CN107881429A - 一种热轧高强耐候钢及其制造方法 - Google Patents

一种热轧高强耐候钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热轧高强耐候钢及其制造方法，所述热轧高强耐候钢的化学成分质量百分比包括：碳：0.05～0.07％；硅：0.5‑0.6％；锰：0.80‑1.0％；磷：0.03‑0.07％；硫：≤0.005％；铬：0.25‑0.35％；铜：0.25‑0.35％；钛：0.09‑0.11％，其余为铁及不可避免的杂质。本发明实现了镍铜比Ni/Cu＝0，并且改善工艺步骤以替代Ni元素的作用，抑制铜脆缺陷的发生，保证了钢板良好的表面质量。

Description

一种热轧高强耐候钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢材生产技术领域，特别涉及一种热轧高强耐候钢及其制造方法。
背景技术
目前，集装箱用材主要为屈服强度355MPa的SPA-H钢，该钢种的强度级别较低，导致做成集装箱自重较大，20英尺集装箱自重2.2吨，40英尺集装箱自重3.6吨。由于全球每年集装箱运输量巨大，由此带来的陆运和海运过程中燃油的消耗和运输成本也同样巨大，同时对环境污染造成了影响。集装箱的轻量化对于汽车列车的节能减排、降低运输成本、减少排放均具有重要意义。为适应发展需求，在不增加成本的基础上，设计开发出新型轻量化集装箱钢板需做到如下几点：1)高强耐腐蚀和薄规格化，为满足其轻量化要求，需采用屈服强度550MPa钢板，厚度1.4mm-3.0mm，采用高Ti成分设计，更利于薄规格钢板的现场批量生产；耐腐蚀性能比普通集装箱提高13％以上。2)低成本化，降低其采购成本，提高市场竞争力。通过工艺控制保证表面质量的前提下，零Ni/Cu成分设计的钢板，极大降低合金成本。
目前，抗拉强度550MPa及以上级别的耐候钢为保证耐腐蚀性能往往添加较高含量的Cu、Ni元素，镍铜比一般控制在0.6以上，合金成本很高，而且厚度规格主要控制在2.0mm及以上。另外，为保证力学性能满足要求，现有技术中添加很高含量的Cr元素，Cr含量控制范围是2.15～4.0％，很高含量的Cr不但极大地提高冶炼成本和难度，而且对钢材的成型性能会产生不利的影响；还有的添加一定量Nb元素，极大提高了合金成本，而且高铌钢轧制力大，不适合550MPa及以上级别的薄规格热轧高强耐候钢的批量生产。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种热轧高强耐候钢及其制造方法，实现了镍铜比Ni/Cu＝0，并且改善工艺步骤以替代Ni元素的作用，抑制铜脆缺陷的发生，保证了钢板良好的表面质量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种热轧高强耐候钢，其化学成分质量百分比包括：碳：0.05～0.07％；硅：0.5-0.6％；锰：0.80-1.0％；磷：0.03-0.07％；硫：≤0.005％；铬：0.25-0.35％；铜：0.25-0.35％；钛：0.09-0.11％，其余为铁及不可避免的杂质。
作为进一步的优选，所述热轧高强耐候钢板的宽度规格为940mm～1300mm，厚度规格为1.4mm～3.0mm。
上述热轧高强耐候钢的制造方法，包括如下步骤：
将冶炼连铸获得的包含所述化学成分的板坯进行加热后，进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述板坯进行加热包括：预热段、加热一段、加热二段及均热段；所述预热段出口温度≤500℃，所述加热一段出口温度为700℃～900℃，所述加热二段出口温度为1240℃～1280℃，所述加热二段的升温速率12℃/min～15℃/min，所述均热段温度为1260℃～1280℃，所述均热段时间不超过35min；
所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为0.95～1.05，所述均热段气过剩系数为0.90～1.00；
所述粗轧包括第一粗轧R1和第二粗轧R2，所述R1采用一道次轧制、一道次除鳞，所述R2采用5道次轧制，四道次除鳞，所述R2出口温度为1080℃-1110℃。
作为进一步的优选，所述板坯加热时间为160min～300min。
作为进一步的优选，所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为840℃～890℃。
作为进一步的优选，所述方法还包括：所述层流冷却采用分段冷却控制，层冷中间点温度和卷取温度同时参与反馈调节，层冷中间点温度优先级别高于卷取温度。
作为进一步的优选，所述分段冷却控制包括控制水冷1-空冷-水冷2，层冷中间点温度由水冷1进行调节，控制范围是620℃～680℃，卷取温度由水冷2进行调节，控制范围是550℃～600℃。
作为进一步的优选，水冷1的集管的开启方式是：从第1组集管开始开启，采用上4下4模式；水冷2的集管开启方式是：从最后1组集管开始开启。
本发明的有益效果是：本发明采用低碳高钛、含少量Cr、Mn、P元素的成分体系，通过对板坯加热过程中加热各段在炉时间、出口温度、加热气氛的严格控制，以及轧制过程中除鳞道次的优化等，实现零镍铜比，通过对生产工艺的上述优化改进实现一定程度上替代部分合金元素，在保证力学性能、表面质量及耐腐蚀性能的前提下，降低了成本。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种热轧高强耐候钢及其制造方法，克服了现有技术难以满足制造热轧薄规格高强耐候钢的要求。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例热轧高强耐候钢，其化学成分质量百分比包括：碳：0.05～0.07％；硅：0.5-0.6％；锰：0.80-1.0％；磷：0.03-0.07％；硫：≤0.005％；铬：0.25-0.35％；铜：0.25-0.35％；钛：0.09-0.11％，其余为铁及不可避免的杂质。其中，镍铜比等于零。
其中，C元素是提高力学性能最有效的元素之一，对钢的强度和硬度影响最大，应在可能条件下充分发挥其作用，本发明中C元素含量设定在0.05％～0.07％，固溶于钢中的C元素既可提高钢的强度也有利于提高耐磨性能。
Si元素具有较强的固溶强化效果，可显著提高钢的抗拉强度，并小幅提高钢的屈服强度，但塑性韧性有所下降。Si与其它元素如Cu、Cr、P配合使用可改善钢的耐候性，较高的Si含量有利于细化α-FeOOH，从而降低钢整体的腐蚀速率，所以，本发明实施例将Si含量控制在0.5-0.6％。
Mn元素是合金元素中对钢强度及其韧性都有良好作用的元素，本发明中Mn含量设计为0.80-1.0％。
P元素是钢中主要的强化元素，同时又是提高钢的耐候性的元素。一方面P具有很强的固溶强化效果，另一方面P元素作为阳极去极化剂可以显著提高钢的耐大气腐蚀能力，但是钢中含P会恶化钢的韧性，故本发明实施例将P元素含量控制在0.03-0.07％。
S元素易与Mn元素形成MnS夹杂而恶化钢的力学性能，在高强钢中S含量要尽可能的低，以防止微裂纹在MnS夹杂处萌生，本发明实施例中S含量的上限为0.005％。
Cu最早发现的耐大气腐蚀的合金元素。钢中加入一定量的Cu元素时，无论在乡村大气、工业大气还是海洋大气中，都具有较普碳钢优良的耐候性。Cu、P元素同时存在还能形成各种复合盐，成为FeOOH结晶的核心，通过内锈层的细化来减少离子通道和阳极面积，并减少Fe3O4的生成，降低内锈层的导电性。但是Cu元素非常容易引起“铜脆”严重影响带钢的表面质量，综合考虑本发明实施例将Cu元素含量控制在0.25-0.35％。
Cr元素能够有效地改善钢的耐腐蚀性能，当Cr与Cu同时加入钢中时，效果尤为明显，Cr含量提高利于细化α-FeOOH，当锈层与金属界面的α-FeOOH中Cr含量超过5％时，能有效抑制腐蚀性离子。此外，Cr元素能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，增大钢的淬透性，但同时也能降低钢的塑性和韧性，综合考虑本发明实施例将钢中的Cr元素含量控制在0.25％～0.35％。
Ti是强碳化物形成元素，它与C、O、N、S有极强的亲和力。Ti与N结合形成TiN，TiN固溶温度高于2000℃，在板坯加热过程中TiN处于未溶状态，在高温下即可显著抑制奥氏体晶粒的长大，并细化相变之后的铁素体晶粒；Ti和S的亲和力大于Fe与S的亲和力，在含Ti钢中优先生成硫化钛，抑制FeS的生成，减少钢的热脆性。Ti和C形成的碳化物结合力极强，极稳定，当加热温度达到1000℃以上时，TiC开始溶解，并在随后的热轧及卷取过程中TiC能够大量的析出，起到显著的析出强化作用，综合考虑本发明中Ti元素含量为0.09-0.11％。
为保证热轧高强薄规格耐候钢生产过程及力学性能和表面质量的稳定，本发明还提供了一种生产上述热轧高强耐候钢的方法，将冶炼连铸获得的包含所述化学成分的板坯进行加热后，进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述板坯进行加热包括：预热段、加热一段、加热二段及均热段；所述预热段出口温度≤500℃，所述加热一段出口温度为700℃～900℃，所述加热二段出口温度为1240℃～1280℃，所述加热二段的升温速率12℃/min～15℃/min，所述均热段温度为1260℃～1280℃，所述均热段时间不超过35min；
所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为0.95～1.05，所述均热段气过剩系数为0.90～1.00；
所述粗轧包括第一粗轧R1和第二粗轧R2，所述R1采用一道次轧制、一道次除鳞，所述R2采用5道次轧制，四道次除鳞，所述R2出口温度为1080℃-1110℃。
本发明实施例提供的热轧高强耐候钢及其生产方法，采用低碳高钛、含少量Cr、Mn、P元素的成分体系，通过对板坯加热过程中加热各段在炉时间、出口温度、加热气氛的严格控制，以及轧制过程中除鳞道次的优化和层流冷水的控制，实现零镍铜比，极大降低了成本，通过控制轧制及控制冷却工艺，充分发挥Ti元素的析出强化和细晶强化作用，极大拓展了热轧高强耐候钢的厚度规格，可获得综合力学性能和耐腐蚀性能优异的热轧高强薄规格耐候钢。
所述成品宽度规格可达940mm～1300mm，厚度规格可达1.4mm～3.0mm，屈服强度Rel≥550MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率El≥25％，-40℃冲击吸收功≥27，以及180°d＝1.5a横向冷弯合格。可在普通热连轧设备上实现薄规格批量稳定生产。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之耐盐酸和硫酸腐蚀钢及其制备方法。
本发明实施例1-6提供了热轧高强薄规格耐候钢，其化学成分质量百分比如表1所示。
表1化学成分(wt％)
C Si Mn P S Cu Cr Ti Ni/Cu
实施例1 0.052 0.58 0.80 0.031 0.003 0.34 0.33 0.101 0
实施例2 0.056 0.60 0.91 0.039 0.001 0.34 0.25 0.095 0
实施例3 0.059 0.53 0.84 0.048 0.001 0.33 0.30 0.110 0
实施例4 0.060 0.53 0.86 0.069 0.002 0.25 0.28 0.105 0
实施例5 0.066 0.51 0.94 0.063 0.001 0.29 0.26 0.090 0
实施例6 0.07 0.57 0.99 0.055 0.002 0.32 0.35 0.098 0
上述实施例1-6热轧高强薄规格耐候钢的制备方法，工艺流程如下：生产流程为：连铸板坯加热→粗除鳞→定宽压力机→粗轧→板卷箱→飞剪→精除鳞→精轧→层流冷却→卷取。
以下详细描述各步骤；
所述板坯进行加热时，采用步进式加热炉，出炉温度为1240℃～1280℃，加热时间为160min～300min。
板坯加热采用步进式加热炉，加热过程分为预热段、加热一段、加热二段、均热段，预热段出口温度≤500℃，加热一段出口温度为700℃～900℃，加热二段出口温度为1240℃～1280℃，升温速率12℃/min～15℃/min，均热段出口温度为1260℃～1280℃，所述均热段时间不超过35min。
所述板坯在加热过程中，分别经过加热一段、加热二段及均热段进行加热，所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为0.95～1.05，所述均热段气过剩系数为0.90～1.00，实现弱还原性均热。均热段残氧分析仪测量值小于1.0％。
为了实现弱还原性气氛，结合板坯加热温度设定，在此气氛下可以有效降低发生“铜脆”问题的风险，保证钢板表面质量，避免出现翘皮等缺陷。
所述粗轧时采用1+5模式，粗轧过程中R1采用一道次轧制、一道次除鳞，R2采用5道次轧制，四道次除鳞，R2出口温度为1080℃～1110℃。采用高温粗轧，R2出口温度1080-1100℃，一方面可以有效促进奥氏体在轧制过程中充分发生再结晶过程，另一方面铜的熔点是1083℃，避开铜的熔点温度，可降低轧制过程中液态铜元素对奥氏体晶界的侵蚀作用，降低表面缺陷的发生概率。
所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为840℃～890℃；采用低温精轧，终轧温度设定840℃～890℃，根据不同的厚度规格进行调整，采用较低的终轧温度，加强控制轧制，可有效发挥钢中Nb元素的细晶强化作用。
所述层流冷却采用分段冷却控制，层冷中间点温度和卷取温度同时参与反馈调节，层冷中间点温度优先级别高于卷取温度。
所述分段冷却控制包括控制水冷1-空冷-水冷2，层冷中间点温度由水冷1进行调节，控制范围是620℃～680℃，卷取温度由水冷2进行调节，控制范围是550℃～600℃。
水冷1的集管的开启方式是：从第1组集管开始开启，采用上4下4模式；水冷2的集管开启方式是：从最后1组集管开始开启。
上述层流冷却采用分段冷却控制，控制层流冷却中间点温度，并配合集管的开启时机，是为了平衡细晶强化和析出强化效果，水冷1从第1组集管开始开启是为了为奥氏体→铁素体相变提高大过冷度，促进铁素体形核，细化铁素体晶粒，提高细晶强化作用，空冷过程是为了促进钢中C-Nb-Ti等第二相粒子的析出，提高析出强化作用，通过层冷中间点温度的调整，使细晶强化和析出强化达到平衡，发挥最大的效果。
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法中，板坯加热工艺参数如表2所示：
表2板坯加热工艺参数
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法中，板坯加热过程中加热气氛如表3所示：
表3加热气氛
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法中，粗轧工艺参数如表4所示：
表4粗轧工艺参数：
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法中，精轧工艺参数如表5所示：
表5精轧工艺参数
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法生产出的成品力学性能如表6所示：
表6力学性能(纵向试样)
本发明实施例提供的热轧高强薄规格耐候钢的生产方法生产出的成品耐腐蚀性能如表7所示：
表7耐腐蚀性能
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明实施例采用低碳高钛、含少量Cr、Mn、P元素的成分体系，通过对板坯加热过程中加热各段在炉时间、出口温度、加热气氛的严格控制，以及轧制过程中除鳞道次的优化等，实现零镍铜比，通过对生产工艺的上述优化改进实现一定程度上替代部分合金元素，在保证力学性能、表面质量及耐腐蚀性能的前提下，降低了成本。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种热轧高强耐候钢，其特征在于：其化学成分质量百分比包括：碳：0.05～0.07％；硅：0.5-0.6％；锰：0.80-1.0％；磷：0.03-0.07％；硫：≤0.005％；铬：0.25-0.35％；铜：0.25-0.35％；钛：0.09-0.11％，其余为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的热轧高强耐候钢，其特征在于：所述热轧高强耐候钢板的宽度规格为940mm～1300mm，厚度规格为1.4mm～3.0mm。
3.如权利要求1-2任一项所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
将冶炼连铸获得的包含所述化学成分的板坯进行加热后，进行粗轧及精轧，以获得热轧板；将所述热轧板进行层流冷却；将所述热轧板卷取成热轧卷，得到成品；
其中，所述板坯进行加热包括：预热段、加热一段、加热二段及均热段；所述预热段出口温度≤500℃，所述加热一段出口温度为700℃～900℃，所述加热二段出口温度为1240℃～1280℃，所述加热二段的升温速率12℃/min～15℃/min，所述均热段温度为1260℃～1280℃，所述均热段时间不超过35min；
所述加热一段空气过剩系数为1.10～1.35，所述加热二段空气过剩系数为0.95～1.05，所述均热段气过剩系数为0.90～1.00；
所述粗轧包括第一粗轧R1和第二粗轧R2，所述R1采用一道次轧制、一道次除鳞，所述R2采用5道次轧制，四道次除鳞，所述R2出口温度为1080℃-1110℃。
4.根据权利要求3所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：所述板坯加热时间为160min～300min。
5.根据权利要求3所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：所述精轧采用7机架连续轧制，终轧温度为840℃～890℃。
6.根据权利要求3所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：所述方法还包括：所述层流冷却采用分段冷却控制，层冷中间点温度和卷取温度同时参与反馈调节，层冷中间点温度优先级别高于卷取温度。
7.根据权利要求6所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：所述分段冷却控制包括控制水冷1-空冷-水冷2，层冷中间点温度由水冷1进行调节，控制范围是620℃～680℃，卷取温度由水冷2进行调节，控制范围是550℃～600℃。
8.根据权利要求7所述的热轧高强耐候钢的制造方法，其特征在于：水冷1的集管的开启方式是：从第1组集管开始开启，采用上4下4模式；水冷2的集管开启方式是：从最后1组集管开始开启。
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