CN107557678A - 低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法。钢中含有C 0.049％～0.069％，Si 0.20％～0.30％，Mn 0.51％～0.79％，P≤0.020％，S≤0.006％、Als 0.015％～0.045％，Cr 0.31％～0.41％，Ni 0.079％～0.099％，Cu 0.21％～0.29％，Ti 0.057％～0.077％，N≤0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。铸坯厚度为200～230mm，铸坯加热温度≥1250℃，精轧开轧温度为1080～1100℃，精轧终轧温度为921～949℃，轧后采用层流冷却，冷却速度＞20℃/s，卷取温度为619～649℃，卷取后进入缓冷罩进行缓冷，若成品厚度≤2.0mm，需要进行平整。钢板的厚度为1.5～5.0mm，用于集装箱行业。

Description

低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法

技术领域

本发明属于高强钢生产技术领域，特别涉及一种低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法。

背景技术

在集装箱制造行业，目前普遍采用345MPa级的以Cu、P、Cr、Ni为主要合金成分的具有耐大气腐蚀性能的热轧薄钢板(高耐侯钢板)制造外板和内部框架。每年用于集装箱制造的钢板达到300万吨以上，而且伴随集装箱运输业的发展，这个行业所需要钢材的数量也是逐年增加的。随着人们对矿产资源、能源、制造成本等问题的日益关注，集装箱轻量化、长寿命化成为一种趋势，在这种情况下，已经开始出现使用自身重量非常轻的铝材料制作集装箱的苗头。但是，由于受到价位高、强度低等原因的限制，铝材还不能成为集装箱制造的主流材料，要想真正实现集装箱的轻量化，还需要从钢材入手。

提高集装箱用钢板的屈服强度到550MPa以上，从而减少集装箱结构材料的厚度15％～40％，在保障结构的整体刚度的前提下，能够有效降低单位箱体的自重，无疑对降低集装箱的单位用钢量、提高集装箱的运载效率、节约集装箱制造成本有着重要的现实意义。

CN102337470A公开了一种薄规格集装箱板及其生产方法，提供了一种薄规格集装箱板，其化学成分为：C：0.07％～0.11％，Si：0.40％～0.55％，Mn：0.30％～0.45％，P：0.08％～0.12％，S≤0.006％，Cu：0.26％～0.35％，Cr：0.35％～0.55％，Ni≤0.09％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该发明中虽然合金成本比较低，但是其屈服强度最高只能达到450MPa，不能满足减量化的要求。

CN101235469A公开了一种高强度易成型耐大气腐蚀钢，提供一种高强度易成型耐大气腐蚀钢，其成分组成为：C：0.04％～0.09％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.20％～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cu：0.20％～0.60％、Cr：0.40％～0.80％、Ni：0.20％～0.50％、Nb：0.03％～0.07％，还含有下述成分的一种或多种：Mo≤0.20％、Ti≤0.03％、Als≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述钢的屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥18％，其耐蚀性能与以前集装箱用SPA-H钢相当，但是其含有贵金属Nb和Mo，成本较高。

CN101407892A公开了一种屈服强度大于550MPa级超低碳热轧耐候钢，提供了一种屈服强度大于550MPa级超低碳热轧耐候钢，其成分组成为：C 0.01％～0.05％，Si 0.10％～0.40％，Mn 1.20％～1.70％，P≤0.02％，S≤0.010％，Cu 0.15％～0.80％，Cr 0.40％～1.25％，Ni0.10％～0.50％，Mo≤0.40％、Nb 0.03％～0.06％、Ti≤0.050％、Ca0.0010％～0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。该钢中也含有贵重金属Nb和Mo，钢材成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法。在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的微合金元素Ti和耐腐蚀元素Cr、Ni、Cu，采用控轧控冷技术，生产屈服强度在550MPa以上，抗拉强度在650MPa以上，延伸率在18％以上，同时具有良好的耐腐蚀性能和冷成型性能的1.5～5.0mm厚度规格的热轧钢带。

具体的技术方案是：

本发明一方面提供一种低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于，化学成分按质量百分比为：含有0.049％～0.069％C，0.20％～0.30％Si，0.51％～0.79％Mn，P≤0.020％，S≤0.006％、0.015％～0.045％Als，0.31％～0.41％Cr，0.079％～0.099％Ni，0.21％～0.29％Cu，0.057％～0.077％Ti，N≤0.006％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：

C能够提高钢的强度，是主要的间隙固溶强化元素，可以与Ti形成细小的碳化物TiC，起到沉淀强化作用。碳含量过高，会造成冷成型性能和焊接性能大大降低。本发明中限定C的含量在0.049％～0.069％。

Si是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。低于0.20％，冶炼成本增加，高于0.30％，易导致热轧钢板表面粗糙，因此控制其范围在0.20％～0.30％。

Mn具有较强的固溶强化作用，能显著降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素，但Mn含量过多会使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，同时考虑成本因素，本发明将其含量控制在0.51％～0.79％。

P是对强度升高有效且对耐候性提高有益的元素，但对于屈服强度超过550MPa的高强度钢板的制造，可能会引起板坯脆化，焊接性能和成型性能也会恶化，因此本发明P的含量控制在0.020％以下，优选控制在P≤0.018％。

S为钢中杂质元素，显著降低塑韧性和焊接性能，控制较低的S有利于提高性能。本发明钢中控制S≤0.006％，优选控制S≤0.005％。

Als是脱氧元素，为了达到很好的脱氧效果，本发明的Al含量的范围为0.015％～0.045％。

Cr、Ni、Cu是提高耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，同时也能提高强度。钢中Cu含量达到0.21％，能有效地提高钢的耐大气腐蚀性能，但含量过高，在加热过程中，钢表面易产生裂纹，引起铜的热脆，本发明限定其范围为0.21％-0.29％；Cr作为耐大气腐蚀元素，与Cu配合使用效果良好，本发明限定其范围为0.31％～0.41％；Ni是贵金属元素，其起到明显耐腐蚀作用是在1.0％以上，本发明适当加入这种元素主要是为了提高Cu在奥氏体中的溶解度，防止铜脆现象发生，为控制成本，限定其范围为0.079％～0.099％。

Ti在本发明中是重要的微合金强化元素，不但可以有效细化晶粒，而且能与C和N形成细小的碳化物和氮化物或碳氮化物，具有很高的沉淀强化作用，可大幅度地提高钢板的强度。低于0.057％，沉淀强化作用不足，过高对连铸的影响会增大，会导致铸坯裂纹发生率的上升，本发明限定其范围为0.057％～0.077％。

N是冶炼过程中存在的元素，由于本发明的特点之一是采用Ti微合金化技术，而Ti是活性很强的元素，将与钢中O、N、S等元素反应，如果N含量过高，会在钢水中析出尺寸粗大的TiN，既不能阻止奥氏体晶粒长大，也起不到沉淀强化作用，相反会降低Ti的细化晶粒和沉淀强化作用。因此本发明中控制N≤0.006％，优选为N≤0.005％。

本发明另一方面提供低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢的制造方法，包括板坯再加热、控制轧制、控制冷却、卷取、平整。将含有上述成分的板坯再加热至1250℃以上，精轧开轧温度为1080～1100℃，精轧终轧温度为921～949℃，冷却速度大于20℃/s；卷取温度为619～649℃；钢卷卷取后进入缓冷罩进行缓冷，以充分发挥微合金元素Ti的析出强化效果。厚度2.0mm以下(包括2.0mm)，需要进行平整，保证板型。

控制各个制造步骤的原因如下所述：

板坯加热温度在1250℃以上，使Ti充分地固溶到奥氏体中，为轧后Ti的碳氮化物析出提供有利条件，使其能发挥更大的析出强化效果。同时，使合金元素在较高的加热温度下充分均匀化。

精轧开轧温度限定在1080～1100℃，易于轧制，减小轧机负荷，防止中间坯头尾因温差过大而导致尺寸不良以及发生翘头、瓢曲等而影响下步工序的正常进行。

终轧温度在921℃或以上是必要的，低于921℃，应变诱导析出的第二相粒子数量将会增加，不利于沉淀强化，如果超过949℃，容易产生晶粒的粗大化和氧化铁皮等问题，本发明中精轧温度范围确定在921～949℃。

冷却速度低于20℃/s，Ti的碳化物会在冷却过程中析出，成品中粗大的粒子数增多，在卷取后的沉淀强化作用将不足，因此本发明将轧后冷却速度控制为高于20℃/s。

卷取温度对析出物的尺寸和数量有很大的影响。高温卷取时，析出物过分地生长会使强度减弱；温度过低时，则析出物的析出不充分，不能获得期望的强度。因此，本发明将卷取温度的范围选定在619～649℃。

有益效果：

本发明在碳锰结构钢成分的基础上，添加了适量的微合金元素Ti和耐腐蚀元素Cr、Ni、Cu，添加的合金元素简单，很好地发挥了Ti元素的析出强化作用，生产的低成本热轧集装箱用耐候钢，厚度规格为1.5～5.0mm，屈服强度能够达到550MPa以上，抗拉强度不小于650MPa，延伸率不小于18％，同时具有良好的耐腐蚀性能和冷成型性能。所发明钢具有超细晶粒铁素体+少量贝氏体组织，晶粒度达到12级以上，同时在卷取过程中和卷取后缓冷过程中获得了大量细小的尺寸在10～20nm的TiC第二相粒子。钢板成本低廉，易于生产，能够满足集装箱轻量化需要。使用领域为集装箱行业。

附图说明

图1本发明钢实施例2的金相组织示意图(500×)；图2本发明钢实施例2的析出相和能谱照片，(a)为析出相，(b)为能谱照片。

具体实施方式

本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C 0.049％～0.069％，Si 0.20％～0.30％，Mn 0.51％～0.79％，P≤0.020％，S≤0.006％、Als 0.015％～0.045％，Cr 0.31％～0.41％，Ni0.079％～0.099％，Cu 0.21％～0.29％，Ti 0.057％～0.077％，N≤0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用转炉冶炼，然后进行炉外精炼，浇铸后得到连铸坯。连铸坯厚度200～230mm，将连铸坯送至热轧生产线，铸坯加热温度1250℃以上，精轧开轧温度1080～1100℃，精轧终轧温度921～949℃，轧后采用层流冷却，冷却速度大于20℃/s，卷取温度619～649℃，卷取后进入缓冷罩进行缓冷。厚度≤2.0mm，需要进行平整。

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为实施例钢的化学成分，表2为实施例钢的轧制工艺参数；表3为实施例钢的力学性能。

表1实施例钢的化学成分，wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Cr	Cu	Ni	Ti	N
												A1	0.049	0.21	0.51	0.016	0.005	0.016	0.31	0.21	0.079	0.057	0.0050
A2	0.052	0.26	0.54	0.015	0.004	0.032	0.34	0.22	0.082	0.063	0.0048
												A3	0.058	0.25	0.65	0.015	0.003	0.037	0.37	0.25	0.089	0.068	0.0044
A4	0.065	0.29	0.74	0.016	0.005	0.030	0.39	0.26	0.093	0.071	0.0049
												A5	0.069	0.30	0.79	0.014	0.004	0.045	0.41	0.29	0.099	0.077	0.0043

表2实施例钢的轧制工艺参数

表3实施例钢的力学性能

以SPA-H为对比样品，按TB/T 2375周期浸润腐蚀试验方法进行72h的周期浸润循环腐蚀试验。各实施例钢种及对比钢的耐大气腐蚀性能如表4所示。

表4本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀性能结果

实施例	周期浸润试验，时间72h(g/m2·h)
		A1	--
A2	--
		A3	2.3663
A4	2.3846
		A5	2.3651
比较例钢(SPA-H)	2.2428

从表1～表4中可以看出，本发明实施例钢的屈服强度在570MPa以上，抗拉强度在665MPa以上，延伸率大于20％，具有优良的力学性能。并且，耐候性与SPA-H相当，能够有效地保证钢板厚度减薄时的使用寿命。

Claims (3)

1.一种低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C 0.049％～0.069％，Si 0.20％～0.30％，Mn 0.51％～0.79％，P≤0.020％，S≤0.006％、Als 0.015％～0.045％，Cr 0.31％～0.41％，Ni 0.079％～0.099％，Cu 0.21％～0.29％，Ti0.057％～0.077％，N≤0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于，钢板的厚度为1.5～5.0mm。

3.一种如权利要求1或2所述的低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢的制造方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却、卷取、平整，其特征在于，连铸坯厚度200～230mm，铸坯加热温度在1250℃以上，精轧开轧温度为1080～1100℃，精轧终轧温度为921～949℃，轧后采用层流冷却，冷却速度大于20℃/s，卷取温度为619～649℃，卷取后进入缓冷罩进行缓冷，若成品钢板厚度≤2.0mm，需要进行平整。