CN113020257B - 一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，主要解决现有含铜耐候钢板坯在热轧过程中产生表面翘皮缺陷的技术问题。克服现有技术要求复杂的热轧加热控制工艺和需要加入昂贵的Ni元素的问题。本发明提供的一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，包括：用步进梁式加热炉在弱还原性气氛环境对耐候钢板坯进行加热，空气过剩系数0.90～0.95，耐候钢板坯的加热温度为1170～1260℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉一加热段末的加热温度≤1000℃；对耐候钢板坯进行热轧，所述的热轧采用两阶段控制轧制工艺，粗轧为5道次轧制，粗轧每道次的压下率≤35％。本发明方法降低了含铜耐候钢制造成本。

Description

一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法
技术领域
本发明涉及一种耐大气腐蚀钢的制造方法，特别涉及一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，具体而言，涉及消除热轧过程中含铜耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，属于钢铁冶金、热轧工艺技术领域。
背景技术
耐候钢，即耐大气腐蚀钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，耐候性为普碳钢的2～8倍，同时具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性。具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。因此耐候钢广泛用于铁道、车辆、桥梁、塔架、钢结构建筑等领域。早在1900年，欧美的科学家就发现Cu能够显著改善钢板在大气中的耐蚀性能，1916年美国试验和材料学会(ASTM)和英国钢铁协会通过大气曝晒试验，发现Cu、P、Cr对提高钢的耐大气腐蚀性能非常有效。德国科学家试验得出0.1％～0.5％的Cu是有效的结论。因此，Cu是耐候钢普遍添加的元素。但是，Cu的添加对于热轧耐候钢带来了一个非常严重的加工问题，即“翘皮”缺陷。这是由于，含Cu钢板坯在1100℃～1200℃高温加热过程中，由于基体铁易被选择性氧化，氧化铁皮下会富集一层液相铜，这种“富铜液相”沿奥氏体晶界向内部渗透，轧制过程中极易导致板坯表面和边部的开裂，形成“翘皮”缺陷。
申请公布号为CN102644031A的中国专利申请文件公开了一种无点状表面缺陷的热轧集装箱用钢，通过对化学成分的控制，加入Ni元素使Ni与Cu的比值≥0.2，并控制残余元素Sn与Cu的比值≤0.12，As与Cu的比值≤0.10及热轧加热工艺及轧制工艺控制，解决了含Cu集装箱钢板表面的点状和柳叶状缺陷问题。但是其要求加入Ni元素，成本昂贵，并且会导致钢板组织和性能的变化。
申请公布号为CN 105964704 A的中国专利申请文件公开了一种含铜钢连铸板坯加热方法及热轧工序加热炉，含铜钢连铸板坯进入热轧工序加热炉中，在第一温度下加热第一时间段，获得富铜相层厚度小于第一阈值或不含富铜相层的热坯，或所述热坯经后处理工序后，获得铜脆表面缺陷检出率小于第二阈值的热轧钢卷。上述工艺需要具有特殊控制功能的板坯加热炉，在现有的热轧生产线上无法实现。同时，即使经过如此复杂的加热控制，上述发明仍然在成分含有一定量的Ni元素。
现有技术中公开有关耐候钢生产方法的技术方案均存在以下问题：为了防止钢板在轧制过程中由于表面Cu元素富集导致的“翘皮”缺陷，一方面需要加入昂贵的Ni元素，一方面还要求非常复杂的板坯加热工艺，甚至还要对现有加热炉进行改造。因此现有技术具有成本高，工艺复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，主要解决现有含铜耐候钢板坯在热轧过程中产生表面翘皮缺陷的技术问题，本发明方法降低了含铜耐候钢制造成本。
本发明采用的技术方案是，一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，该方法包括：
用步进梁式加热炉在弱还原性气氛环境对耐候钢板坯进行加热，空气过剩系数0.90～0.95，耐候钢板坯的加热温度为1170～1260℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉一加热段末的加热温度≤1000℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉二加热段末的加热速度≥130℃/h；所述耐候钢化学成分的重量百分比为：C：0.04～0.25％，Cu：0.10～0.50％，Si：0.05～0.5％，Mn：0.30～1.5％，P：0.05～0.15％，S≤0.025％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.015～0.10％，余量为Fe和其它合金及不可避免的杂质；
对耐候钢板坯进行热轧，所述的热轧采用两阶段控制轧制工艺，粗轧为5道次轧制，粗轧结束温度为1050～1070℃，粗轧每道次的压下率≤35％；精轧后，钢板成品厚度为1.0～14.0mm。
进一步，当热轧钢板成品厚度为1.0～3.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1220～1260℃；钢板厚度为3.01～14.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1170～1210℃，效果佳。
本发明所述的耐候钢的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
热轧含铜耐候钢翘皮形成原因为：铜的熔点约1083℃，而耐候钢板坯加热温度一般在1180～1250℃远远高于该温度。板坯加热时由于选择性氧化,硅、锰和铁等元素首先被氧化,铜元素在高温下与氧的亲和力较弱,不形成氧化物。当其在奥氏体中的背扩散速率低于氧化速率时,便在氧化皮下的基体中的奥氏体晶界上开始富集,形成低熔点富铜相，在后续的轧制过程中形成翘皮。通过Ti的加入，Ti的碳氮化物粒子能够阻碍加热过程中奥氏体晶界迁移，从而防止奥氏体晶粒长大，起到细化奥氏体组织的作用。由于奥氏体晶粒细化，晶界面积增加，使得铜的富集偏聚作用减轻。如果Ti元素添加过少，细化作用不明显，则不能减轻铜的富集偏聚，如果Ti元素添加过多，TiN在高温下大量析出并长大，造成材料塑性，韧性降低，并造成强度波动大，因此本发明钢中添加的Ti元素重量百分比为0.015～0.10％。
本发明采取的热轧工艺制度的具体理由如下：
1、耐候钢板坯加热温度的设定
耐候钢板坯在热轧过程中，为了得到合适的性能以及降低变形抗力，需要有合适的轧制温度。如果温度过高，则消耗多余能源，并且奥氏体粗化长大现象严重。如果温度过低，Ti元素不能充分溶解到钢板产品。由于薄规格产品在热轧过程温度下降快，因此需要更高的加热温度。当温度超过1170℃后，富集的铜固溶的铁基体中，不易产生翘皮裂纹。因此，热轧钢板成品厚度为1.0～3.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1220～1260℃；钢板厚度3.01～14.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1170～1210℃。
2、加热炉各加热段加热温度的设定
由于铜元素的熔点是1083℃，因此需要尽量减少板坯在1100℃以上的时间，让其快速通过1100℃直至达到板坯加热出炉温度。因此，耐候钢板坯在步进梁式加热炉一加热段末的加热温度≤1000℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉二加热段末的加热速度≥130℃/h。
3、加热炉中加热气氛的设定
加热炉采用弱还原性气氛烧钢，减少了钢板表面的氧化程度，有利于减少铜富集造成的翘皮性裂纹，因此，本发明加热炉空气过剩系数0.90～0.95。
4、粗轧轧制道次和粗轧结束温度的设定
热轧粗轧的温度范围为1050～1150℃，此温度位于单质铜的熔点附近，铜的强度很低，如果过大的变形则会造成严重的翘皮缺陷。考虑到热轧装备和工艺要求，设定其粗轧为5道次轧制，粗轧每道次的压下率≤35％；粗轧结束温度为1050～1070℃。
采用本发明生产的含铜热轧耐候钢，其耐蚀性能和同等钢种相比耐候性相差小于2％。
本发明和现有技术相比有以下积极效果：1、本发明通过合理的成分和工艺设计，能够有效消除热轧含铜钢普遍存在的热轧过程的“铜脆”翘皮缺陷。解决了现有热轧耐候钢生产技术存一方面需要加入昂贵的Ni元素，一方面还要求非常复杂的板坯加热工艺，甚至还要对现有加热炉进行改造的成分高、工艺复杂的技术问题。2、本发明通过Ti元素的添加，Ti的碳氮化物粒子能够阻碍加热过程中奥氏体晶界迁移，从而防止奥氏体晶粒长大，起到细化奥氏体组织的作用，使得铜的富集偏聚作用减轻。3、本发明通过控制板坯加热温度、各段的温度和加热速度，减少板坯表面铜的富集和氧化程度，避免翘皮缺陷的发生。4、采用本发明生产的含铜热轧耐候钢，其耐蚀性能和同等钢种相比耐候性相差小于2％。
具体实施方式
下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002308104340000041
按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，并进行成分微调，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成连铸板坯。
连铸板坯经加热炉再加热后，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，板坯加热和粗轧工艺见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002308104340000042
采用本发明生产的含铜热轧耐候钢，其耐蚀性能和同等钢种相比耐候性相差小于5％。
将本发明得到的热轧钢板以及含Ni的对比钢板按照TB/T 2375-93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》、GB/T 16545-1996《金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》进行周浸试验，腐蚀速率数据见报表3。
表3本发明实施例周浸试验后的腐蚀参数
类别 腐蚀速率mm/a 耐腐蚀性能
实施例1 2.37 0.98
实施例2 2.43 1.01
实施例3 2.40 1.00
实施例4 2.53 1.05
对比例1 2.41 1
表3中对比例1耐候钢的牌号为B480GNQR，钢板厚度为8mm，表4为本发明对比例1钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表4本发明对比例1钢的化学成分：单位：重量百分比。
C Cu Si Mn P S Al Ni
0.09 0.20 0.52 0.87 0.011 0.012 0.038 0.015
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种消除热轧过程中耐候钢板坯表面翘皮缺陷的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
用步进梁式加热炉在弱还原性气氛环境对耐候钢板坯进行加热，空气过剩系数0.90～0.95，耐候钢板坯的加热温度为1170～1260℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉一加热段末的加热温度≤1000℃；耐候钢板坯在步进梁式加热炉二加热段末的加热速度≥130℃/h；所述耐候钢化学成分的重量百分比为：C：0.04～0.25％，Cu：0.10～0.50％，Si：0.05～0.5％，Mn：0.30～1.5％，P：0.05～0.15％，S≤0.025％，Al：0.015～0.050％，Ti：0.015～0.10％，Cr：0.30～1.25％，余量为Fe及不可避免的杂质；当热轧钢板成品厚度为1.0～3.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1220～1260℃；钢板厚度为3.01～14.0mm时，耐候钢板坯的加热温度为1170～1210℃；
对耐候钢板坯进行热轧，所述的热轧采用两阶段控制轧制工艺，粗轧为5道次轧制，粗轧结束温度为1050～1070℃，粗轧每道次的压下率≤35％；精轧后，钢板成品厚度为1.0～14.0mm。
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