CN110284060B - 一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢及其制造方法 - Google Patents

一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢及其制造方法，体生产工艺包含如下步骤：转炉冶炼：转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca‑Si线；热连轧：首先对钢坯进行加热，加热温度为1140～1200℃；Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1200℃，终轧1020～1180℃，累计压下率55～65％；Ⅱ阶段轧制开轧温度960～1100℃，终轧温度800～880℃；卷取：轧后层流冷却。该钢屈服强度≥450MPa，抗拉强度550～700MPa，延伸率A≥20％，AKV(‑40℃)≥60J；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

一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢，属于低合金高强钢制造领域，其主要用于煤矿运输货车车体及煤矿环境下工程构件等。
背景技术
从2002年以来，我国铁路通用货车，其车体制造主要采用高强度耐候钢Q450NQR1。在所有运输环境下均采用通用货车，由于运载货物及使用环境的复杂和恶劣程度不一，其在不同使用环境的腐蚀情况不一样，尤其是在煤矿运输环境下，由于煤的含水量大，水中盐的成分及pH值变化又大，加之机械装卸作业磨损严重，致使车体钢材暴露在恶劣的腐蚀环境中，使得车辆腐蚀严重，并且在冬季，为了防冻，煤矿敞车中大量使用含Cl-防冻液，进一步加速了车辆腐蚀的发生和扩展。
我国的通用货车几乎一半的时间都是在运煤，由于其环境恶劣，车体存在过早腐蚀失效，达不到设计的25年使用寿命要求，经常需要召回截换腐蚀部件、维修，造成人力、物力、管理等方面的成本非常大。为了解决煤矿环境下货车运输存在的这些问题，我国在2003～2008年采用铝合金和不锈钢分别制造了一批煤矿专用运输货车，其耐腐蚀性能较好。但铝合金车体采用拉铆钉形式组装，其中钢制拉铆钉与车体铝合金会形成电偶腐蚀，成为结构件的薄弱部位，腐蚀速度依然很快，成为安全隐患，是需要维修、截换的重点。不锈钢存则在成本高、强度低、焊接、加工艺难度大、焊接接头脆弱等缺点，不能全面普及推广使用，2008年后，就没有采用铝合金和不锈钢制造货车。
因此，煤矿环境下使用的货车车体采用低合金耐蚀钢仍是首选材料，但目前并没有专门用于此环境下的货车车体用低合金耐蚀钢，本发明正是为适应煤矿运输货车车体钢材的需求而研发。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种煤矿环境下使用的高强韧性高耐蚀钢及其生产方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法，所述方法为：铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉外精炼→连铸→均热炉→热连轧→卷取；
具体生产工艺包含如下步骤：
(1)转炉冶炼：转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按500～1100g/t钢水加入；喂Ca-Si线可使钢水中的夹杂物球化、细化，改善P偏析，抑制Sb晶界偏聚，提高钢的成型性能和低温韧性。
(2)热连轧：首先对钢坯进行加热，加热温度为1140～1200℃；Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1200℃，终轧1020～1180℃，累计压下率55～65％；Ⅱ阶段轧制开轧温度960～1100℃，终轧温度800～880℃；
(3)卷取：轧后层流冷却，卷取温度为540～620℃。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)转炉冶炼：转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按600～800g/t钢水加入。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)热连轧：加热温度为1160～1200℃，Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1140～1200℃，终轧1060～1140℃，累计压下率58～63％；Ⅱ阶段轧制开轧温度980～1080℃，终轧温度820～860℃。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(3)卷取：轧后层流冷却，卷取温度为560～600℃。
钢材的性能由钢的成分、工艺、组织决定，一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢在性能上需要高强度、良好的成型性能和焊接性能，设计组织为贝氏体，采用低碳成分设计和洁净钢的冶炼技术，通过固溶强化和组织强化技术提高钢的强度。煤水环境下的耐蚀性由Cu+P+Sb的复合效益来提供。
实现本发明的技术方案是：主要选用化学元素为：C、Si、Mn、P、S、Cu、Sb和平衡Fe。
作为上述技术方案的改进，所述高强韧耐蚀钢的化学成分按重量百分比(％)为：
C：0.02～0.08、Si:≤0.05、Mn：1.20～1.80、P：0.045～0.09、S：≤0.005、Cu：0.05～0.20，Sb：0.08～0.12，其中0.12≤Cu+P≤0.20，0.13≤P+Sb≤0.21，余量为平衡铁及不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述高强韧耐蚀钢的化学成分按重量百分比(％)为：
C：0.04～0.07、Si:0.01～0.03、Mn：1.40～1.70、P：0.055～0.08、S：≤0.005、Cu：0.10～0.18、Sb：0.09～0.11，0.16≤Cu+P≤0.25，0.145≤P+Sb≤0.20，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢，所述高强韧耐蚀钢是采用如上所述任意方法制备而成。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述高强韧耐蚀钢的屈服强度≥450MPa，抗张强度550～700MPa，延伸率≥20％，AKV(-40℃)≥60J，采用腐蚀方法：温度23±2℃，10％H2SO4+3.5％NaCl，全浸24h，要求腐蚀率≤0.8g/m2·h。
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1.20～1.8％。
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0.045～0.09％；钢中的Cu能有效的提高钢的耐蚀性能，本发明钢中的Cu含量设计为0.05～0.20％，其中0.12≤Cu+P≤0.20。
Sb：Sb可在钢铁表面形成致密的保护膜，同时促进Cu、P元素在致密内锈层的富集，提高钢在煤水环境下的耐蚀性能，Sb含量设计为0.08～0.12％。P容易偏析，Sb易富集在晶界影响钢的成型性和韧性，为尽可能减小P、Sb的不利影响，充分发挥其有益作用，控制0.13≤P+Sb≤0.21。
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，因此应尽是降低钢中的S含量，使其含量在0.005％以下。
本发明的优点是以Cu+P+Sb的复合效益提高钢在煤水环境的耐蚀性，并通过固溶强化+组织强化和洁净钢的冶炼技术提高钢的强韧性，本发明没有采用微合金化技术提高钢的强韧性，避免了添加贵重的微合金元素Nb、V、Ti中的一种可几种，不仅满足了性能指标要求，而且成本低廉。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明所述的制备方法生产一种煤矿运输货车车体用高强韧性耐蚀钢。该钢屈服强度≥450MPa，抗拉强度550～700MPa，延伸率A≥20％，AKV(-40℃)≥60J，采用腐蚀方法：温度23±2℃，10％H2SO4+3.5％NaCl，全浸24h，要求腐蚀率≤0.8g/m2·h，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。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
本发明是一种煤矿运输货车车体用高强韧性耐蚀钢，下列实施例生产工艺如下：
铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉外精炼→连铸→均热炉→热连轧→卷取
具体生产工艺为：(1)转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按500～1100g/t钢水加入。
(2)首先对钢坯进行加热，加热温度为1140～1200℃；Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1200℃，终轧1020～1180℃，累计压下率55～65％；Ⅱ阶段轧制开轧温度960～1100℃，终轧温度800～880℃。
(3)轧后层流冷却，卷取温度为540～620℃。
实施例1
根据上述生产工艺，生产出钢1，其中钢1的化学成分见表1中的1，钢1的力学及工艺性能见表2中的1。
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按610g/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1130℃，终轧1081℃，累计压下率62％；Ⅱ阶段开轧温度1076℃，终轧温度872℃；轧后层流冷却，卷取温度为618℃。
实施例2
根据上述生产工艺，生产出钢2，其中钢2的化学成分见表1中的2，钢2的力学及工艺性能见表2中的2。
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按680g/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯进行加热，加热温度为1156℃。Ⅰ阶段开轧温度1143℃，终轧1068℃，累计压下率58％；Ⅱ阶段开轧温度976℃，终轧温度826℃；轧后层流冷却，卷取温度为552℃。
实施例3
根据上述生产工艺，生产出钢3，其中钢3的化学成分见表1中的3，钢3的力学及工艺性能见表2中的3。
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按730g/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1175℃。Ⅰ阶段开轧温度1156℃，终轧1076℃，累计压下率61％；Ⅱ阶段开轧温度978℃，终轧温度845℃；轧后层流冷却，卷取温度为605℃。
实施例4
根据上述生产工艺，生产出钢4，其中钢4的化学成分见表1中的4，钢4的力学及工艺性能见表2中的4。
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按800g/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1181℃。Ⅰ阶段开轧温度1146℃，终轧1048℃，累计压下率63％；Ⅱ阶段开轧温度996℃，终轧温度863℃；轧后层流冷却，卷取温度为580℃。
实施例5根据上述生产工艺，生产出钢5，其中钢5的化学成分见表1中的5，钢5的力学及工艺性能见表2中的5。
转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按760g/t钢水加入，然后连铸成坯。
钢坯加热温度为1163℃。Ⅰ阶段开轧温度1158℃，终轧1096℃，累计压下率62％；Ⅱ阶段开轧温度986℃，终轧温度836℃；轧后层流冷却，卷取温度为560℃。
`表1本发明实施例钢的化学成分(wt％)
Figure BDA0002108805350000071
表2本发明实施例钢的力学及工艺性能
Figure BDA0002108805350000072
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。(腐蚀方法：温度23±2℃，10％H2SO4+3.5％NaCl，全浸24h)
表3本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果(g/m2·h)
Figure BDA0002108805350000073
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572～599MPa之间，延伸率均大于23.5％，冷弯性能均合格，－40℃夏比冲击吸收功均大于60J。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蚀性，其中比较钢为高强耐候钢Q450NQR1。为正确的测出实施例钢与比较钢的耐腐蚀结果，本实验对实施例钢与比较钢进行了腐蚀率的测量，表3能整体表现出实施例钢的腐蚀率均优于比较钢Q450NQR1。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制备方法，其特征在于，高强韧耐蚀钢的化学成分按重量百分比为：
C：0.02~0.08、Si: ≤0.05、Mn：1.20~1.80、P：0.045~0.09、S：≤0.005、Cu：0.05~0.20，Sb：0.08~0.12，其中0.12≤Cu+P≤0.20，0.13≤P+Sb≤0.21，余量为平衡铁及不可避免的杂质；
所述方法为：铁水脱硫→ 转炉冶炼→吹氩→LF炉外精炼→连铸→均热炉→热连轧→卷取；
具体生产工艺包含如下步骤：
（1）转炉冶炼：转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按500~1100g/t钢水加入；
（2）热连轧：首先对钢坯进行加热，加热温度为1140～1200℃；Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1120～1200℃，终轧1020～1180℃，累计压下率55~65%；Ⅱ阶段轧制开轧温度960~1100℃，终轧温度800～880℃；
（3）卷取：轧后层流冷却，卷取温度为540~620℃。
2.如权利要求1所述的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）转炉冶炼：转炉炼钢，出钢合金化，当钢水到达LF炉精炼时，喂Ca-Si线，按600~800g/t钢水加入。
3.如权利要求1所述的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）热连轧： 加热温度为1160～1200℃，Ⅰ阶段轧制开轧温度控制在1140～1200℃，终轧1060～1140℃，累计压下率58~63%；Ⅱ阶段轧制开轧温度980~1080℃，终轧温度820～860℃。
4.如权利要求1所述的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）卷取：轧后层流冷却，卷取温度为560~600℃。
5.如权利要求1所述的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢的制造方法，其特征在于：所述高强韧耐蚀钢的化学成分按重量百分比（%）为：
C：0.04~0.07、Si: 0.01~0.03、Mn：1.40~1.70、P：0.055~0.08、S：≤0.005、Cu：0.10~0.18、Sb：0.09~0.11，0.16≤Cu+P≤0.20，0.145≤P+Sb≤0.20，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.一种煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢，其特征在于：所述高强韧耐蚀钢是采用权利要求1-5任意方法制备而成。
7.如权利要求6所述的煤矿运输货车车体用高强韧耐蚀钢，其特征在于：所述高强韧耐蚀钢的屈服强度≥450MPa，抗张强度550~700MPa，延伸率≥20%，AKV（-40℃） ≥60J，采用腐蚀方法：温度23±2℃，10%H2SO4+3.5%NaCl，全浸24h，要求腐蚀率≤0.8g/m2·h。
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