炉温度为875~953℃，出炉温度为1200~1230℃。

优选地：所述卷取温度在600~620℃。

本发明中各元素级主要工艺的机理及作用

C：选用超低碳设计的目的是减少钢显微组织中渗碳体的数量，抑制珠光体的形成，避免由不同相间电极电位差导致的电偶腐蚀，提高钢的耐蚀性能。同时超低碳设计也有利于焊接及低温韧性。但碳含量也不宜过低，应足以与微合金元素Nb、Ti结合形成纳米级析出物，从而起到沉淀强化的作用，因此将C含量控制在0.04~0.07%，优选地在0.045~0.063%。

Si：在钢中起到固溶强化的作用，同时是脱氧元素，但其含量过高会给轧制时除鳞带来困难，且降低钢的焊接性能，因此将其控制在0.30~0.60%。

Mn：是钢中重要的强韧化元素，提高钢中的锰含量，能扩大γ区，降低转变温度，扩大轧制范围，促进晶粒细化，从而增加了钢的强韧性，冲击转变温度也几乎不发生变化，因此Mn含量控制在1.2~1.5%。

P：有效的提高钢的耐候性能，但其对钢的韧性及塑性不利，其耐候性可由其他耐候元素弥补，因此将P含量控制在0.010%以下。

S：钢中S含量过高产生的MnS夹杂会使钢的纵横向性能产生明显差异，恶化低温韧性，且会明显降低钢的耐候性能。S含量优选范围在0.008%以下。

Cu：是耐候钢中主要的耐候元素，能有效提高钢的耐候性能，Cu作为合金元素加入到钢中同时还有固溶及沉淀强化作用。但Cu含量过高时，容易在加热或热轧时产生裂纹，恶化钢材的表面性能。因此将Cu含量控制在0.30~0.60%。

Cr：与钢中Cu等元素匹配使用可显著提高钢的耐大气腐蚀能力，此外，Cr元素可有效提高钢的淬透性，Cr 含量控制在0.50~0.80%。

Ni：钢中Ni的加入，其主要目的是改善钢材的低温韧性，同时有效阻止Cu的热脆，出于成本及氧化铁皮剥离性的考虑，将Ni含量控制在0.30~0.50%。

Nb：是强碳氮化物形成元素，钢中微量Nb能抑制变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。此外，在冷却过程中Nb(C、N)的析出，可起到沉淀强化的作用，提高钢的机械性能，Nb含量控制在0.025~0.045%优选地在0.025~0.04%。

Ti：是强氮化物形成元素，其氮化物能有效钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大，此外，在冷却过程中Ti(C、N)、TiC的析出，可起到沉淀强化的作用，提高钢的机械性能，Ti含量控制在0.045~0.080%，优选地在0.053~0.076%。

N：氮在加钛的钢中可与钛结合形成氮化钛，这种在高温下析出的第二相有利于强化基体，并提高钢板的焊接性能。但是氮含量高于0.005％，氮与钛的溶度积较高，在高温时钢中就会形成颗粒粗大的氮化钛，严重损害钢的塑性和韧性；另外，较高的氮含量会使稳定氮元素所需的微合金化元素含量增加，从而增加成本，故将其含量控制在0.005％以下。

在本发明中，通过采用Nb-Ti复合微合金化，在高温过程形成的TiN在液态或奥氏体高温区沉淀，并且在奥氏体低温作为Nb（C、N）和TiC的非均匀形核地点，相比单一Nb、Ti微合金化，其细晶强化效果更明显。此外，由于Ti、Nb属于置换原子，容易造成枝晶偏析，容易形成粗大的（Ti、Nb）C、N析出，在常规热连轧产线这种现象较为严重，而由于薄板坯连铸连轧凝固和冷却速度快的特点，可减轻偏析程度，并使析出发生在较低的温度，形成更加细小的析出粒子，从而能更充分的发挥微合金的强化作用。在目前所采用的复合微合金化技术中，钛的应用相当保守，仅是利用了TiN对奥氏体晶粒长大的抑制作用，并且还要考虑钛元素对其它微合金元素作用的不利影响，并且钛在复合微合金化中处于辅助地位。这与本发明中钛微合金高强钢中添加其它的元素有着本质的不同。本发明在添加较少量Nb的基础上添加较多的Ti，主要是利用了TiN对奥氏体晶粒长大的抑制作用，以及TiC的析出强化作用，相比单一Nb微合金化，细晶和析出强化效果更显著。在本发明中，Ti在复合微合金化中处于主要地位，铌在复合微合金化中反而处于辅助地位，这是与现有技术的主要区别。

在本发明中，之所以控制铸坯入炉温度为850~953℃，出炉温度1180~1230℃，是由于适当的入炉温度和出炉温度可以保证铸坯质量并使微合金元素充分固溶，如入炉温度低于850℃，则会导致铸坯边部温度过低而产生铸坯裂纹，由于受到连铸拉速的限制会使入炉温度小于953℃，进一步地控制铸坯入炉温度为875~953℃，出炉温度为1200~1230℃。

在本发明中，之所以控制卷取温度在590~620℃，是由于其低于600℃，则会导致微合金析出物难以充分析出，如高于620℃，则会使微合金析出物析出后粗化，从而导致析出强化效果变差.进一步地控制600~620℃。

本发明与现有的技术相比，由于本发明采用的是Nb、Ti复合微合金化技术，并与薄板坯连铸连轧工艺的匹配结合，不仅使钢板在保证屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A ≥18%下，还具有生产流程短、能耗低、效率高、生产成本低，并且冷弯性能及耐蚀性能良好，更主要的是钢板厚度在1.0~2.5mm，满足铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的要求。

附图说明

附图1为本发明钢板的金相组织图；

附图2为本发明钢板碳萃取复型试样的透射电镜照片。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1 为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2 为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3 为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表；

表4 为本发明各实施例及对比例耐蚀性能检测情况列表.

本发明各实施例按照以下步骤生产：

3）常规层流冷却至卷取温度；

4）进行卷取，并控制卷取温度在590~620℃。

表1 本发明各实施例及对比例化学成分取值列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表

表3 为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表

表4 为本发明各实施例及对比例耐蚀性能检测情况列表

从表3~4可以看出，本发明所生产的钢板，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A ≥18%，冷弯性能、耐蚀性能良好的高强耐候钢，钢板厚度在1.0~2.5mm，满足铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的要求。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.041~0.070%，Si：0.31~0.62%，Mn：1.2~1.5%，P：≤0.010%，S：≤0.008%，Cu：0.30~0.60%，Cr：0.50~0.80%，Ni：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.045%，Ti：0.051~0.080%，N：≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其特征在于：所述C的重量百分比含量为0.045~0.063%。

3.如权利要求1所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其特征在于：所述Nb的重量百分比含量为0.025~0.04%。

4.如权利要求1所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢，其特征在于：所述Ti的重量百分比含量为0.053~0.076%。

5.如权利要求1所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢的方法，其步骤：

3）常规层流冷却至卷取温度；

4）进行卷取，并控制卷取温度在590~620℃。

6.如权利要求5所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢的方法，其特征在于：所述铸坯入炉温度为875~953℃，出炉温度为1200~1230℃。

7.如权利要求5所述的用薄板坯连铸连轧生产Rel≥550MPa铁路集装箱用钢的方法，其特征在于：所述卷取温度在600~620℃。