CN109898032A

CN109898032A - 一种屈服强度700MPa级高强耐候钢及其生产方法

Info

Publication number: CN109898032A
Application number: CN201910359734.1A
Authority: CN
Inventors: 刘启森; 薛洪涛; 秦哲; 李强刚; 王超; 赵任; 王欢龙; 马锦峰; 林承江; 吴青松; 赵文; 徐正彪
Original assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Current assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-06-18

Abstract

本发明公开了一种屈服强度700MPa级高强耐候钢及其生产方法，属于钢铁生产技术领域，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.09％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；P：≤0.020％；S：≤0.005％；Cu：0.25～0.30％；Cr：0.30～0.40％；Ni：0.05～0.15％；Nb：0.040～0.050％；Ti：0.10～0.15％；N：≤0.006％；O：≤0.005％；其余为Fe和不可避免杂质。与现有技术相比较，终产品耐腐蚀性能可靠，具有良好的耐候性。

Description

一种屈服强度700MPa级高强耐候钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁生产技术，特别是一种适用于700MPa级高强耐候钢的制备方法。

背景技术

耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量磷、铜、铬、镍等微量元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性。耐候钢原理为钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成的约50μm～100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物层致密且与基体金属黏附性好，由于这层致密氧化物膜的存在，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。

集装箱领域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。随着集装箱运输业的发展，集装箱轻量化、长寿命化成为一种趋势，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。北美市场的53英尺和45英尺集装箱已广泛采用700MPa级高强耐候钢板。该产品在要求高的强度级别的同时，要求钢板具有良好的成型性能、耐腐蚀性能和焊接性能，是该类级别产品中强度级别最高、技术难度最大的产品。目前，国内生产700MPa级高强耐候钢的企业逐渐增多，采用的成分、工艺各不相同，但成品普遍存在强度波动大，加工成型不良，剪切有分层、折弯出现开裂等问题一直存在，还不能完全满足使用和制造要求。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种700Mpa级高强耐候钢及其制备方法，该方案具有综合力学性能稳定、显微组织均匀等特点，生产工艺简单，成本较低。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种屈服强度700MPa级高强耐候钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.09％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；P：≤0.020％；S：≤0.005％；Cu：0.25～0.30％；Cr：0.30～0.40％；Ni：0.05～0.15％；Nb：0.040～0.050％；Ti：0.10～0.15％；N：≤0.006％；O：≤0.005％；其余为Fe和不可避免杂质。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明通过合理的成分设计，调整微合金元素含量比例，结合生产工艺改良，制备的700MPa级高强耐候钢耐腐蚀性能可靠，具有良好的耐候性；

2、本发明终产品显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度约12级，显微组织优异；高强钢带可达到如下综合性能：ReL：700～800MPa；Rm：770～870MPa，A％≥16％，具有高强度、优良的加工成型性能、焊接性能等特点，适用于各种高强集装箱部件及其他结构件；

3、本发明终产品的低温韧性较好，韧脆转变温度低于-40℃；常温夏比冲击功可以达到100J以上；冷弯成型性能优异、板材尺寸稳定；

4、生产工艺简单，性能稳定，与同等综合力学性能方法比较，具有成本较低的特点，市场竞争力强。

附图说明

图1是本发明工艺实际生产产品的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明进一步说明。

本发明的技术方案是：采用Nb-Ti微合金化工艺制备700MPa级高强耐候钢组成成分，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.09％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；P：≤0.020％；S：≤0.005％；Cu：0.25～0.30％；Cr：0.30～0.40％；Ni：0.05～0.15％；Nb：0.040～0.050％；Ti：0.10～0.15％；N：≤0.006％；O：≤0.005％；其余为Fe和不可避免杂质。

本方案成分在低碳高锰设计基础上，通过加入微合金化元素Nb、Ti的强化作用提高强度，及Nb、Ti、Cr元素复合作用，最终得到良好的综合性能。

钢种C含量过高，尽管可大幅度提高钢材的强度，但钢的塑性下降，严重影响到钢的冷成型性能和焊接性能，同时将造成回弹过大等问题，为后续加工造成困难，故本发明将C控制在0.05～0.09％。

Mn含量对钢的强韧性也有重要影响，如果Mn含量偏低，将不能保证低碳成分设计时钢的强度，Mn的最大作用是提高钢的淬透性，同时也是重要的固溶强化元素。锰是碳化物形成元素，也能以固溶状态存在，还具有细化珠光体组织的作用，因而能提高铁素体奥氏体的强度和硬度。Mn对提高钢的抗回火软化能力也有一定的作用，但Mn含量较高时有粗化晶粒和增加回火脆性的倾向，给加工带来困难，故在本发明中Mn含量控制在1.5％～1.6％。

组方中加入Nb、Ti微合金化元素可提高钢的再结晶温度，在较高的温度下完成轧制的同时得到储存大变形能的变形奥氏体组织，进而得到细小的相变组织，而且利用Nb、Ti碳氮化物粒子的析出，还可起到析出强化作用，最终使钢板在细晶强化、相变强化和析出强化的综合作用下，获得优异性能。但TiN粒子尺寸较大，有棱有角，相关研究表明，N含量超过60ppm时会降低钢的韧性和焊接性能。

Cr对改善钢的钝化能力具有显著效果，可促进表面形成致密的钝化膜或保护性锈层，但过高的Cr含量对焊接及韧性不利，Cr含量高低之间的取舍矛盾一直是本领域技术的一个难点。本方案中，通过恰当的Nb：Cr比例和工艺处理，使得微量Nb与Cr元素复合作用，在连续冷却过程中多边形铁素体随Cr含量降低而增加，成分偏析得到改善，组织均匀性良好，克服了本方案配方中Cr含量低造成的强度和耐腐蚀性能的不足，用通过小含量Cr和Nb的配合，也能实现原有大剂量Cr含量才能实现的技术效果，确保终产品性能的同时降低了钢板的制造成本，改善了焊接及韧性能力。而微量Nb与Cr元素复合作用的前提又在于N的含量不能高。综上，本申请对于Nb、Ti、Cr含量的比例关系进行了控制：Nb：0.04％～0.05％，Ti：0.10％～0.15％，Cr：0.30％～0.40％；并且限定了N：≤0.006％。优化方案中，Nb：Ti的比例范围在0.27～0.4，Cr：Nb的比例范围在6～10之间。

为保证产品的耐大气腐蚀性能，在成分设计中添加Cu、Ni元素，Cu是提高耐大气腐蚀性能最为有效的合金元素，但因Cu的熔点较低，在连铸和高温轧制过程中容易产生热裂纹，且铜含量过高对焊接性能不利；Ni既能提高耐大气腐蚀性能，又能通过其高熔点和与Cu无限固溶的特点，可有效阻止Cu引起的铜脆；故本发明将Cu、Ni的含量控制在Cu：0.25％～0.30％，Ni：0.05％～0.15％。优化方案中，Cu：Ni的比例范围在1.67～6之间。

另外，P、S的控制也十分重要，由于采用高Mn的成分设计，则S在钢种易形成MnS夹杂物与偏析，P易形成严重的偏析带，会大大提高带状组织级别，沿轧制方向的硫化物夹杂与偏析造成的钢板的各向异性增加，因此需要尽量将钢种的P、S含量控制在较低的范围内。故本发明将P、S的含量控制在P：≤0.020％，S：≤0.005％。

上述采用Nb-Ti微合金化工艺生产700MPa级高强耐候钢的方法：

(1)炼钢工艺：炼钢工艺包括工序：转炉冶炼、精炼和连铸。其中所述转炉出钢温度≥1620℃，一般来说，不超过1650℃更为适宜。精炼主加热完毕后炼钢过程加入配方量的Nb、Ti微合金元素，结合碳、锰元素的固溶强化及通过控扎控冷实现细晶强化来提高强度，并且在提高强度的同时保持良好的冲压性能和焊接性能，呈现出良好的强度和塑性平衡。此外通过加入Cu、Cr、Ni元素，保证钢带的耐腐蚀性能。同时进一步加强冶炼和连铸过程的精确控制，保证钢质洁净度，防止最终产品表面出现夹杂类缺陷。

(2)轧制成型工艺：连铸坯加热温度1220～1270℃，加热时间≥210分钟，具体为210～300分钟；之后进行控制轧制，粗轧开轧温度为1100～1160℃，粗轧终轧温度1030～1090℃，粗轧过程进行5道次轧制，粗轧后，中间坯料厚度为33～50mm，最终产品厚度为3.0～10mm；精轧开轧温度为1010～1050℃，精轧终轧温度为870～920℃，精轧过程进行7道次轧制，精轧过程每道次的压下量控制在10～50％，精轧机架间采用水冷。

(3)卷取工艺及冷却工艺：将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为10～25℃/S，卷取温度为580～650℃。

上述制备工艺中未提及的技术参数为现有技术，未提及的现有技术因未有创造性贡献，在此不再累述。

本发明采用粗轧和精轧两阶段控制轧制工艺，即在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制；通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；通过精轧阶段的道次间水冷，降低轧件温度，增加奥氏体未再结晶区的变形；精轧终轧温度控制在870～920℃，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及适度温度的卷取，得到超细的多边形铁素体和少量的珠光体组织。

本发明以低碳锰钢为基础，采用Nb-Ti微合金化技术，通过细晶强化和沉淀强化作用，使得屈服强度达到了700MPa以上，通过控制轧制和控制冷却技术使钢带具有超细化的多边形铁素体组织，较高的屈服强度良好的塑性，同时材料的韧性得到提高。适量的珠光体可有效提高抗拉强度，改善加工硬化能力，降低屈强比，使材料在提高强度的同时，还具有良好的冷成型性，成功应用于北美53英尺集装箱制造，并具有以下有益效果和优点：

(1)本发明提供通过合理的成分设计，该热轧钢带含有Nb：0.040～0.050％，Ti：0.10～0.15％微合金元素，显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度约12级，具有高强度、优良的加工成型性能、焊接性能和耐腐蚀性能等特点，适用于各种高强集装箱部件及其他结构件。

(2)材料的低温韧性较好，韧脆转变温度低于-40℃；常温夏比冲击功可以达到100J以上。

(3)本发明高强钢带卷取温度580～650℃，较其他技术的的低温卷取易于控制。

(4)本发明高强钢带可达到如下综合性能：ReL：700～800MPa；Rm：770～870MPa，A％≥16％，同时满足良好的耐腐蚀性能和耐候性要求。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种屈服强度700MPa级高强耐候钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.09％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.50～1.60％；P：≤0.020％；S：≤0.005％；Cu：0.25～0.30％；Cr：0.30～0.40％；Ni：0.05～0.15％；Nb：0.040～0.050％；Ti：0.10～0.15％；N：≤0.006％；O：≤0.005％；其余为Fe和不可避免杂质。