CN109234635A - 一种345MPa级低屈强比耐候钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.04～0.12％、Si：0.50～0.75％、Mn：0.43～0.50％、P：0.06～0.09％、Ti：0.010～0.020％、S：≤0.004％、Cu：0.25～0.40％、Ni：0.15～0.35％、Cr：0.30～0.60％、Al：0.02～0.04％，余量为Fe及不可避免的夹杂。该耐候钢制备方法包括如下步骤：(1)冶炼：原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水；(2)连铸：钢水上板坯连铸；(3)均热：铸坯均热处理；(4)轧钢：除磷后进行轧钢；(5)弛豫：终轧后薄钢板进行弛豫；(6)冷却。本发明具有低屈强比，高低温韧性和延伸性，性能好。

Description

一种345MPa级低屈强比耐候钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐候钢的生产方法，特别涉及一种345MPa级低屈强比耐候钢及其制备方法。
背景技术
近年来，薄规格、大宽幅中厚板的高韧性、低屈强比铁道车辆用耐候钢需求已越来越大，传统的冶金学组织设计可以满足高强度的耐候钢的质量要求，然而以铁素体+贝氏体或马氏体主控组织生产的耐候钢还存在屈强比高、低温韧性低、延伸性差的不足，且生产难度大，性能不稳定。
化学成分直接决定着最终钢材产品的应用性能和生产成本，因此，合理的合金元素比例对提高钢材的强度、韧性、降低屈强比、改善焊接性能以及冷热加工性能起到重要作用。现有技术中345MPa级的耐候钢为了达到上述效果一般采用低碳高锰设计原则，同时加入适量Mo、V等与碳氮具有很强亲合力的合金元素，利用其与碳氮在钢中可形成碳氮化合物的特点，通过沉淀析出细小的碳氮化物颗粒起到抑制晶粒长大和沉淀强化的作用，但Mo、V等合金元素的添加会提高钢材的碳当量和焊接裂纹敏感性系数，对焊接性能产生不利影响。此外，现有技术中铁道车辆用宽幅耐候钢均采用热连轧产线生产，热连轧产线具有连续轧制且轧后卷取自回火的产线特点，但生产出的钢材屈强比较高。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种345MPa级低屈强比耐候钢，该耐候钢具有低屈强比，兼具高低温韧性和延伸性。本发明另一目的是提供一种345MPa级低屈强比耐候钢制备方法。
技术方案：本发明提供一种345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.04～0.12％、Si：0.50～0.75％、Mn：0.43～0.50％、P：0.06～0.09％、Ti：0.010～0.020％、S：≤0.004％、Cu：0.25～0.40％、Ni：0.15～0.35％、Cr：0.30～0.60％、Al：0.02～0.04％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
进一步地，所述345MPa级低屈强比耐候钢的显微组织为“铁素体+珠光体”。
进一步地，所述345MPa级低屈强比耐候钢的耐大气腐蚀性指数I≥7.5，1＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2≥7.5。
所述制备345MPa级低屈强比耐候钢的方法，采用中厚板轧机制备，所述方法包括如下步骤：
(1)冶炼：原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水；
(2)连铸：钢水上板坯连铸；
(3)均热：铸坯均热处理；
(4)轧钢：除磷后进行轧钢；
(5)弛豫：终轧后薄钢板进行弛豫；
(6)冷却。
进一步地，所述步骤(4)轧钢是对除磷后的坯料进行两阶段轧制，分别为再结晶区轧制和未再结晶区轧制，坯料在除磷前进行加热至中心温度为1150～1250℃。
进一步地，所述再结晶区轧制的累积变形量大于60％，中间坯待温880℃～940℃，中间坯待温厚度为1.5～3.5倍成品厚度，到温后进行未再结晶区轧制，终轧温度控制在820～870℃范围内。
进一步地，所述步骤(5)弛豫至始冷温度为720℃～780℃。
进一步地，所述步骤(6)冷却是在始冷温度下进行层流冷却，返红温度控制在530～610℃范围内，随后空冷至室温。
本发明的成分配比在传统的热连轧产线生产的铁路车辆用的耐候钢的基础上通过改变某些元素的含量和加入可以强化并改善材料力学性能的合金元素来实现的，遵循多元少量的原则，采用控轧控冷方法，获得了屈强比≤0.72且组织为“铁素体+珠光体”的钢。
本发明成分中钢中碳含量不宜过高，同时降低硫、磷含量和气体杂质，确保钢质纯净，并具有强韧性。本发明以铁素体+珠光体为主的主控组织实现了低屈强比和高低温韧性和延伸性，各成分及含量的说明如下：
(1)C是钢中不可缺少的提高钢材强度及硬度的元素，对钢组织影响显著。C溶入基体形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，显著增加基体的强度。随着碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服极限会提高而延伸率、缺口冲击韧性则下降。当钢材中C含量较高时易加剧产生冷裂纹的，因此，本发明采用超低碳设计，少量的C在钢中形成微合金元素碳化物，起到第二相强化和细化晶粒作用，本发明C百分含量设定为0.04～0.12％。
(2)Mn是铁标钢中一种主要元素，锰元素可以提高材料强度，虽然提高C含量或Cr也可提高强度，但碳元素过多影响成型性及焊接线，而Cr元素价格太高且储量有限，不利于降低成本，Mn元素在钢中还是防止热脆性的主要元素，综合考虑所以提高了锰含量至上限，本发明Mn百分含量设定为0.43～0.50％。
(3)Si不能细化晶粒，在钢中不形成碳化物而是固溶于铁素体中，主要通过固溶强化提高钢的强度，且Si元素可以显著提高钢的抗拉极限，而且不会明显降低钢的塑性，对于提高抗拉强度贡献高于屈服强度，可以有效的降低屈强比，所以提高了Si元素的含量，以Si元素替代一部分Cr元素，提高Si元素含量，并保留适当Cr元素搭配使用，提高钢的弹性极限、屈服点及抗拉强度，有利于提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性的作用。Si元素在钢中主要以很强的固溶强化形式提高钢的强度，也是炼钢脱氧的必要元素。本发明中提高Si元素的含量，也节约了生产成本，提高了材料的强度。因此，综合考虑性能、价格、资源储量等因素，本发明Si百分含量设定为0.50～0.75％。
(4)铬是在实际工业生产中应用比较广泛，它对提高钢的屈服强度仅次于碳元素，对降低屈强比不利，且我国铬元素储量较少，所以降低了铬元素的含量，用Mn及Si元素代替，本发明Cr百分含量为0.30～0.60％。
(5)Ti可使C曲线右移，钛能显著提高强度，起到细化晶粒作用，也可提高钢的韧性，适量的Ti可以形成第二项质点，提高金属的韧性，本发明Ti百分含量为0.010～0.020％。
(6)Cu元素在钢中主要起到固溶强化作用，适量的铜可提高强度而不降低韧性，也可提高钢的耐蚀性，本发明Cu百分含量为0.25～0.40％。
有益效果：本发明的耐候钢具有低屈强比、高韧性和高延性，综合性能好，适应于宽幅铁道车辆的应用。制备方法采用中厚板轧机制备，工艺简单，制备的耐候钢性能好。
附图说明
图1为实施例3中产品的100倍光学金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.04％、Si：0.50％、Mn：0.46％、Ni：0.20％、Cu：0.38％、Ti：0.018％、P：0.09％、S：0.0015％、Cr：0.60％、Al：0.04％，余量为Fe及不可避免杂质。原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为150mm的坯料，耐大气腐蚀性指数I为8.14。铸坯堆冷24小时以上，把坯料在1200℃下均热，温度均匀性小于20℃，加热150min后进行除磷，随后进行两阶段轧制。再结晶区轧制温度是1080℃，总变形量为84％，中间坯厚度控制在成品厚度2倍。未再结晶区轧制开轧温度为945℃，达到最终产品厚度12mm、宽幅为3200mm，终轧为869℃。
终轧后进行弛豫至始冷温度780℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为610℃，然后进行空冷至室温。
对控轧控冷后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为365MPa，抗拉强度为516MPa，成品钢屈强比为0.71，-40℃Akv为118J，延伸率A为28.5％。
实施例2
本实施例的345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.09％、Si：0.69％、Mn：0.50％、Ni：0.15％、Cu：0.32％、Ti：0.020％、P：0.06％、S：0.0020％、Cr：0.35％、Al：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为150mm的坯料，耐大气腐蚀性指数I为7.54。
铸坯堆冷24h以上，把坯料在1220℃均热，温度均匀性小于20℃，加热165min后进行除磷，随后进行两阶段轧制。再结晶区轧制温度是1100℃，总变形量为80％，中间坯厚度控制在成品厚度2.5倍。未再结晶区轧制开轧温度为937℃，达到最终产品厚度12mm、宽幅为3600mm，终轧温度为851℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度762℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为570℃，而后空冷至室温。
对控轧控冷后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为354MPa，抗拉强度为510MPa，成品钢屈强比为0.69，-40℃Akv为123J，延伸率A为30％。
实施例3
本实施例的345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.12％、Si：0.65％、Mn：0.43％、Ni：0.21％、Cu：0.40％、Ti：0.015％、P：0.08％、S：0.0039％、Cr：0.48％、Al：0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为150mm的坯料，耐大气腐蚀性指数I为8.04，铸坯堆冷24h以上，把坯料在1160℃均热，温度均匀性小于20℃，加热185min后进行除磷，随后进行两阶段轧制。再结晶区轧制温度是1040℃，粗轧总变形量为82％，中间坯厚度控制在成品厚度1.5倍。未再结晶区轧制开轧温度为880℃，达到最终产品厚度18mm、宽幅为3000mm，终轧温度为821℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度720℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为540℃，而后空冷至室温。
对控轧控冷后的试样金相组织进行观察发现，低倍镜下的显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，组织结构的均匀性好，材料的屈服强度为375MPa，抗拉强度为521MPa，成品钢屈强比为0.72，-40℃Akv为94J，延伸率A为28％。
实施例4
本实施例的345MPa级低屈强比耐候钢，其成分及质量百分比含量为：C：0.07％、Si：0.75％、Mn：0.45％、Ni：0.35％、Cu：0.25％、Ti：0.010％、P：0.08％、S：0.0015％、Cr：0.30％、Al：0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水，钢水上板坯连铸，铸坯厚度为150mm的坯料，耐大气腐蚀性指数I为7.74。铸坯堆冷24h以上，把坯料在1240℃均热，温度均匀性小于20℃，加热195min后进行除磷，随后进行两阶段轧制。再结晶区精轧温度是1120℃，粗轧总变形量为77％，中间坯厚度控制在成品厚度3.5倍。未再结晶区轧制开轧温度为950℃，达到最终产品厚度10mm、宽幅为2800mm，终轧温度为842℃。
终轧后进行弛豫处理至始冷温度740℃，对在始冷温度下的钢板进行层流冷却，返红温度为550℃，而后空冷至室温。
对控轧控冷后的试样金相组织进行观察发现，显微组织类型为“铁素体+珠光体”组织，材料的屈服强度为370MPa，抗拉强度为521MPa，成品钢屈强比为0.71，-40℃Akv为132J，延伸率A为30％。
从上述实施例可知，本发明一种中厚板轧机生产345MPa级低屈强比、宽幅耐候钢的成分设计及生产方法，辅助控轧控冷工艺，有效的降低了耐候钢的屈强比。

Claims (8)

1.一种345MPa级低屈强比耐候钢，其特征在于：其成分及质量百分比含量为：C：0.04～0.12％、Si：0.50～0.75％、Mn：0.43～0.50％、P：0.06～0.09％、Ti：0.010～0.020％、S：≤0.004％、Cu：0.25～0.40％、Ni：0.15～0.35％、Cr：0.30～0.60％、Al：0.02～0.04％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的345MPa级低屈强比耐候钢，其特征在于：所述345MPa级低屈强比耐候钢的显微组织为“铁素体+珠光体”。
3.根据权利要求1所述的345MPa级低屈强比耐候钢，其特征在于：所述345MPa级低屈强比耐候钢的耐大气腐蚀性指数I≥7.5。
4.一种制备权利要求1的345MPa级低屈强比耐候钢的方法，采用中厚板轧机制备，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)冶炼：原料通过冶炼、精炼、合金化、钙处理，得到钢水；
(2)连铸：钢水上板坯连铸；
(3)均热：铸坯均热处理；
(4)轧钢：除磷后进行轧钢；
(5)弛豫：终轧后薄钢板进行弛豫；
(6)冷却。
5.根据权利要求4所述的345MPa级低屈强比耐候钢制备方法，其特征在于：所述步骤(4)轧钢是对除磷后的坯料进行两阶段轧制，分别为再结晶区轧制和未再结晶区轧制，坯料在除磷前进行加热至中心温度为1150～1250℃。
6.根据权利要求5所述的345MPa级低屈强比耐候钢制备方法，其特征在于：所述再结晶区轧制累积变形量大于60％，中间坯待温880～940℃，中间坯待温厚度为1.5～3.5倍成品厚度，到温后进行未再结晶区轧制，终轧温度控制在820～870℃范围内。
7.根据权利要求4所述的345MPa级低屈强比耐候钢制备方法，其特征在于：所述步骤(5)弛豫至始冷温度为720℃～780℃。
8.根据权利要求4所述的345MPa级低屈强比耐候钢制备方法，其特征在于：所述步骤(6)冷却是在始冷温度下进行层流冷却，返红温度控制在530～610℃范围内，随后空冷至室温。
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