CN110616375A

CN110616375A - 含铌钒550MPa级厚规格耐候钢及其生产方法

Info

Publication number: CN110616375A
Application number: CN201911000219.0A
Authority: CN
Inventors: 崔凯禹; 李正荣; 汪创伟; 张开华
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2019-12-27

Abstract

本发明属于热连轧板带生产技术领域，具体涉及一种含铌钒550MPa级厚规格耐候钢及其生产方法。针对现有市场需要，本发明开发了一种全新成分的高强度厚规格耐候钢及其生产方法。本发明含铌钒550MPa级厚规格耐候钢成分为：按重量百分比计，C：0.07～0.10％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.45～1.60％，P≤0.018％，S≤0.007％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.32～0.42％，Ni：0.12～0.20％，V：0.04～0.06％，Nb：0.045～0.060％，Als：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。其制备方法包括：冶炼‑热轧‑层流冷却‑卷取。本发明通过成分设计提高了钢的耐候性能，该成分下可采用现有的热连轧机组实现厚度为7～10mm的耐候钢的生产，操作简单，生产成本低，制备的产品综合性能优异。

Description

含铌钒550MPa级厚规格耐候钢及其生产方法

技术领域

本发明属于热连轧板带生产技术领域，具体涉及一种含铌钒550MPa级厚规格耐候钢及其生产方法。

背景技术

耐候钢，又名耐大气腐蚀钢，是一类在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金钢。耐候钢中C含量少于0.2wt％，Cu，Cr，Ni，P，Si，Mn等作为主要合金元素。大量研究表明，耐候钢之所以表现出良好的耐候性能，主要是由于其长时间暴露于大气中，表面将生成一层致密且附着性良好的氧化产物，使得钢基体与外界腐蚀性物质隔绝开来，从而显著提高耐候钢的耐腐蚀性能。耐候钢主要运用在铁道车辆中，铁道车辆在使用时不断受到大气腐蚀和动载荷磨蚀作用，恶劣的工况环境要求所使用的钢材具有高可靠性、长寿命、轻量化、低成本等特点。随着铁路现代化建设的发展，高速、重载要求的不断提高，铁道车辆的车体材料也开始由低强度普通碳钢、低强度耐候钢向高强度耐候钢的方向发展。对于制造车辆部件、集装箱和其他移动设备而言，采用高强度耐候钢增强减重，能够降低产品生产成本、提高有效载荷、减少能源消耗。由此可见，高强度耐候钢(屈服强度≥450MPa)的应用越来越广泛。

专利CN103305760A公开了一种薄带连铸550MPa级高强耐候钢制造方法，其化学成分按重量百分比为C：0.03～0.08％，Si≤0.4％，Mn：0.6～1.5％，P：0.07～0.22％，S≤0.01％，N≤0.012％，Cu：0.25～0.80％，此外，还包含Nb、V、Ti、Mo中一种以上，Nb：0.01～0.08％，V：0.01～0.08％，Ti：0.01～0.08％，Mo：0.1～0.4％，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利中的耐候钢采用薄板坯连铸连轧工艺进行生产，在该工艺中，铸坯厚度大大减薄(厚度为50～90mm)。因此铸坯只需要经过1～2道次粗轧或不需要经过粗轧就可以得到。此外，该工艺生产的铸坯可以不经冷却直接进入均热炉进行均热保温，或者少量补温，可大大缩短工艺流程。同时该工艺条件下铸坯凝固冷却速度加快，可一定程度上减少元素宏观偏析，因此对于耐候钢的P、Cu等元素含量范围可适当放宽。另外，该方法轧制的耐候钢厚度为1～3mm，为薄带钢，对于厚带钢的轧制过程也没有启示效果。因此，该方法的使用具有一定局限性，其成分和工艺无法借鉴到传统热连轧生产中的厚规格钢板轧制。

专利CN108251737A公开了一种屈服强度550MPa级高强度耐候钢的制造方法，该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为：C：0.03～0.08％，Si≤0.15％，Mn：0.70～1.40％，P≤0.020％，S≤0.008％，Alt：0.020～0.050％，N≤0.006％，Cu：0.20～0.55％，Cr：0.30～0.60％，Ni：0.04～0.20％，Ti：0.05～0.09％，余量为Fe及不可避免的微量元素。该专利的耐候钢Ti含量较高，而Ti微合金化钢中存在TiN、TiC和Ti₄C₂S₂等大量析出物，其形成存在于连铸到卷取的各个阶段。其中液析TiN是微米级颗粒，会对钢材的性能产生不利的影响；固态析出的TiN和T_i4C₂S₂尺寸也较大，强化效果不明显。因此其对于成分和工艺稳定性控制要求很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：开发一种全新成分的性能优良的高强度厚规格耐候钢及其生产方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种含铌钒550MPa级厚规格耐候钢。所述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的化学成分为：按重量百分比计，C：0.07～0.10％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.45～1.60％，P≤0.018％，S≤0.007％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.32～0.42％，Ni：0.12～0.20％，V：0.04～0.06％，Nb：0.045～0.060％，Als：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，上述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢中，所述耐候钢屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥18％，180°冷弯试验D＝a(厚度≤6mm)或D＝2a(厚度＞6mm)，-40℃冲击功≥60J(全尺寸)，相对腐蚀率(相对Q345B)≤55％。

其中，上述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢中，所述厚规格耐候钢是指厚度为7～10mm的耐候钢。

本发明还提供了一种上述含铌钒550MPa级耐候钢的生产方法，包括以下步骤：

a、将钢水冶炼成钢坯；所述钢水成分为：按重量百分比计，C：0.07～0.10％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.45～1.60％，P≤0.018％，S≤0.007％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.32～0.42％，Ni：0.12～0.20％，V：0.04～0.06％，Nb：0.045～0.060％，Als：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质；

b、将步骤a冶炼好的钢坯进行热轧，热轧前的出炉温度为1220～1260℃，粗轧进行5道次轧制，每道次变形量≥20％，全长全数除鳞，精轧开轧温度≤960℃，终轧温度为850～890℃；

c、热轧后进行前段冷却；

d、冷却后的钢材进行卷取，卷取温度为580～620℃，卷取后得到含铌钒550MPa级厚规格耐候钢。

其中，上述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的生产方法中，步骤b精轧时开放的冷却水机架数量≥5。

其中，上述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的生产方法中，步骤c稀疏冷却时开放的上下集管开水率分别为60％和90％。

本发明的有益效果为：

本发明开发了一种全新成分的高强度耐候钢，在钢成分中引入了一定量的Nb和V，充分发挥了Nb、V元素细晶强化的效果；同时配合添加了适量的Cu、Cr、Ni元素，提高了产品的耐腐蚀性能。针对上述特定成分的钢，本发明还提供了一种特定的生产方法，控轧控冷工艺，提高了带钢厚度方向组织均匀性，实现了在热连轧机组上高强厚规格耐候钢的生产，最终获得了550MPa级厚规格耐候钢，该钢的屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥18％，180°冷弯试验D＝a(厚度≤6mm)或D＝2a(厚度＞6mm)，-40℃冲击功≥60J(全尺寸)，相对腐蚀率(相对Q345B)≤55％，强度高，耐腐蚀性能强，且组织均匀，适宜用在铁道车辆部件制造等领域。

具体实施方式

本发明所提供的一种含铌钒550MPa级耐候钢，其化学成分重量百分比为：C：0.07～0.10％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.45～1.60％，P≤0.018％，S≤0.007％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.32～0.42％，Ni：0.12～0.20％，V：0.04～0.06％，Nb：0.045～0.060％，Als：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

C是钢中有效的强化元素，可以溶入基体中起到固溶强化的作用，且能够与V、Nb结合形成碳化物析出粒子，起到细晶强化和析出强化的作用，提高碳含量，对提高强度有利，但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，碳含量过高还会在钢板中心偏析带，对弯曲性能成型性不利，同时过高的碳含量增加焊接碳当量，不利于焊接加工。因此本发明设计C：0.07～0.10％。

Si在钢中具有较高的固溶度，有利于细化锈层组织，降低钢整体的腐蚀速率，提高韧度，但含量过高会使轧制时除鳞困难，还会导致焊接性能下降。因此本发明设计Si：0.35～0.45％。

Mn具有较强的固溶强化作用，能显著降低钢的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素，但Mn含量过多时连铸过程容易产生铸坯裂纹，同时还会降低钢的焊接性能。因此本发明设计Mn：1.45～1.60％。

P能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，当P与Cu联合加入钢中时，可显示出更好的复合效应，但P含量过高会显著降低钢的塑性及低温韧性。因此本发明设计P≤0.018％。

S会形成硫化物夹杂使钢的性能恶化，同时腐蚀过程中易形成孔蚀扩展，对腐蚀性能有不利影响。因此本发明设计S≤0.007％。

Cu加入有利于在钢的表面形成致密的、粘附性好的非晶态氧化物(烃基氧化物)保护层，耐蚀作用越明显。另外，Cu与S生成难溶的硫化物，从而抵消S对钢耐蚀性的有害作用。但是Cu含量过高时，容易在加热或热轧时产生裂纹。因此本发明设计Cu：0.20～0.30％。

Cr对改善钢的钝化能力具有显著效果，可促使钢表面进行致密的钝化膜或保护性锈层，其在锈层内的富集能有效提高锈层对腐蚀性介质的选择性透过特性。但是Cr含量过高会使生产成本提高。因此本发明设计Cr：0.32～0.42％。

Ni能显著改善钢材的低温韧性，同时可有效阻止Cu的热脆，但Ni为贵重金属元素，且过高的Ni会增大氧化皮的粘附性，压入钢中会在表面形成热轧缺陷。因此本发明设计Ni：0.12～0.20％。

V加入会在热轧阶段形成VN析出，从而起到一定的细化晶粒效果，同时会有V(C、N)在铁素体中大量析出，起到显著的析出强化效果。但是V含量过高会使生产成本提高。因此本发明设计V：0.04～0.06％

Nb能钉扎奥氏体晶界从而阻止晶粒长大，最终细化晶粒，但含量过高不利于钢的焊接性能，同时增加生产成本。因此本发明设计Nb：0.045～0.060％。

Al加入钢中起脱氧的作用，但是Al含量过高，其氮氧化物容易在奥氏体晶界析出导致铸坯裂纹产生。因此本发明设计Als：0.015～0.050％。

本发明特别的设计了一种高强度厚规格耐候钢，通过将C、Si、Mn、P、S、和Cu等成分限制在合理的范围内，同时配合添加了一定含量的Cr、Ni、Nb和V等合金成分，使其强度能够满足现有行业标准中的要求，同时提高了钢材耐候性。

本发明制备的高强度厚规格耐候钢中，所述含铌钒550MPa级耐候钢屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥18％，180°冷弯试验D＝a(厚度≤6mm)或D＝2a(厚度＞6mm)，-40℃冲击功≥60J(全尺寸)，相对腐蚀率(相对Q345B)≤55％。

本发明所述的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢中，所述厚规格耐候钢是指厚度为7～10mm的耐候钢。

针对本发明特定成分的厚规格耐候钢，本发明提供了一种上述含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的生产方法，包括以下步骤：

c、热轧后进行前段冷却；

本发明的生产方法中，热轧工序中，采用较高的加热温度可以对铸态组织的成分偏析起到均匀化作用，但加热温度过高会出现烧损、过热、过烧等问题；粗轧需要达到足够的变形量以保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，防止出现混晶组织，粗轧全长全线除鳞以充分去除氧化铁皮，避免氧化铁皮压入造成的表面质量问题；若精轧开轧温度太高，则精轧过程在奥氏体未再结晶区的变形量不足，不利于组织细化；若终轧温度太低，则与开轧温度相差太大，使精轧过程冷速过快，且存在精轧后几机架在两相区轧制的风险，产品综合性能差，若终轧温度太高，则在层流冷却过程的冷速太大从而导致异常组织产生。因此，本发明通过试验最终确定：热轧前的出炉温度为1220～1260℃，粗轧进行5道次轧制，每道次变形量≥20％，全长全数除鳞，精轧开轧温度≤960℃，终轧温度为850～890℃时才能得到符合要求的钢。

本发明在冷却时采用前段冷却的方式，保证足够的冷却速度使最终组织细化。精轧时开放机架间冷却水，可以提高精轧过程的带钢冷速，在保证精轧开轧温度和终轧温度的基础上提高轧制速度，从而缩小层流冷却段终冷温度与卷取温度的差异，保证产品性能。精轧时开放的冷却水机架数量≥5，层流冷却时冷却水上下集管开水率分别为60％和90％；这是发明人经过大量试验筛选得到的。由于受到重力影响，上集管造成的冲击力更大，冷却效果更好，本发明特别的将上下集管开水率设置了一个差值，从而使上、下集管的冷却速度相当，最终使得冷却后的钢材组织更均匀。

其中，卷取工艺中，卷取温度太低，则在层流冷却过程的冷速太大从而导致异常组织产生，卷取温度太高，使晶粒粗大从而导致成品综合性能变差，卷取温度为580～620℃。

下面将结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，但不因此将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。

实施例1、2采用本发明方法制备含铌钒550MPa级厚规格耐候钢

实施例所述耐候钢的成分如下表1所示。

表1实施例耐候钢成分/％

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	V	Nb	Als
												实施例1	0.09	0.40	1.51	0.010	0.005	0.41	0.14	0.28	0.04	0.049	0.036
实施例2	0.09	0.39	1.55	0.008	0.006	0.39	0.12	0.23	0.05	0.056	0.042

对上述成分的钢水进行冶炼、热轧、冷却和卷取。其中，热轧工序中粗轧进行5道次轧制，每道次变形量≥20％，轧线全长全数除鳞，机架间冷却水开放5架。具体工艺控制情况如表2所示。

表2实施例耐候钢工艺控制情况

对比例1、2不采用本发明制备方法制备耐候钢

对比例钢的成分如下表3所示。

表3对比例耐候钢成分/％

编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	V	Ti	Nb	Als
													对比例1	0.07	0.31	0.95	0.012	0.003	0.37	0.14	0.24	0.05	0.010	0.036	0.035
对比例2	0.06	0.29	1.65	0.008	0.003	-	-	-	-	0.020	0.050	0.028

对上述成分的钢水进行冶炼、热轧、冷却和卷取。其中，热轧工序中粗轧进行5道次轧制，每道次变形量≥20％，轧线全长全数除鳞，机架间冷却水开放5架。具体工艺控制情况如表4所示。

表4实施例耐候钢制备参数

实施例和对比例制备得到的耐候钢综合性能如表5所示。

表5实施例和对比例制备的耐候钢综合性能

由实施例和对比例可知，本发明开发了一种全新成分的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢，所述钢成分中含有Cr、Ni、Nb、V等合金成分，提高了钢材的强度和耐候性。本发明钢材通过设计合理的生产工艺，采用现有的热连轧机组即可实现厚度为7～10mm的耐候钢的生产，操作简单，生产成本低，制备的产品综合性能优异，具有很好的应用前景。

Claims

1.含铌钒550MPa级厚规格耐候钢，其特征在于，化学成分为：按重量百分比计，C：0.07～0.10％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.45～1.60％，P≤0.018％，S≤0.007％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.32～0.42％，Ni：0.12～0.20％，V：0.04～0.06％，Nb：0.045～0.060％，Als：0.015～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢，其特征在于：所述耐候钢屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥18％，180°冷弯试验D＝a或D＝2a，-40℃冲击功≥60J，相对腐蚀率≤55％。

3.根据权利要求1所述的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢，其特征在于：所述厚规格耐候钢是指厚度为7～10mm的耐候钢。

4.权利要求1～3任一项所述的含铌钒550MPa级耐候钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

c、热轧后进行前段冷却；

5.根据权利要求4所述的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：步骤b精轧时开放的冷却水机架数量≥5。

6.根据权利要求4所述的含铌钒550MPa级厚规格耐候钢的生产方法，其特征在于：步骤c稀疏冷却时开放的上下集管开水率分别为60％和90％。