CN111748734A - 一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法 - Google Patents

一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其组分及wt%为：C：0.05~0.08%、Si：0.32~0.38%、Mn：0.50~0.60%、Cr：0.60~0.80%、Cu：0.32~0.40%、Mo：0.10~0.18%、Nb：0.05~0.07%、Ti：0.01~0.02%，P不超过0.020%、S≤0.005%。生产方法：经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；用NaCl溶液层流冷却；自然冷却；稳定化锈层处理；卷取。本发明在保证钢板屈服强度550~580MPa、抗拉强度620~650MPa、延伸率≥20％的前提下，实现在线在钢板表面生成厚度不低于3µm致密稳定锈层，在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035µm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后使用，提高了钢板表面质量及生产效率。

Description

一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产 方法
技术领域
本发明涉及一种集装箱钢及生产方法，具体涉及一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法。
背景技术
在大气腐蚀过程中，耐候钢中的合金元素能够改善锈层结构和性能，形成致密的保护性锈层，有效阻滞腐蚀介质的渗入和传输，抑制腐蚀的进一步发生。耐候钢在集装箱行业中得到了广发应用。虽然耐候钢具有良好的耐蚀性能，但是在自然环境下耐候钢表面要形成稳定致密的保护性锈层需要相当长的时间，并且耐候钢在裸露使用的情况下，初期与普通碳钢一样也会生成红锈，出现锈液流挂与飞散，污染周围环境的现象。因此，集装箱用耐候钢仍需要经过涂装后来使用。为解决耐候钢裸露时出现的这个问题，人们开展了大量耐候钢锈层稳定化技术研究，以期使耐候钢在短时间内生成致密的锈层而不出现流淌，从而达到环保、经济等特性。现今，锈层稳定化处理技术已经在耐候钢成品或者结构上应用，但是均为离线处理，即在线下有人工在钢板表面涂覆锈层，存在不仅涂覆层不均匀，且劳动强度大，生产效率低、并对操作者身体有一定影响。如，经检索的：
中国专利申请号为CN201610504636.9的文献，公开了《低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢的制造方法》。钢板的生产工艺为：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却、卷取、平整,其特征在于,钢中化学成分按质量百分比为：C 0.049％～0.069％,Si 0.21％～0.29％,Mn 0.51％～0.79％,P≤0.020％,S≤0.006％、Als 0.015％～0.045％,Cr 0.31％～0.39％,Ni 0.079％～ 0.099％,Cu 0.21％～0.26％,Ti 0.057％～0.077％,N≤0.006％,其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度200～230mm,铸坯加热温度在1250℃以上，精轧开轧温度为1080～1100℃，精轧终轧温度为921～949℃，轧后采用层流冷却，冷却速度大于20℃/s，卷取温度为619～649℃，卷取后进入缓冷罩进行缓冷，若成品钢板厚度≤2.0mm,需要进行平整。
中国专利申请号为CN201710068872.5的文献，公开了《一种耐候钢表面稳定化锈层快速生成处理剂及其使用方法》。由A剂和B剂两部分组成，A剂组成按质量百分比为：CuSO4#0.4％～2％、NaCl#0.1％～2.5％、FeCl3#0.5％～3％、HCl#0.1％～0.5％,余量为水；B 剂为保湿剂水溶液,保湿剂质量百分含量为0.2％～3.5％，余量为水；所述的保湿剂为 NaH2PO4、Na5P3O10、(NaPO3)6、C6H5Na3O7·2H2O中的一种或几种。
本发明的优点是：使用该处理剂可直接对表面带氧化铁皮的耐候钢进行处理，省去了除氧化皮步骤，提高了处理速度和处理剂的实用性。此外，处理剂为水性体系且不含六价铬等组分，具备环境友好特征；处理剂配方及处理工艺简单，制备及施工成本低，适合在冶金企业及施工现场实施。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证钢板屈服强度550～580MPa、抗拉强度 620～650MPa、延伸率≥20％的前提下，在线在钢板表面生成厚度不低于3μm致密稳定锈层，在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035μm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后使用的具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其组分及重量百分比含量为：C： 0.05～0.08％、Si：0.32～0.38％、Mn：0.50～0.60％、Cr：0.60～0.80％、Cu：0.32～0.40％、Mo： 0.10～0.18％、Nb：0.05～0.07％、Ti：0.01～0.02％，P不超过0.020％、S≤0.005％，其余为Fe 及不可避免的杂质；金相组织为贝氏体；屈服强度Rt0.5为550～580MPa，抗拉强度Rm为 620～650MPa，延伸率≥20％；表面具有厚度≥3μm的褐色锈层；在大气环境下曝晒1年腐蚀速度不超过0.03μm/a。
优选地：P的重量百分比含量在0.007～0.016％。
优选地：Cr的重量百分比含量为0.64～0.75％。
优选地：其特征在于：Cu的重量百分比含量为0.32～0.36％。
生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其步骤：
1)经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001％～0.002％；
2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；
3)进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％；
4)进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，钢板厚度在1.5～3mm；
5)进行层流冷却，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为 15～20℃/s下冷却至450～500℃；
6)自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；
7)对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1～3％的FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下使钢板表面形成锈层；
后置入质量浓度为0.2～0.8％的ZnH2PO4溶液中，在通带速度为5～10m/s下使钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；
8)卷取。
优选地：采用质量浓度为0.13～0.43％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～17℃ /s下冷却至456～490℃。
优选地：稳定化锈层处理中：FeCl3溶液的质量浓度为1.5～2.5％，钢带通带速度为2～4m/s； ZnH2PO4溶液的质量浓度为0.27～0.72％，钢带通带速度为6～8m/s。
本发明中各组分及主要工艺的机理及作用
碳(C)：碳是最经济、最基本的强化元素，可以减少其它贵重合金的加入量；另一方面对管线钢的延性、焊接性能有负面影响。本发明碳含量限制在0.05～0.08％。
硅(Si)：硅主要起脱氧和固溶强化作用，但添加过量硅会导致钢的塑、韧性、焊接性降低。本发明硅含量限制在0.32～0.38％。
锰(Mn)：锰起到固溶强化作用，弥补低碳或超低碳造成的强度下降。但是过高的锰容易引起组织偏析。本发明锰含量限制在0.50～0.60％。
铬(Cr)：铬能在腐蚀产物膜层中出现富集，使α-FeOOH晶体细化，有利于致密的保护性内锈层形成，提高耐大气腐蚀性能。但其如高于所限定值，则会降低钢的韧性和焊接性能，无法满足使用要求。但其如低于所限定值，则无法形成致密的锈层，影响锈层稳定化工艺。因此经综合考虑，将本发明铬含量限制在0.60％～0.80％，优选地Cr的重量百分比含量为 0.64～0.75％。
铜(Cu)：铜不仅是固溶强化元素，而且是提高钢耐大气腐蚀的重要元素。研究表明铜能够能够使耐候钢锈层表现出离子选择特性，排斥Cl-进入锈层，减缓腐蚀。但其如高于所限定值，则会引起钢的热脆现象，热轧时会出现表面裂纹，成品钢性能恶化，焊接性能不合格，不能满足使用要求。但其如低于所限定值，则会无法在钢的表面形成耐大气腐蚀保护层，降低了钢的耐大气腐蚀性能。因此经综合考虑，将本发明铜含量限制在0.32～0.40％，优选地Cu 的重量百分比含量为0.32～0.36％。
钼(Mo)：钼能够提高钢的淬透性，改善钢的抗点蚀性能。钢中的钼在大气腐蚀过程中被氧化成难溶钼酸盐，起到缓蚀剂的作用。但钼元素能使焊接性能下降。本发明钼含量限制在0.10～0.18％。
铌(Nb)：铌最主要的微合金元素，能细化晶粒，起到固溶强化作用，使钢具有高强度、高韧性。在低合金钢种加入铌，能有效提高其腐蚀性能。本发明铌含量限制在0.05～0.07％。
钛(Ti)：一方面有利于钢的脱氧，减少钢中的夹杂物；另一方面能够提高钢的冲击韧性。但是钛含量超过一定值会使TiC得沉淀强化作用显现，降低钢的低温韧性。本发明钒含量限制在0.01～0.02％。
磷(P)：一方面在含铜钢中添加磷会明显强化其腐蚀抗性；另一方面在大气腐蚀条件下，磷有阳极去极化作用，可以帮助锈层快速稳定，促进锈层致密氧化膜的生成，成为钢板表面的保护屏障。但其如高于所限定值，则会对钢板的低温韧性和焊接性能产生不好的影响，随着磷含量增加，将造成焊缝金属的韧性、特别是低温冲击韧性下降。因此，本发明控制磷的含量不超过0.020％，但不能为零，否则锈层中磷不足以阻止晶态Fe3O4结晶成长，从而生成疏松的锈层，钢的耐大气腐蚀性能降低。优选地P的重量百分比含量在0.007～0.016％。
硫(S)：硫是钢中的有害元素，生成的硫化锰夹杂物不仅会降低钢的力学性能，而且会降低钢的耐大气腐蚀性能。因此，本发明控制硫的含量≤0.005％。
本发明之所以在真空进行Ca处理，是由于Ca处理可以对钢中夹杂物进行变性，容易从钢水中去除，达到纯净钢水作用。
本发明之所以控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％，是由于在奥氏体再结晶温度以上进行粗轧过程，本发明成分体系下再结晶温度约在940℃。
本发明之所以控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，是由于在奥氏体析出铁素体(Ar3)温度上进行精轧过程，集装箱板属于热轧薄板，故采用较高的累计压下率。
本发明之所以在层流冷却中，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～20℃/s下冷却至450～500℃，是由于使用NaCl溶液作为冷却水提供了腐蚀性强的Cl-离子，它具有离子半径小、穿透能力强，并且在钢的表面较强吸附的特点。冷却过程中Cl-附着在钢的表面能够破坏钢表面钝化膜形成，阻止冷却过程中致密氧化铁皮的生成，使钢表面形成较为疏松的氧化铁皮。
本发明之所以将钢板自然冷却至不超过100℃，是由于过高的钢板温度容易导致锈层稳定化处理剂挥发，过低的温度增加了自然冷却时间，因此选定100℃为进入锈层稳定化工序的温度上限。
本发明之所以在对钢板表面进行稳定化锈层处理中：先将钢板置入质量浓度为1～3％的 FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下在钢板表面形成锈层；后置入质量浓度为0.2～0.8％的 ZnH2PO4溶液中在通带速度为5～10m/s下在钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm，是由于FeCl3溶液具有较强的氧化性，可以将钢板表面快速形成锈层。ZnH2PO4溶液则可以与铁离子生成磷酸铁盐沉淀，形成致密稳定锈层的作用，消除黄锈流淌现象。通过在线锈层稳定化处理使钢板表面生成致密的褐色锈层。
本发明与现有技术相比，在保证钢板屈服强度550～580MPa、抗拉强度620～650MPa、延伸率≥20％的前提下，实现在线在钢板表面生成厚度不低于3μm致密稳定锈层，在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035μm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后使用，提高了钢板表面质量及生产效率。
附图说明
图1为本发明钢的金相组织图；
图2为本发明钢的表面锈层状况图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；
各实施例均按照以下步骤生产：
1)经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001％～0.002％；
2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；
3)进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％；
4)进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，钢板厚度在1.5～3mm；
5)进行层流冷却，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为 15～20℃/s下冷却至450～500℃；
6)自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；
7)对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1～3％的FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下在钢板表面形成锈层；
后置入质量浓度为0.2～0.8％的ZnH2PO4溶液中在通带速度为5～10m/s下在钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；
8)卷取。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
Figure RE-GDA0002612019450000071
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
Figure RE-GDA0002612019450000072
Figure RE-GDA0002612019450000081
续表2
Figure RE-GDA0002612019450000082
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
Figure RE-GDA0002612019450000083
腐蚀速度实验条件：按照GB/T 6464-1997《金属及其覆盖层大气腐蚀试验现场试验的一般要求》标准进行，在武汉工业大气环境下曝晒1年，得到的腐蚀速度。
从表3可以看出，本发明力学性能满足GB/T 4171-2008《耐候结构钢》中550MPa级耐候钢力学性能要求，生产钢板表面具有厚度≥3μm的褐色锈层，腐蚀速度不超过0.032μm/a大气曝晒试验表明其腐蚀速度大幅降低。
以上实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (7)

1.一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.05~0.08%、Si：0.32~0.38%、Mn：0.50~0.60%、Cr：0.60~0.80%、Cu：0.32~0.40%、Mo：0.10~0.18%、Nb：0.05~0.07%、Ti：0.01~0.02%，P不超过0.020%、S≤0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质；金相组织为贝氏体；屈服强度Rt0.5为550~580MPa，抗拉强度Rm为620~650MPa，延伸率≥20％；表面具有厚度≥3μm的褐色锈层；在大气环境下曝晒1年腐蚀速度不超过0.035μm /a。
2.如权利要求1所述的一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于：P的重量百分比含量在0.007~0.016%。
3.如权利要求1所述的一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于：Cr的重量百分比含量为0.64～0.75%。
4.如权利要求1所述的一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其特征在于：其特征在于：Cu的重量百分比含量为0.32～0.36%。
5.生产如权利要求1所述的一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其步骤：
1）经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001%~0.002%；
2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；
3）进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75~85%；
4）进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80%，钢板厚度在1.5~3 mm；
5）进行层流冷却，采用质量浓度为0.1~0.5%的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～20℃/s下冷却至450~500℃；
6）自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；
7）对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1~3%的FeCl3溶液中，在通带速度为1~5m/s下使钢板表面形成锈层；
后置入质量浓度为0.2~0.8%的ZnH2PO4溶液中，在通带速度为5~10m/s下使钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；
8）卷取。
6.如权利要求5所述的生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：采用质量浓度为0.13~0.43%的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～17℃/s下冷却至456~490℃。
7.如权利要求5所述的生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：稳定化锈层处理中：FeCl3溶液的质量浓度为1.5~2.5%，钢带通带速度为2~4m/s；ZnH2PO4溶液的质量浓度为0.27~0.72%，钢带通带速度为6~8m/s。
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