CN107267875B - 一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法 - Google Patents
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢,其组分及wt%为:C:0.13~0.16%,Si:0.50~0.60%,Mn:1.10~1.20%,P:≤0.015%,S:≤0.010%,Cu:0.20~0.30%,Cr:0.30~0.50%,Nb:0.025~0.040%,Ti:0.072~0.108%,V:0.010~0.020%,N:≤0.007%。生产步骤:冶炼、连铸成坯并加热;粗轧;精轧;常规层流冷却至卷取温度;卷取;钢卷冷却至室温后酸洗;冷轧;罩式炉退火;冷却;平整。本发明通过利用Nb、Ti复合微合金化,并结合热轧+冷轧、退火工艺,使屈服强度≥700MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率A≥10%,冷弯性能及耐腐蚀性能优良,且性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种集装箱钢及生产方法,具体属于一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法,适用于传统的两段式热轧生产线;产品厚度在1.0~2.5mm。
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。目前,铁路集装箱用耐候钢主要使用的钢板为屈服强度345MPa级耐候钢,其单重较重,用钢量和运输成本较高。通过提高集装箱用钢强度,减薄集装箱用钢厚度,是实现集装箱轻量化的有效途径。有研究表明,如采用屈服强度大于700MPa级高强耐候钢作为铁路集装箱的使用材料,可使集装箱的角柱、底横梁减重30%,其它部件如顶板、鹅颈槽梁、四波板等能不同程度减重13%以上。
经检索:
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”。该文献的特点是采用极低碳、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级别其具有针状组织的耐候钢。专利号为US6315946的美国专利公开一种“Ultra-low Carbon Bainitic Weathering Steel”,其特点是采用超低碳、Cu-Cr-Ni系成分设计,通过微合金强化及控轧控冷得到所需力学性能及耐候性,其成品厚度32~60mm,其屈服强度≤550MPa,主要利用的是Nb的细晶和析出强化作用,加入微量Ti等元素主要是为了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。而且,该钢屈服强度仅为450MPa左右,不能满足高强度用户的需求。
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。
上述生产方法涉及的耐候钢的屈服强度≤700MPa,并且产品均为热轧态使用,产品的性能波动较大,在现有技术中,采用热轧方式生产的高强耐候钢其同卷强度波动一般在150MPa左右,延伸率波动在10%左右。考虑到铁路运输过程的安全,铁路集装箱用钢对性能稳定性要求较高,而采用热轧+冷轧、退火的方式生产能很好的解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足,采用Nb、Ti复合微合金化技术,并结合热轧+冷轧、退火工艺,生产屈服强度≥700MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率A ≥10%,铁素体的晶粒尺寸在4.9~5.7μm,沉淀强化贡献量在199~232MPa,冷弯性能及耐腐蚀性能优良的铁路集装箱用耐候钢及生产方法。
实现上述目的的措施:
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.13~0.16%,Si:0.50~0.60%,Mn:1.10~1.20%,P:≤0.015%,S:≤0.010%,Cu:0.20~0.30%,Cr:0.30~0.50%,Nb:0.025~0.040%,Ti:0.072~0.108%,V:0.010~0.020%,N:≤0.007%,其余为Fe和不可避免的杂质;同卷屈服强度波动不超过19MPa,抗拉强度波动不超过17MPa,延伸率波动不超过1.6%。
优选地:C的重量百分比含量为:0.15~0.16%。
优选地:Nb的重量百分比含量为:0.028~0.036%。
优选地:Ti的重量百分比含量为:0.075~0.093%。
生产一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法,其步骤:
1)冶炼并连铸成坯,对铸坯进行加热,并控制出炉温度在1260~1280℃,加热时间不低于160min;
2)进行粗轧,并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃,结束轧制温度在1080~1100℃,累计压下率不低于75%;
3)进行精轧,并控制精轧开轧温度在1030~1050℃,终轧温度在890~910℃;
4)常规层流冷却至卷取温度,
5)进行卷取,并控制卷取温度在650~700℃;
6)钢卷冷却至室温后进行酸洗;
7)进行冷轧,并控制冷轧总压下率在50~70%;
8)进行罩式炉退火,并控制加热温度在550~650℃,保温时间在5~10h;
9)进行冷却,在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉,冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛;采用氮氢混合气氛时,H2的比例不低于70%;
10)进行平整,成品厚度在1.0~2.5mm。
优选地:罩式炉加热温度在570~635℃,保温时间在7.6~10h。
优选地:退火后的冷却速度在55~80℃/h。
本发明中各元素的机理及作用
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0.13~0.16%。优选地为0.15~0.16%。
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0.50~0.60%。
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1.10~1.20%。
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0.015%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 0.010%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0.20~0.30%。
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0.30~0.50%。
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(CN)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0.025~0.040%,优选地为0.028~0.036%。
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(CN)、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0.072~0.108%,优选地为0.075~0.093%。
V:是强碳氮化物形成元素,钢中微量V提高钢的强度和韧性。此外,在冷却过程中V(CN)、VC的析出,可起到沉淀强化的作用,提高钢的机械性能,V含量控制在0.010~0.020%。
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0.007%,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0.007%以下。
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。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,Ti在复合微合金化中处于主要地位。冷轧后通过退火的方式,使得微合金碳、氮化物充分析出,最大限度的发挥析出强化的作用。由于微合金碳、氮化物受退火温度和冷却速度的影响较大,因此需对退火工艺进行精确控制,退火温度较低、保温时间较短、冷却速度较快时微合金碳、氮化物难以充分析出,退火温度较高时,保温时间较长、冷却速度较慢时析出的微合金碳、氮化物会长大粗化,导致沉淀强化效果减弱。
本发明与现有技术相比,通过利用Nb、Ti复合微合金化,并结合热轧+冷轧、退火工艺,使屈服强度≥700MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率A ≥10%,冷弯性能及耐腐蚀性能优良,且性能稳定。
附图说明
附图1为本发明钢板的金相组织图;
附图2为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;
表5 为本发明各实施例同卷主要力学性能波动检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产:
1)冶炼并连铸成坯,对铸坯进行加热,并控制出炉温度在1260~1280℃,加热时间不低于160min;
2)进行粗轧,并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃,结束轧制温度在1080~1100℃,累计压下率不低于75%;
3)进行精轧,并控制精轧开轧温度在1030~1050℃,终轧温度在890~910℃;
4)常规层流冷却至卷取温度,
5)进行卷取,并控制卷取温度在650~700℃;
6)钢卷冷却至室温后进行酸洗;
7)进行冷轧,并控制冷轧总压下率在50~70%;
8)进行罩式炉退火,并控制加热温度在550~650℃,保温时间在5~10h;
9)进行冷却,在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉,冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛;采用氮氢混合气氛时,H2的比例不低于70%;
10)进行平整,成品厚度在1.0~2.5mm。
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
续表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
表5 为本发明各实施例同卷主要力学性能波动检测情况列表
从表3~5可以看出,本发明所生产的钢板,其屈服强度≥700MPa,抗拉强度≥800MPa,延伸率A ≥10%,且屈服强度波动范围不超过19MPa,抗拉强度波动范围不超过17MPa,冷弯性能、耐蚀性能也很良好。
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 (3)
1.一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.13~0.148%,Si:0.519~0.60%,Mn:1.10~1.20%,P:≤0.015%,S:≤0.010%,Cu:0.20~0.30%,Cr:0.30~0.496%,Nb:0.025~0.036%,Ti:0.102~0.108%,V:0.010~0.020%,N:≤0.007%,其余为Fe和不可避免的杂质;同卷屈服强度波动不超过19MPa,抗拉强度波动不超过17MPa,延伸率波动不超过1.6%;
所述屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢生产方法:
1)冶炼并连铸成坯,对铸坯进行加热,并控制出炉温度在1260~1280℃,加热时间不低于160min;
2)进行粗轧,并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃,结束轧制温度在1080~1100℃,累计压下率不低于75%;
3)进行精轧,并控制精轧开轧温度在1030~1050℃,终轧温度在890~910℃;
4)常规层流冷却至卷取温度,
5)进行卷取,并控制卷取温度在658~700℃;
6)钢卷冷却至室温后进行酸洗;
7)进行冷轧,并控制冷轧总压下率在50~63%;
8)进行罩式炉退火,并控制加热温度在550~598℃,保温时间在5~9.5h;
9)进行冷却,在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉,冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛;采用氮氢混合气氛时,H2的比例不低于70%;
10)进行平整,成品厚度在1.0~2.5mm。
2.生产如权利要求1所述的一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法,其步骤:
1)冶炼并连铸成坯,对铸坯进行加热,并控制出炉温度在1260~1280℃,加热时间不低于160min;
2)进行粗轧,并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃,结束轧制温度在1080~1100℃,累计压下率不低于75%;
3)进行精轧,并控制精轧开轧温度在1030~1050℃,终轧温度在890~910℃;
4)常规层流冷却至卷取温度,
5)进行卷取,并控制卷取温度在658~700℃;
6)钢卷冷却至室温后进行酸洗;
7)进行冷轧,并控制冷轧总压下率在50~63%;
8)进行罩式炉退火,并控制加热温度在550~598℃,保温时间在5~9.5h;
9)进行冷却,在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉,冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛;采用氮氢混合气氛时,H2的比例不低于70%;
10)进行平整,成品厚度在1.0~2.5mm。
3.如权利要求2所述的生产一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法,其特征在于:退火后的冷却速度在55~80℃/h。
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