CN110284053A - 一种高p高强韧性高耐候性热连轧钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.02～0.08%、Si:≤0.05%、Mn：1.30～2.00%、P：0.09～0.15%、S：≤0.005%、Cu：0.05～0.25%，Cu+P≤0.25%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明还公开了所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法。本发明得到的高P高强韧性高耐候性钢，屈服强度≥450MPa，抗拉强度550～700MPa，延伸率A≥20%，AKV（‑40℃）≥100J，具有低成本、高强韧性、良好的冷成型性能、良好的焊接性能及耐腐蚀性能良好等特点。

Description

一种高P高强韧性高耐候性热连轧钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢材及其制造方法，具体涉及一种高P高强韧性高耐候性热连轧钢及其制造方法，属于低合金高强钢制造领域。
背景技术
耐大气腐蚀钢属于低碳低合金钢，目前，我国铁路车辆制造、输电铁塔、桥梁及长期户外使用的工程构件等对耐候钢提出了高强度的要求。在提高耐候钢强度的基础上为了保证其耐腐蚀性能，现有专利设计中无一例外，都是通过添加大量贵重的合金元素Cu、Cr、Ni、Mo、RE等，而对提高钢耐腐蚀性能最重要而且最廉价的元素P，一般认为其对钢材低温韧性和冷加工成型存在不利影响，却被弃之不用，同时为了提高钢的强度普遍采用大量添加微合金元素Nb、V、Ti中的一种或几种，这一设计思路，大幅提高了成本，也影响了耐候钢的推广使用。
专利公开号CN 106435360A的中国专利公开了“高强韧耐候钢板及其制造方法”，其选用合金元素为：P：≤0.01％、Cu：0.2～0.6％、Ni：0.1～1.0％、Cr：0.5～3.15％、Mo：0.15～0.25％、Nb：0.005～0.060％；
专利公开号CN 102168229B的中国专利公开了“耐候钢板及其制造方法”，其选用合金元素为：P：≤0.025％、Cu：0.2～0.5％、Ni：0.1～0.5％、Cr：0.3～0.6％、Nb：≤0.060％、V：≤0.060％；
专利公开号CN 108779545A的中国专利公开了“耐候钢”，其选用合金元素为：P：≤0.03％、Cu：0.2～0.5％、Ni：0.8～0.25％、Cr：0.1～0.4％、Nb：0.01～0.2％、V：0.01～0.2％；
专利公开号CN 101994064A的中国专利公开了“屈服强度550MPa级的耐候钢及其制造方法”，其选用合金元素为：P：≤0.01％、Cu：0.2～0.5％、Ni：0.1～1.2％、Cr：2.1～7.0％、Nb：0.02～0.06％；
从以上公开的专利可以看到，这些专利的特点基本上都是不含有或少含有对耐候性有重要影响的合金元素P，而是通过大量添加合金元素Cu、Cr、Ni、Mo、RE等来提高钢的耐候性，同时通过微合金化技术，通过添加大量的Nb、V、Ti中的一种或几种来提高钢的强度。这些用来保证耐候钢耐候性和强度的合金元素，都是贵重元素，提高了耐候钢的成本，影响了高强耐候钢的推广使用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，采用高P设计，通过氧化物冶金技术，提供了一种高强韧性高耐候性钢及其生产方法。
本发明采用高P设计，及氧化物冶金技术细化晶粒，不仅使钢具有更好的耐候性，而且其强韧性、成型性、焊接性匹配良好，并且成本低廉。
本发明具体是这样实现的：
一种高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.02～0.08％、Si:≤0.05％、Mn：1.30～2.00％、P：0.09～0.15％、S：≤0.005％、Cu：0.05～0.25％，Cu+P≤0.38％，余量为铁及不可避免的杂质。
更进一步的方案是：
所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.035～0.075％、Si:0.02～0.05％、Mn：1.40～1.80％、P：0.1～0.135％、S：≤0.005％、Cu：0.12～0.25％，Cu+P≤0.36％，余量为Fe及不可避免的杂质。
更进一步的方案是：
所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.04～0.07％、Si:0.01～0.03％、Mn：1.50～1.70％、P：0.11～0.13％、S：≤0.005％、Cu：0.15～0.22％，Cu+P≤0.34％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提供了所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：除了下面进行了具体说明的步骤之外，其余均为常规步骤，对本领域技术人员来说是清楚的，无需赘述。
(1)转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.75～1.25m/t钢水喂入，Zr铁按0.08～0.15kg/t钢水加入，控制形成Ti和Zr的氧化物质点。细小、弥散的氧化物质点有利于促进新相形核，同时在高温下能有效钉扎和阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。
(2)轧制：首先对钢坯进行加热，加热温度为1150～1250℃,充分奥氏体化。接着分两个阶段进行轧制，Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1250℃，终轧1020～1180℃，累计压下率≥60％，细化奥氏体晶粒；Ⅱ阶段轧制开轧温度≤940℃，终轧温度780～880℃。
(3)轧后层流冷却，卷取温度为540～620℃。
更进一步的方案是：
(1)转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.85～1.05m/t钢水喂入，Zr铁按0.09～0.12kg/t钢水加入。
(2)轧制：加热温度为1180～1220℃,Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1160～1200℃，终轧1060～1140℃，累计压下率60～65％；Ⅱ阶段轧制开轧温度890～930℃，终轧温度800～860℃。
(3)轧后层流冷却，卷取温度为560～600℃。
本发明的主要合金元素含量基于以下原理：
C是提高钢强度最经济有效的合金元素，但C含量过高会显著恶化钢的焊接性能，并且会促进珠光体转变，降低钢的耐大气腐蚀性能。本发明采用低C设计，提高钢的焊接性能，减少碳化物组织形成，提高钢的耐腐蚀性能及低温冲击韧性，本发明钢中的C含量为0.02～0.08％。
Mn：钢中添加适量的Mn，不仅可以通过Mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温度，细化晶粒，提高钢的综合性能，本发明钢中的Mn含量设计为1.30～2.0％。
Si：较低的Si含量有利于提高钢材的表面质量，本发明钢中的Si含量设计为≤0.05。
Cu是提高钢耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，Cu、P复合添加能大幅提高钢的耐大气腐蚀性能。但Cu、P助长焊接裂纹，当焊接金属凝固时，P促进低熔点夹杂物的生成，既易产生高温裂纹，又增加低温裂纹敏感性，使焊缝的延展性和韧性变坏。P对钢的有害作用与钢中含C量有关，降低含C量而使钢中C和P的总含量不超过0.25％时，则可防止冷脆倾向。本发明钢中的P含量设计为0.09～0.15％；钢中的Cu能有效的提高钢的耐大气腐蚀性能，同时，Cu通过固溶强化能提高钢的强度，含Cu量不高于0.55％时对焊接性危害不大，本发明钢中的Cu含量设计为0.05～0.25％。
S是钢中的有害元素，生成的硫化物夹杂不仅严重影响钢的力学性能，而且对钢的耐腐蚀性能产生严重的恶化作用，因此应尽量降低钢中的S含量，使其含量在0.005％以下。
本发明的优点是以廉价的P提高钢的耐腐蚀性能，并通过氧化物冶金技术细化晶粒，同时抑制P偏析，提高钢的强韧性和成型性能，避免了大量添加耐腐蚀合金元素Cu、P、Cr、Ni、RE及微合金元素Nb、V、Ti等，节省了成本。
本发明得到的高P高强韧性高耐候性钢，屈服强度≥450MPa，抗拉强度550～700MPa，延伸率A≥20％，AKV(-40℃)≥100J，具有低成本、高强韧性、良好的冷成型性能、良好的焊接性能及耐腐蚀性能良好等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.76m/t钢水喂入，Zr铁按1.43kg/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯进行加热，加热温度为1200℃。Ⅰ阶段开轧温度1160℃，终轧1080℃，累计压下率62％；Ⅱ阶段开轧温度936℃，终轧温度840℃；轧后层流冷却，卷取温度为620℃。
根据本实施例的制备方法，生产出钢1，其中钢1的化学成分见表1，钢1的力学及工艺性能见表2。
实施例2
高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.85m/t钢水喂入，Zr铁按1.26kg/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯进行加热，加热温度为1220℃。Ⅰ阶段开轧温度1170℃，终轧1068℃，累计压下率65％；Ⅱ阶段开轧温度925℃，终轧温度826℃；轧后层流冷却，卷取温度为600℃。
根据本实施例的制备方法，生产出钢2，其中钢2的化学成分见表1，钢2的力学及工艺性能见表2。
实施例3
高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.96m/t钢水喂入，Zr铁按0.095kg/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1235℃。Ⅰ阶段开轧温度1165℃，终轧1088℃，累计压下率64％；Ⅱ阶段开轧温度928℃，终轧温度835℃；轧后层流冷却，卷取温度为605℃。
根据本实施例的制备方法，生产出钢3，其中钢3的化学成分见表1，钢3的力学及工艺性能见表2。
实施例4
高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按1.10m/t钢水喂入，Zr铁按0.12kg/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1220℃充分奥氏体化。Ⅰ阶段开轧温度1146℃，终轧1048℃，累计压下率61％；Ⅱ阶段开轧温度920℃，终轧温度820℃；轧后层流冷却，卷取温度为580℃。
根据本实施例的制备方法，生产出钢4，其中钢4的化学成分见表1，钢4的力学及工艺性能见表2。
实施例5
高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其中：
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.91m/t钢水喂入，Zr铁按0.145kg/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1210℃。Ⅰ阶段开轧温度1138℃，终轧1030℃，累计压下率62％；Ⅱ阶段开轧温度900℃，终轧温度792℃；轧后层流冷却，卷取温度为560℃。
根据本实施例的制备方法，生产出钢5，其中钢5的化学成分见表1，钢5的力学及工艺性能见表2。
表1本发明实施例钢的化学成分(wt％)
表2本发明实施例钢的力学及工艺性能
为了能更好的反映出本发明钢耐大气腐蚀性的优点，本实施方式中提供了1组比较钢的耐大气腐蚀性结果，比较钢选用工业化的高强耐候钢Q450NQR1，见表3。
表3本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果(g/m2·h)
表1为本发明实施例钢的化学成分。表2为本发明实施例钢的力学及工艺性能，由表2可以看出本发明实施例钢的屈服强度均大于450MPa，抗拉强度在571～589MPa之间，延伸率均大于20％，冷弯性能均合格，－40℃夏比冲击吸收功均大于100J。表2能整体表现出本发明钢的力学能力优良。表3为本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果，其中比较钢高强耐候钢Q450NQR1。为正确的测出实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果，本实验对实施例钢与比较钢进行了耐大气腐蚀率的测量，表3能整体表现出实施例钢的腐蚀率均优于比较钢Q450NQR1。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种高P高强韧性高耐候性热连轧钢，其特征在于由如下重量百分比的物质组成：C：0.02～0.08%、Si: ≤0.05%、Mn：1.30～2.00%、P：0.09～0.15%、S：≤0.005%、Cu：0.05～0.25%，Cu+P≤0.38%，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，其特征在于：所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.035～0.075%、Si: 0.02～0.05%、Mn：1.40～1.80%、P：0.1～0.135%、S：≤0.005%、Cu：0.12～0.25%，Cu+P≤0.36%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，其特征在于：所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢，由如下重量百分比的物质组成：C：0.04～0.07%、Si: 0.01～0.03%、Mn：1.50～1.70%、P：0.11～0.13%、S：≤0.005%、Cu：0.15～0.22%，Cu+P≤0.34%，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.权利要求1至3任一权利要求所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、连铸、均热炉、轧制、卷取步骤，其特征在于：
（1）转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.75～1.25m/t钢水喂入，Zr铁按0.08～0.15kg/t钢水加入；
（2）轧制：首先对钢坯进行加热，加热温度为1150～1250℃,充分奥氏体化；接着分两个阶段进行轧制，Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1250℃，终轧1020～1180℃，累计压下率≥60%，细化奥氏体晶粒；Ⅱ阶段轧制开轧温度≤940℃，终轧温度780～880℃；
（3）轧后层流冷却，卷取温度为540～620℃。
5.根据权利要求4所述高P高强韧性高耐候性热连轧钢的制造方法，其特征在于：
（1）转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，采用氧化物冶金技术，首先加入锰铁或硅铁的方式控制氧含量≤150ppm，接着再喂Ti线和Zr铁，Ti线按0.85～1.05m/t钢水喂入，Zr铁按0.09～0.12kg/t钢水加入；
（2）轧制：加热温度为1180～1220℃,Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1160～1200℃，终轧1060～1140℃，累计压下率60～65%；Ⅱ阶段轧制开轧温度890～930℃，终轧温度800～860℃；
（3）轧后层流冷却，卷取温度为560～600℃。
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