CN109252092A

CN109252092A - 一种含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法

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Publication number: CN109252092A
Application number: CN201811154116.5A
Authority: CN
Inventors: 王青峰; 白福臣; 胡兵; 闫旭强; 董汪越; 何江里
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2019-01-22
Anticipated expiration: 2038-09-30
Also published as: CN109252092B

Abstract

本发明提供一种含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法，属于耐候钢技术领域，采用的技术方案是通过优化化学成分Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca之间含量及配比，控制1.0≥X≥0.3，其中，X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值。有益效果是：本发明提供的耐候钢在焊接时，各类焊缝的夹杂物数量明显减少、尺寸明显减小，焊缝裂纹倾向明显降低，焊接冶金质量大大提高，探伤合格率提高；除添加适量的Si、Ni、Cr、Cu，使耐大气腐蚀指数I≥6.5以外、还通过添加适量的Y和Mo，提高了耐候性能，既更耐大气腐蚀，又保持优异的力学性能。

Description

一种含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法

技术领域

本发明属于耐候钢技术领域，具体涉及一种含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法，尤其适用于焊接结构用免涂装耐候钢。

背景技术

随着我国桥梁行业钢桥设计制造技术的发展，各种跨海、跨河、跨峡谷的大跨度钢结构桥梁对特殊桥梁钢材料综合性能的要求越来越高。耐候桥梁钢具有良好的耐大气腐蚀性能、可免涂装使用，同时还具有优良的综合力学性能，可满足大跨度钢桥对安全性、经济性、耐久性及环保的要求，已逐渐广泛应用于免涂装耐候钢桥的建造，是一种绿色高效制造新技术的新型钢，具有全寿命周期成本降低、制造工期缩短、危害有机物释放减少、褐色外观与自然环境相协调等优势。

现有耐候钢通常采用CORTEN钢系列钢种，采用Cr-Ni-Cu-Mo-Si合金系，如2009年公开的“一种耐候厚钢板及其制造方法”（申请公布号CN102021494A）、2010年公开的“一种高强耐候钢及其制造方法”（申请公布号CN101792888A）、2010年公开的“热轧态屈服强度500MPa级耐候桥梁钢及其制造方法”（申请公布号CN101892431A）、2013年公开的“耐候钢板及其制造方法”（授权公告号CN102168229B）、2012年公开的“一种含Mo的高性能桥梁耐候钢及其制备方法”（授权公告号CN102534417B）、2013年公开的“一种超低温耐候结构钢板及其生产方法”（授权公告号CN103361569B）、2013年公开的“一种高韧性、高耐候钢及其制造方法”（授权公告号CN103695801B）、2015年公开的“一种高强耐候桥梁钢及其制备方法”（申请公布号CN105331880A）、2015年公开的“一种抗震耐候桥梁钢及其制造工艺”（申请公布号CN105506450A）、2016年公开的“485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法”（申请公布号CN105779883A）、2016年公开的“一种耐候结构钢板及其生产方法”（申请公布号CN106191669A）等，所包含的化学成分如下表1所示。

表1现有技术耐候钢的化学成分（wt. %）

上述耐候钢成分体系属于Cr-Ni-Cu-Mo系或Cr-Mn-Cu系，同时添加限定含量范围的Si（0.1~1.0 wt.%）、Mn（0.1~1.6wt.%）、Cr（0.3~3. 5 wt.%）、Ni（0.1~0.6 wt.%）、Cu（0.2~0.6wt.%）、Ca（≤0.04wt.%）、Mo（≤0.4 wt.%）、Re（≤0.03 wt.%）等合金元素，以提高耐候性能、调整力学性能。但是，较多的Cr、Ni、Cu、Mo等耐大气腐蚀合金元素，造成实际焊接、特别是熔化极二氧化碳气体保护焊接过程中，Cr和Mo在较强的氧化气氛下被氧化烧损而可能形成尺寸较大的夹杂物，且熔池金属粘度较高，使流动性降低，较多夹杂物难于上浮而滞留在焊缝中，有损焊缝韧性，甚至导致焊缝裂纹，恶化了焊接性能，给耐候钢的使用及寿命、安全性带来了诸多困难，减少焊缝中夹杂物，提高耐候钢及焊缝耐候性能的同时保证、提高焊接性能是耐候钢技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决耐候钢焊缝夹杂物多、强度低、低温韧性差的技术问题，本发明提供一种含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法，通过优化化学成分之间的含量配比，进一步添加适量的Y和Mo，使其过渡到焊缝，以更好的控制熔池冶金反应，实现了免涂装耐候钢耐候性能及力学性能优良的同时，焊缝夹杂物大大降低。

本发明采用的技术方案是：一种含稀土元素的免涂装耐候钢，关键在于，所述耐候钢的化学成分质量百分比为：C：0.03~0.09，Si：0.10~0.30，Mn：1.00~1.50，P：0.005~0.015，S≤0.005，Cr：0.35~0.70，Ni：0.25~0.55，Cu：0.25~0.55，Mo：0.03~0.25，Re：0.005~0.060，Nb：0.015~0.040，Ti：0.008~0.025，Al：0.015~0.040，Ca：0.003~0.018，O：≤0.003，N：≤0.005，B：≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质，所述耐候钢中Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca含量之间的配比符合：1.0≥X≥0.3，其中，X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值。

优选的，所述Re为Y。

更优选的，所述耐候钢中化学成分Re的质量百分含量为0.010~0.030%。

优选的，所述耐候钢中化学成分Ni的质量百分含量为0.30~0.45%；Cu的质量百分含量为0.30~0.40%。

优选的，所述耐候钢化学成分Mo的质量百分含量为0.05~0.15%。

优选的，所述耐候钢中化学成分Cr的质量百分含量为0.40~0.55%。

优选的，所述耐候钢化学成分Ca的质量百分含量为0.006~0.012% 。

优选的，所述耐候钢根据化学成分计算的耐大气腐蚀指数I≥6.5，其中：

I=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。

本发明还提供一种含稀土元素的免涂装耐候钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）冶炼铁水：采用脱硫剂、脱硅剂、脱磷剂预处理铁水后，以电弧炉或转炉控制1500~1600℃保持20-40min，进行冶炼，得铁水；

（2）LF炉精炼：铁水转至LF炉，接通底吹Ar气，进行吹气搅拌，吹Ar常用流量：130~150NL/min，压力0.2~0.4MPa，精炼40~50min，调整化学成分的质量百分比满足如下要求：C：0.03~0.09，Si：0.10~0.30，Mn：1.00~1.50，P：0.005~0.015，S≤0.005，Cr：0.35~0.70，Ni：0.25~0.55，Cu：0.25~0.55，Mo：0.03~0.25，Re：0.005~0.060，Nb：0.015~0.040，Ti：0.008~0.025，Al：0.015~0.040，Ca：0.003~0.018，O：≤0.003，N：≤0.005，B：≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质，所述耐候钢中Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca含量之间的配比符合：1.0≥X≥0.3，其中，X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值，静搅20~30分钟；

（3）VD炉真空处理：转至VD炉，控制真空度≤1毫巴，真空保持时间20~25分钟，破真空后静搅12~18分钟，调整化学成分满足（2）中的成分要求，喂入Al线，加入稀土Re，连铸电磁搅拌，控制搅拌强度在0.5~1.0L/（min·t），搅拌时间不小于8min；

（4）保护连铸：采用全程保护浇注方式，得坯料；

（5）热机械轧制：将坯料加热至1200±20℃，控制温度≥1000℃粗轧3~7道次，得中间坯，再以800~920℃对中间坯进行4~7道次精轧，然后冷却得免涂装耐候钢板，其中，冷却时控制开冷温度760~800℃、返红温度500~700℃、冷速5～15℃/s。

优选的，所述制备方法还包括步骤（6）回火处理：回火温度500~600℃、保温时间为“坯料厚度+(10~50)min；所述调整化学成分是通过加铝、渣料、Ca-Si或改渣剂；所述喂入Al线时喂铝线深度一般取钢包内钢水高度的0.6~0.75，小钢包取下限，大钢包取上限；所述搅拌是以液面波动但不裸露钢液面为原则。

上述技术方案中，对耐候钢的合金元素的化学组分进行了限定，其主要原因如下：

C是最为显著的强化元素之一，随着C含量增加，钢的强度和硬度提高，但塑性和韧性会明显降低，焊接性也会相应恶化，耐大气腐蚀性能还可能降低。因此，本发明将C含量控制在0.03~0.09%这一范围。

Si可作为炼钢过程中的脱氧元素而存留在钢中，在母材和焊缝中形成纳米级硅氧化物、促进α-FeOOH转变；还可作为合金元素，既显著强化铁素体，提高母材和焊缝的强度，又在钢的表面形成富Si保护膜，细化α-FeOOH，促进铁氧化物Fe₂SiO₄结晶而增强锈层的稳定性、富集在锈层裂纹处而帮助修复锈层缺陷，从而显著降低钢的腐蚀速率、提高耐候性能；还可在焊接过程中因母材局部熔化而过渡到焊缝，参与熔池脱氧反应，有效减轻Cr、Mo的氧化，提高熔池流动性而显著减少焊缝夹杂物，从而改善焊缝冶金质量。但是，随Si含量增加，钢、焊接热影区及焊缝的韧性降低、低温脆性增加。因此，本发明将Si含量控制在0.10~0.30%这一范围。

Mn既可在炼钢过程中起脱硫、脱氧作用、从而防止钢板热脆和热裂，又具有较强的固溶强化和细化晶粒作用，但过高的Mn含量易引起偏析，甚至降低耐腐蚀性能。因此，本发明将Mn含量控制在1.0~1.5%这一范围。

S和P：S易形成低熔点共晶，导致热脆，同时降低母材及焊缝的塑性和韧性，还恶化耐候性能，应尽可能降低；P尽管显著提高耐候性能，但含量偏高时极易造成热裂，且磷化物还易造成冷脆，降低塑性和韧性。因此，本发明将S 、P含量分别控制在S≤0.005%、0.005≤P≤0.015%的范围。

Cr是钢中重要的耐候元素，在腐蚀过程中富集于钢的表面，形成铁铬氧化物，填塞锈层的微裂纹和空洞，增加锈层致密度，从而提高耐大气腐蚀性能；Cr还提高母材和焊缝强度，但当其含量偏高时，会形成数量偏多的大型氧化物，显著降低焊缝熔池流动性，不利于气体和夹杂的排除，恶化焊缝冶金质量。因此，本发明将Cr含量控制在0.35~0.70%，更为合适的Cr含量范围是0.40~0.55%。

Ni可以使锈层结晶颗粒细化，促进γ-FeOOH转变为α-FeOOH稳定相，抑制腐蚀性离子的侵入，提高耐大气腐蚀性能；Ni显著提高钢的本征塑、韧性。但含量过高时会增加焊接熔池粘度，不利于气体和夹杂物的排除，造成焊缝夹杂物数量容易增多；另Ni还是贵重元素，过高含量将大幅度增加成本。因此，本发明将Ni含量控制在0.30~0.50%，更优选0.30~0.45%。

Cu也是钢中重要的耐候元素，腐蚀过程中富集于钢的表面，促进α-FeOOH形成，使内锈层致密而稳定，因而显著提高了耐大气腐蚀性能。Cu作为固溶强化及沉淀强化元素，还可适当提高母材及焊缝的强度。但是，含量过高的Cu既降低熔池流动性，焊缝夹杂物数量易于增大，甚至增加焊缝热裂倾向。因此，本发明将Cu含量控制在0.25~0.55%，更优选0.30~0.40%。

Mo显著提高降低奥氏体向铁素体的转变温度，从而促进中温转变、细化铁素体晶粒而提高强韧性；此外，Mo在钢的表面反应形成钼酸盐而具有缓蚀作用，细化腐蚀产物颗粒而显著提高锈层的致密性，从而增强耐候性，过低的Mo含量难于发挥该作用。过高则易因母材局部熔化而过渡到焊缝，因熔池反应而形成尺寸较大的氧化物夹杂而增加脆性和裂纹倾向，且Mo也是贵重元素，过高的Mo含量将大幅度增加成本，因此，本发明将Mo含量控制在0.02~0.25%。

稀土元素，优选Y（钇），可使硫化物夹杂球化，降低硫化物和基体间的电位差；在钢的表面形成一层稀土保护膜，从而提高耐候性能。同时，稀土元素在焊接过程中过渡到焊缝、参与熔池反应，可提高熔池流动性，既减少各类夹杂物数量，又球化各类夹杂物，降低氢致裂纹敏感性，改善焊缝冶金质量。但是，过多的稀土既易形成“液析”夹杂，还增加成本。因此，本发明将稀土含量控制在0.005~0.06%这一范围，更优选0.010~0.030%。

Ca能够与高熔点金属形成钙酸盐，降低焊接熔池粘度，改善熔池流动性，加入微量Ca元素，可以使夹杂物细化和弥散化，提高焊缝低温冲击韧性的同时降低冷裂倾向。但是，过多的Ca易在钢中形成大型链状钙铝酸盐夹杂物。因此，本发明将Ca含量控制在0.003~0.018%，更为合适的Ca含量范围是0.006~0.012%。

Ti化学性能活泼，极易和碳氮元素反应形成第二相粒子，细化晶粒。但Ti元素含量过高时，会形成带尖角的TiN粒子，甚至液析TiN夹杂，反而降低钢的低温韧性。因此，本发明将Ti含量控制在0.008~0.025%。

Al是主要添加的脱氧元素，有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能，但过多的Al含量，易在钢中形成大型的B类夹杂物，因此，将Al含量控制在0.015~0.040%。

Nb结合控轧或者热机械轧制生产工艺，可显著细化晶粒，同时提高钢的强度和韧性，此外，Nb是强碳氮化物形成元素，形成的纳米级第二相粒子具有显著的析出强化作用。从控制微合金成本，提高耐候钢强度与韧性两个方面考虑，本发明将Nb含量控制在0.015~0.04%。

上述元素在发挥作用时，各含量范围还与其他合金元素具有相关关系，是相互作用的综合效果，通过严格控制各化学合金元素的含量，借助Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Re、Ca元素之间的协同配合作用，实现了耐候钢强度大大提高，耐候性能优良，并使得焊缝中夹杂物的大大减少。在较高的Cr、Ni、Cu、Mo含量及较低的Ca含量时，需相应增加Re的含量，随母材熔化，Si、Mn、Ca等元素过渡到焊缝中参与熔池反应，共同参与脱氧除杂过程，Si可减少Cr和Mo的氧化烧损；Si、Ca、Mn与熔池中的原子氧和氧化亚铁（FeO）发生作用，分别生成SiO₂、CaO、MnO，Si、Mn的联合脱氧产物（MnO·SiO₂），作为硅酸盐类夹杂易上浮而被排除；Ca除了脱氧以外，其产物CaO还参与脱硫、脱磷而减少硫化物和磷化物夹杂，CaO分别与氧化物（SiO₂）、硫化物（FeS）、磷化物（P₂O₅）反应而进一步去除相应的夹杂物；由于耐候钢中一般含有数量较多的Mn，为了减少焊缝夹杂物，则需含有足够数量的Si、Ca和Re当耐候钢焊缝中的Cr、Ni、Cu、Mo的含量较高时，熔池粘度相应提高、流动性相应降低，Si、Ca和Re过渡到焊缝，提高熔池流动性，又球化各类夹杂物，减少各类夹杂物数量，改善焊缝冶金质量。本发明通过理论研究，并结合试验验证总结，控制Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca含量之间的配比符合：1.0≥X≥0.3，其中，X是(20Y+50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值，可显著减少耐候钢中夹杂物，同时大大提高耐候钢的强度和韧性。

本发明的有益效果是：（1）本发明提供的耐候钢进行钢结构焊接制造时，各类焊缝（特别是熔化极气体保护焊焊缝）的夹杂物数量明显减少、尺寸明显减小，因大型夹杂物而导致的焊缝裂纹倾向也明显降低，焊接冶金质量大大提高，探伤合格率提高；（2）本发明钢除添加适量的Si、Ni、Cr、Cu，使耐大气腐蚀指数I≥6.5以外、还通过添加适量的Y和Mo，进一步提高了耐候性能，在严苛的工业大气环境下也可免涂装应用。本发明适用于屈服强度≤690MPa的各强度级别钢材，其典型力学性能是：屈服强度R _eL≥420MPa，抗拉强度R _m≥540MPa，断后伸长率A≥19%，-40℃ KV ₂冲击功≥120J。所述耐候钢既更耐大气腐蚀，又保持优异的力学性能，还适合于一般工业流程的板材、型材生产，且成本相对低廉。

附图说明

图1 为对比例1钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片；

图2 为实施例1钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片；

图3 为实施例2钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片；

图4 为实施例3钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片；

图5 为实施例4钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片。

图6 为对比例2钢板中焊缝金属夹杂物的金相照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例详细说明本发明所提供的含稀土元素的免涂装耐候钢及其制备方法，但不以任何形式限制本发明的保护范围，所属领域技术人员根据技术方案所进行的改善修改或者类似替换，均应包含在本发明的保护范围之内。实施例中，如无特殊说明，所述方法为常规方法，试剂为常规试剂，另wt.%表示质量百分含量。

在50kg的真空感应炉中冶炼免涂装耐候钢板，其中编号实施例1-4为本发明提供的免涂装耐候钢，编号对比例1、2为对比钢，各钢板设定的化学成分分别见表2，（表2-1与2-2为连续表格，因篇幅过大分开显示）。表格中未显示的其他元素如O、B等，实施例及对比例的含量均在本发明要求范围内。

表2-1实施例和对比例化学成分（wt.%）

表2-2实施例和对比例化学成分（wt.%）

表中， X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值。

本发明为确保所提供耐候钢的耐乡村、工业大气腐蚀性能，延长耐候钢使用寿命，进一步限定耐候钢根据化学成分计算的耐大气腐蚀指数I≥6.5，其中：I=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。

钢板的制备方法如下所述，依次经冶炼、精炼、连铸、热机械轧制和回火处理，具体的，制备方法包括以下步骤：

（1）冶炼铁水：把高炉的熔制的铁水流入由撇渣器分为脱硫预处理段、脱硅预处理段和脱磷预处理段的预处理反应槽，在三个预处理段分别先后喷吹入相应的脱硫剂（如：金属镁、苏打和/或石灰）、脱硅剂（如：铁磷和/或石灰）、脱磷剂（如：萤石和/或氯化钙），并搅拌，进行预处理，然后以电弧炉或转炉控制1500~1600℃进行冶炼，得铁水。

（2）LF炉精炼：该步骤用于深脱硫、升温和化学成分微调。将冶炼的铁水转至LF炉，接通底吹Ar气，进行吹气搅拌，吹Ar常用流量：130~150NL/min，压力0.2~0.4MPa，按表2中所列出的质量百分比分别调整各实施例和对比例的化学成分，静搅20~30分钟；

（3）VD炉真空处理：转至VD炉，控制真空度≤1毫巴，真空保持时间20~25分钟，破真空后静搅12~18分钟，通过加铝、渣料、Ca-Si或改渣剂，调整化学成分满足如下成分要求：：C：0.03~0.09，Si：0.10~0.30，Mn：1.00~1.50，P：0.005~0.015，S≤0.005，Cr：0.35~0.70，Ni：0.25~0.55，Cu：0.25~0.55，Mo：0.03~0.25，Re：0.005~0.060，Nb：0.015~0.040，Ti：0.008~0.025，Al：0.015~0.040，Ca：0.003~0.018，O：≤0.003，N：≤0.005，B：≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质，所述耐候钢中Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca含量之间的配比符合：1.0≥X≥0.3，其中，X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值；喂入Al线，喂铝线深度一般取钢包内钢水高度的0.6~0.75，小钢包取下限，大钢包取上限，加入稀土Re，连铸电磁搅拌，此阶段要控制搅拌强度在0.5~1.0L/（min·t）（以液面波动但不裸露钢液面为原则），要求保持时间大于8min；通过上述条件控制，钢中的气体、氧含量及夹杂物评级都明显降低，钢液达到了较好的洁净度。

（4）保护连铸：施行全程保护浇注，制得坯料。全程保护浇注可防止铁水的二次氧化，通过减少耐候钢母材的夹杂物而减少熔入焊缝金属的夹杂物。浇注过程中，采用碱性中包覆盖剂和碱性结晶器保护渣，促进对脱氧产物的吸附；中间包设置挡墙，以促进夹杂物上浮去除。中间包采用优质MgCa耐材，能有效减轻侵蚀引起的夹杂；采用结晶器液位自动控制技术，减少夹杂物的再生数量；合理调配过热度、二冷强度-拉速、电磁搅拌，使夹杂物易上浮去除。

（5）热机械轧制：将坯料加热至1200±20℃，控制温度≥1000℃粗轧3~7道次，得中间坯，再以800~920℃对中间坯进行4~7道次精轧，分别轧制成厚度为24mm的板材，然后冷却得到各实施例和对比例对应的免涂装耐候钢板，其中，冷却时控制开冷温度760~800℃、返红温度500~700℃、冷速5～15℃/s。

（6）回火处理：为消除应力，所有钢板经回火温度500~600℃、保温时间为50min。

对上述制备的各实施例和对比例的钢板取样，按照GB/T 13239标准测试纵向拉伸性能，取样部位为板厚的1/2处，试验结果取2个试样的平均值。按照GB/T 229标准测试-40℃却贝冲击功，取样部位为板厚的1/2处，试验结果取3个试样的平均值。力学性能测试结果见表3。

表3 本发明实施例和对比例力学性能

表3数据可以看出，按照本发明范围要求，制备的实施例1-4和对比例1、2相比，屈服强度均达到Q420钢级，却贝冲击功均在120J以上，屈强比均在0.85以下；随着Y含量提高至0.06%，屈服强度略有升高，-40℃却贝冲击功几乎不变。

焊缝对比试验：

将上述制备的各实施例和对比例的钢板加工为厚度24×宽度150×长度400（mm）、坡口形式为V型、坡口角度为45°的对接试件；焊前采用常规方法清理，去除表面氧化膜、油污和水；焊接方法为焊丝均为耐候气保护实心焊丝，其成分和性能符合标准TB 2374-2008T《铁道车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》，焊丝直径为1.2mm，保护气体为纯二氧化碳，流量为16~20L/min；具体焊接工艺参数为：焊接电流260～280A，焊接电压28～32V，焊接速度为16～20m/h，焊前预热温度50～70℃，道（层）温度100～150℃。

焊接24小时后，对所有试件焊缝全长进行超声波探伤检查，其内部质量均达到Q/CR 9211-2015《铁路钢桥制造规范》对Ⅰ级和II级焊缝的要求。

进一步从各焊缝中截取断面试样，每个试件取至少5个断面样，观察并统计焊缝中夹杂物的数量，结果见表4。

表4焊缝横断面中单位区域的夹杂物平均数量（个）

表4数据及附图1-6可见，进行熔化极二氧化碳气体保护焊施焊以后，对比例1的焊缝横断面单位视场中的夹杂物数量达到42个，夹杂物数量多且尺寸较大，焊接质量较差。

本发明实施例1焊缝横断面单位视场中的夹杂物数量降低至16个，相比对比例1，下降率高达62%，焊缝质量明显改善。

实施例2焊缝单位视场中的夹杂物数量继续降低至10个，相比对比例1，下降率为76%，焊缝质量继续改善。与实施例1相比，夹杂物数量更少，夹杂物尺寸较小，焊接质量较好。

实施例3焊缝单位视场中的夹杂物数量进一步降低至7个，与实施例1、2相比，其中夹杂物数量进一步减少且尺寸进一步变小，焊接质量进一步提高。

实施例4焊缝单位视场中的夹杂物数量仍进一步降低至6个，焊缝质量仍有改善，但作用效果已趋饱和。与实施例3相比，夹杂物数量再次减少且尺寸再次变小，焊接质量再一步提高。

对比例2与实施例4相比，虽然Y进一步增加，X＞1，但夹杂物数量和尺寸几乎不变，焊接质量与实施例4相差不大，应用于工业化生产，将造成成本增高等不利影响。

综上所述，本发明通过稀土元素的添加，在焊接过程中Y、Ca等过渡到焊缝参与控制熔池反应，减轻Cr、Mo的氧化烧损，改善熔池流动性，多种元素协调配合，明显减少焊缝夹杂物，显著提高提高母材和焊缝的强度；能够明显的降低耐候钢焊接过程中产生的夹杂物，提高焊接冶金质量。Re含量的百分比为0.005~0.06，以Y为优选稀土元素，随Y含量增加，耐候钢中夹杂物数量减少，高于0.06%时，效果趋于饱和。耐候钢中Y含量的提高，具体有以下优点：1）在焊接过程中稀土可有效降低氧化物、氮化物、硫化物等夹杂含量，改变夹杂物形态，降低焊缝氢致裂纹敏感性。2）Y元素可以提高焊接熔池流动性，进一步降低焊缝中气体和夹杂含量，改善焊缝冶金质量。3）Y可使硫化物夹杂球化，降低硫化物和基体间的电位差；可在钢板表层形成一层稀土保护膜，以提高耐候性能。

最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域的技术人员应当理解，可以对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的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利范围当中。

Claims

1. 一种含稀土元素的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢的化学成分质量百分比为：C：0.03~0.09，Si：0.10~0.30，Mn：1.00~1.50，P：0.005~0.015，S≤0.005，Cr：0.35~0.70，Ni：0.25~0.55，Cu：0.25~0.55，Mo：0.03~0.25，Re：0.005~0.060，Nb：0.015~0.040，Ti：0.008~0.025，Al：0.015~0.040，Ca：0.003~0.018，O：≤0.003，N：≤0.005，B：≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质，所述耐候钢中Cr、Ni、Cu、Mo、Re、Ca含量之间的配比符合：1.0≥X≥0.3，其中，X是(20 Re +50Ca)与(1.5Cr+Ni+Cu+1.2Mo)之间的比值。

2.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述Re为Y。

3.根据权利要求1或2所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢中化学成分Re的质量百分含量为0.010~0.030%。

4.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢中化学成分Ni的质量百分含量为0.30~0.45%；Cu的质量百分含量为0.30~0.40%。

5.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢化学成分Mo的质量百分含量为0.05~0.15%。

6.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢中化学成分Cr的质量百分含量为0.40~0.55%。

7. 根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢化学成分Ca的质量百分含量为0.006~0.012% 。

8.根据权利要求1所述的免涂装耐候钢，其特征在于，所述耐候钢根据化学成分计算的耐大气腐蚀指数I≥6.5，其中：

9.一种含稀土元素的免涂装耐候钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）冶炼铁水：采用脱硫剂、脱硅剂、脱磷剂预处理铁水后，以电弧炉或转炉控制1500~1600℃保持20-40min进行冶炼，得铁水；

（4）保护连铸：采用全程保护浇注方式，得坯料；

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤（6）回火处理：回火温度500~600℃、保温时间为“坯料厚度+(10~50)min；所述调整化学成分是通过加铝、渣料、Ca-Si或改渣剂；所述喂入Al线时喂铝线深度一般取钢包内钢水高度的0.6~0.75，小钢包取下限，大钢包取上限；所述搅拌是以液面波动但不裸露钢液面为原则。