CN112941424A - 一种新型铁路车辆用耐蚀钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型铁路车辆用耐蚀钢及其制造方法。本发明的新型铁路车辆用耐蚀钢，按质量百分比计，所述耐腐蚀钢的成分如下：C：0.060％～0.080％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.45％～0.98％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.010％～0.050％，Cr：0.55％～0.95％，Ni：0.10％～0.20％，Cu：0.21％～0.49％，Ti：0.025％～0.050％，Sb：0.051％～0.089％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明的钢板不仅具有良好的耐大气腐蚀性能，而且具有优异的耐硫酸根离子和氯离子共存环境下的腐蚀性能，除此之外，本发明的钢板还具有高强度、优异的成型性能和低温韧性。

Description

一种新型铁路车辆用耐蚀钢及其制造方法

技术领域

本发明属于铁路车辆用钢技术领域，具体涉及一种新型铁路车辆用耐蚀钢及其制造方 法，更具体涉及一种适合在含有酸性介质和氯离子的腐蚀环境中使用的耐蚀钢及其制造方 法。

背景技术

由于铁路车辆运行的环境复杂，常常在气候恶劣的环境中运行，所以对铁路车辆的强 度和耐腐蚀性提出了更高的要求。现有的铁路车辆用钢板主要牌有09CuPCrNi、Q450NQR1， 虽然强度、焊接性和成型性能良好，但是其耐蚀性不能满足要求。新一代高耐蚀钢S450EW 虽然耐大气腐蚀性能得到了明显的提高，但是并不适合含有酸性介质和氯离子的腐蚀环境 中。而采用铝合金和不锈钢，虽然具有良好的耐蚀性，但是其焊接性和成型性存在一定的 问题，且成本相对较高。

中国专利CN 1664152A公布了一种铁路车辆用的高强度耐腐蚀钢板及其制备方法，它 通过增加钢材中铬的含量，提高钢材的耐腐蚀性，加入适量的镍，提高钢材的低温韧性， 再加相应的工艺处理，从而成为耐腐蚀性、加工性、韧性、焊接性良好的铁路车辆专用钢 板。该专利申请合金含量较高，不易生产，虽然具有良好的耐大气腐蚀性能，但并不具有耐酸性介质的腐蚀性能。

中国专利CN 102268613A公布了一种铁路货车车辆用耐大气腐蚀热轧钢板及其制造方 法，它通过在钢中加入Sb，同时控制Cr和Ni含量满足1.48≤Ni+0.85Cr≤2.05％，C、Ti、 Nb、V含量满足Ti/C≥1.0，(Ti+Nb+V)/C≥3，经连铸、热连轧、卷取方法获得耐蚀性能良好的钢板。该专利申请经连铸、热连轧、卷取方法获得耐蚀性能良好的钢板，但耐蚀能 力略有不足。

中国专利CN 107299297A公布了一种高强耐蚀热轧钢板及其炼铸方法和轧制方法，该 发明通过在现有耐蚀钢基本成分的基础上添加0.15％～0.50％的Als以及0.03％～0.40％的Sb， 然后再较大幅度的降低成本较高的Cr的含量，将原来的3.0％～5.5％的含量只保留到 0.30％～1.25％，以提高耐酸性介质腐蚀的能力。该专利申请中钢的Als含量较高，冶炼时容 易堵水口，不易生产。

中国专利CN 104294111A公布了一种运煤敞车用铝合金板材的制造方法，该发明所涉 及的板材为铝合金板材。该专利申请所涉及的板材为铝合金板材，不仅成本较高，而且屈 服强度仅为220～240MPa。

发明内容

本发明针对目前铁路车辆(如货车)用钢生产存在的技术问题，例如：采用铝合金、不锈钢成本较高、焊接和成型性不好，采用现有的钢质耐腐蚀性达不到要求，特提出本发明的技术方案。

本发明的目的在于提供一种新型铁路车辆用耐蚀钢及其制造方法，以解决现有技术中 存在的上述问题。本发明的钢板不仅具有良好的耐大气腐蚀性能，而且具有优异的耐硫酸 根离子和氯离子共存环境下的腐蚀性能，除此之外，本发明的钢板还具有高强度、优异的 成型性能和低温韧性。

本发明采用的具体的技术方案如下。

一方面，本发明提出一种新型铁路车辆用耐蚀钢，按质量百分比计，所述耐腐蚀钢的 成分如下：C：0.060％～0.080％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.45％～0.98％，P≤0.018％，S≤0.006％， Als：0.010％～0.050％，Cr：0.55％～0.95％，Ni：0.10％～0.20％，Cu：0.21％～0.49％，Ti： 0.025％～0.050％，Sb：0.051％～0.089％，余量为铁和不可避免的杂质。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Als为0.029-0.048％，优选为0.029-0.043％。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Cr为0.65-0.85％。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Ni为0.12-0.18％。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Cu为0.25-0.41％。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Ti为0.031-0.047％。

优选地，在所述耐蚀钢的成分中，Sb为0.063-0.082％。

关于本发明的耐蚀钢中各元素的作用说明如下：

C：是提高钢板硬度、强度和耐磨性的主要元素，但过高的C会降低钢的延性和焊接性，本发明中C含量控制在0.060％～0.080％。

Si：Si在钢中具有较高的固溶度，有较好的固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑 性和韧性降低，焊接性能下降。本发明中主要作为脱氧元素，Si含量控制在0.20％～0.30％。

Mn：能提高钢板强度，可以通过增加Mn来弥补因C含量降低导致的钢板强度不足。但较高的Mn含量会加剧铸坯的中心偏析，从而造成钢板带状组织严重，影响钢板的耐大 气腐蚀性能。本发明中将Mn含量控制在0.45％～0.98％。

P：能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但磷在钢板中易析出并形成Fe₃P，增加钢板的脆 性，对焊接性和成型性不利。本发明中将P含量控制其不高于0.018％。

S：是钢中有害元素，对钢板的低温冲击韧性以及耐大气腐蚀性能损害作用较大，本发 明中将S含量控制其不高于0.006％。

Als：是常用的脱氧剂，在钢中加入0.010％～0.050％的铝，可细化晶粒。

Cr、Ni、Cu：钢中同时加入三种元素对提高耐大气腐蚀性能具有良好的作用。Cu对耐 候钢板而言添加是必不可少的，但Cu含量过多会在热轧时产生细小弥散的Cu沉淀，损害钢板的低温冲击韧性。Ni可以改善钢板的耐大气腐蚀性能，还可以防止铜脆发生。Ni/Cu 的重量比为1/2以上，能有效防止含Cu钢由于热脆引起的网裂。Cr有利于钢板的耐大气腐 蚀性能，并保证钢板的强度。本发明中将Cr的含量控制在0.55％～0.95％，将Ni的含量控 制在0.10％～0.20％，将Cu的含量控制在0.21％～0.49％。

Ti：是强碳氮化物元素，通过析出强化提高钢板强度，在板坯连铸时形成高温稳定细 小的TiN析出相，这种细小的TiN析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长 大，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用，本发明中将Ti含量控制在0.025％～0.050％。

Sb：可有效地提高钢板的耐酸腐蚀性能，但过高的Sb会大大降低钢的韧性。本发明将 Sb的含量控制在0.051％～0.089％。

另一方面，本发明提供一种新型铁路车辆用耐蚀热轧卷板，该热轧卷板由前述的耐蚀 钢制备而成。

再一方面，本发明提供所述新型铁路车辆用耐蚀热轧卷板的制造方法，所述方法包括 板坯冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取。

优选地，所述方法包括如下步骤：

(1)板坯冶炼工艺：将不含锑的新型铁路车辆用耐蚀钢锭熔化，进行预处理，然后转 炉冶炼，接着LF炉精炼，在转炉冶炼工序采用出钢后加入锑锭的方式；其中转炉冶炼是经 过顶底复合吹炼，LF炉精炼用以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；

(2)连铸工艺：采用电磁搅拌进行连铸，以提高连铸板坯的质量，其中连铸板坯的厚 度为200mm～230mm；

(3)加热工艺：将步骤(2)得到的连铸板坯经加热炉加热至1200℃～1250℃，采用高温短时烧钢技术，保证热料加热段和均热段在炉时间不大于150min，以防止低熔点元素Cu、Sb在带钢表面的析出而造成的表面缺陷，从而使得板坯表面低熔点Cu、Sb产生细微 缺陷能够充分氧化，以提高带钢表面质量；

(4)轧制工艺：在高于1100℃的温度范围内进行粗轧，在1030℃～1090℃开始精轧， 精轧开轧温度高于1090℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好；低于1030℃，带钢尾 部降温快，增加精轧机架的负荷，容易导致事故；在850℃～900℃结束轧制，规定终轧温度在850℃以上，可以避免使轧机负荷过大，但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响 强化效果。

(5)冷却和卷取工艺：轧制结束后进行层流冷却、卷取，卷取温度设定在590℃～640℃， 高于640℃，卷取后不易得到细晶组织，强度韧性均不足，低于590℃，会出现过量的贝氏 体转变，延伸率下降，影响成型性能。

本发明的新型铁路车辆用耐蚀钢屈服强度能够达到450MPa以上，抗拉强度不小于550 MPa，延伸率不小于20％，-40℃冲击韧性不低于60J，冷弯合格。依据TB/T 2375-93，在45±2℃、70％±5％RH、0.01mol/LNaHSO₃溶液中试验72h条件下，相对于Q345B腐蚀速率 小于55％。依据JB/T 7901-1999，在室温下、10％H₂SO₄+3.5％NaCl溶液中全浸24h，相 对于Q345B腐蚀速率小于5％。

同现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

(1)采用多种合金元素同时加入，尤其是Cr、Cu、Sb协同作用，通过合金元素的少量多元作用，达到高强度和耐蚀的效果。

(2)采用连铸板坯的厚度为200mm～230mm，采用高温短时快烧工艺，效率高，节 省能源。

(3)钢板不仅具有良好的耐大气腐蚀性能，而且具有优异的耐介质腐蚀性能。按本发 明生产的新型铁路车辆用耐蚀钢板，相对于目前正在使用的耐候钢，耐大气腐蚀性能与其 相当，但是耐介质腐蚀性能明显提高，特别是耐硫酸和氯离子共存的腐蚀环境，可提高铁 路货车在恶劣环境下的运行寿命，大幅度减少车辆维护成本。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不 对本发明内容进行限制。

本发明钢实施例的化学成分实测值见表1(其中杂质已经标出)，本发明钢的制备工 艺如下：

将不含锑的新型铁路车辆用耐蚀钢锭熔化，经预处理，然后转炉冶炼－经顶底复合吹 炼，接着LF炉精炼以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；采用电磁搅拌 进行连铸，连铸板坯的厚度为200mm～230mm；连铸板坯经加热炉加热至1200℃～1250℃， 采用高温短时烧钢技术，保证热料加热段和均热段在炉时间不大于150min；在高于1100℃ 的温度范围内进行粗轧，在1030℃～1090℃开始精轧，在850℃～900℃结束轧制，规定终轧 温度在850℃以上；轧制结束后进行层流冷却、卷取，卷取温度设定在590℃～640℃，具体 轧制工艺条件见表2，本发明钢实施例的力学性能见表3。在实施例1～7的钢板上，截取 50mm×50mm×5mm的试样，试验方法参照TB/T 2375-93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试 验方法》标准进行周期浸润试验，试验时间72h，本发明钢实施例的耐大气腐蚀性能结果见表4；在实施例1～7的钢板上，截取50mm×25mm×5mm的试样，试验方法参照JB/T 7901-1999《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》标准进行10％H₂SO₄+3.5％NaCl的浸 泡试验，试验时间24h，本发明钢实施例的耐10％H₂SO₄+3.5％NaCl腐蚀测试结果见表5。

表1本发明钢实施例的化学成分实测值(wt％)

表2本发明实施例钢的轧制工艺

表3本发明实施例钢的力学性能

表4本发明实施例钢耐大气腐蚀测试结果

钢种	相对腐蚀率/％
		实施例1	61
实施例2	54
		实施例3	52
实施例4	50
		实施例5	60
实施例6	82
		实施例7	86
Q450NQR1	53
		Q345B	100

注：普碳钢Q345B和高强耐候钢Q450NQR1是对比样品。

表5本发明实施例钢耐10％H₂SO₄+3.5％NaCl腐蚀测试结果

钢种	相对腐蚀率/％
		实施例1	4.23
实施例2	3.67
		实施例3	3.84
实施例4	3.95
		实施例5	4.65
实施例6	10.21
		实施例7	13.06
Q450NQR1	12.1
		Q345B	100

注：普碳钢Q345B和高强耐候钢Q450NQR1是对比样品。

由表1～5可见，采用本发明技术方案生产的实施例2、实施例3及实施例4新型铁路车辆用耐蚀钢种，其屈服强度达450MPa以上，耐大气腐蚀性能与现有高强耐候钢 Q450NQR1相当，耐SO₄ ^2-+Cl^-腐蚀效果明显优于现有高强耐候钢和普碳钢Q345B，不仅具 有良好的耐大气腐蚀性能，而且具有优异的耐硫酸和氯离子共存环境下的腐蚀性能，同时， 钢板还具有高强度、优异的成型性能和低温韧性。但是，实施例1和实施例5钢种，其强 度、耐腐蚀性能较其他实施例钢种略有不足，综合性能不佳。另外，实施例6和实施例7 在只添加Cr、Cu、Sb中的某两种合金元素时，虽然其力学性能未降低，但其耐大气腐蚀 和耐酸腐蚀性能明显不足。

Claims (9)

1.一种新型铁路车辆用耐蚀钢，按质量百分比计，所述耐腐蚀钢的成分如下：C：0.060％～0.080％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.45％～0.98％，P≤0.018％，S≤0.006％，Als：0.010％～0.050％，Cr：0.55％～0.95％，Ni：0.10％～0.20％，Cu：0.21％～0.49％，Ti：0.025％～0.050％，Sb：0.051％～0.089％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Als为0.029-0.048％，优选为0.029-0.043％。

3.根据权利要求1或2所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Cr为0.65-0.85％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Ni为0.12-0.18％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Cu为0.25-0.41％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Ti为0.031-0.047％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的新型铁路车辆用耐蚀钢，其特征在于，按质量百分比计，在所述耐蚀钢的成分中，Sb为0.063-0.082％。

8.一种新型铁路车辆用耐蚀热轧卷板，该热轧卷板由前述的耐蚀钢制备而成；

优选地，所述新型铁路车辆用耐蚀热轧卷板的制造方法，所述方法包括板坯冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取；

优选地，所述方法包括如下步骤：

(1)板坯冶炼工艺：将不含锑的新型铁路车辆用耐蚀钢锭熔化，进行预处理，然后转炉冶炼，接着LF炉精炼，在转炉冶炼工序采用出钢后加入锑锭的方式；其中转炉冶炼是经过顶底复合吹炼，LF炉精炼用以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；

(2)连铸工艺：采用电磁搅拌进行连铸，以提高连铸板坯的质量，其中连铸板坯的厚度为200mm～230mm；

(3)加热工艺：将步骤(2)得到的连铸板坯经加热炉加热至1200℃～1250℃，采用高温短时烧钢技术，保证热料加热段和均热段在炉时间不大于150min，以防止低熔点元素Cu、Sb在带钢表面的析出而造成的表面缺陷，从而使得板坯表面低熔点Cu、Sb产生细微缺陷能够充分氧化，以提高带钢表面质量；

(4)轧制工艺：在高于1100℃的温度范围内进行粗轧，在1030℃～1090℃开始精轧，精轧开轧温度高于1090℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好；低于1030℃，带钢尾部降温快，增加精轧机架的负荷，容易导致事故；在850℃～900℃结束轧制，规定终轧温度在850℃以上，可以避免使轧机负荷过大，但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响强化效果。

(5)冷却和卷取工艺：轧制结束后进行层流冷却、卷取，卷取温度设定在590℃～640℃，高于640℃，卷取后不易得到细晶组织，强度韧性均不足，低于590℃，会出现过量的贝氏体转变，延伸率下降，影响成型性能。

9.一种新型铁路车辆用耐蚀热轧卷板的制备方法，该方法包括板坯冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取；

优选地，所述方法包括如下步骤：

(1)板坯冶炼工艺：将不含锑的新型铁路车辆用耐蚀钢锭熔化，进行预处理，然后转炉冶炼，接着LF炉精炼，在转炉冶炼工序采用出钢后加入锑锭的方式；其中转炉冶炼是经过顶底复合吹炼，LF炉精炼用以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；

(2)连铸工艺：采用电磁搅拌进行连铸，以提高连铸板坯的质量，其中连铸板坯的厚度为200mm～230mm；

(3)加热工艺：将步骤(2)得到的连铸板坯经加热炉加热至1200℃～1250℃，采用高温短时烧钢技术，保证热料加热段和均热段在炉时间不大于150min，以防止低熔点元素Cu、Sb在带钢表面的析出而造成的表面缺陷，从而使得板坯表面低熔点Cu、Sb产生细微缺陷能够充分氧化，以提高带钢表面质量；

(4)轧制工艺：在高于1100℃的温度范围内进行粗轧，在1030℃～1090℃开始精轧，精轧开轧温度高于1090℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好；低于1030℃，带钢尾部降温快，增加精轧机架的负荷，容易导致事故；在850℃～900℃结束轧制，规定终轧温度在850℃以上，可以避免使轧机负荷过大，但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响强化效果。

(5)冷却和卷取工艺：轧制结束后进行层流冷却、卷取，卷取温度设定在590℃～640℃，高于640℃，卷取后不易得到细晶组织，强度韧性均不足，低于590℃，会出现过量的贝氏体转变，延伸率下降，影响成型性能。