CN113106327B - 一种高耐蚀带钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐蚀带钢，其包括碳钢基层以及与碳钢基层轧制复合的耐蚀覆层，其中耐蚀覆层为奥氏体不锈钢或纯钛，耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％。此外，本发明还公开了上述的高耐蚀带钢的制造方法，其包括步骤：(1)获得基层材和覆层材；(2)组坯；(3)预加热：将坯料在1150～1250℃的温度下进行预加热，以使耐蚀覆层与碳钢基层的各元素在界面发生扩散，形成稳定的过渡层，之后缓冷至室温；(4)二次加热和轧制；(5)水冷后进行卷取。该高耐蚀带钢通过合理的成分设计、厚度设计以及工艺设计最终使得获得的钢板或是钢带具有高耐蚀表面、层间结合性能好，且钢板或是钢带的力学性能优良，可加工性能好。

Description

一种高耐蚀带钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种耐蚀带钢及其制造方法。
背景技术
现有技术中，除了对钢板产品表面镀锌或锌合金从而提高其耐蚀性外，还有一种提高碳钢耐蚀性的方式，即通过轧制复合方式，在碳钢板表面形成高耐蚀层，该方式不需要在轧后进行涂镀工序，且高耐蚀层的耐蚀性远高于通过镀锌工艺所获得的锌层，这是因为：轧制复合的高耐蚀层与碳钢之间为冶金结合，因而，既能够保证钢板强度与可加工性能，又具有良好的耐蚀性，达到产品升级的目的。但是现有技术中，轧制复合工艺受到高耐蚀层厚度的限制，想要进一步减小高耐蚀层的厚度，则组坯、加热、轧制的难度迅速增高，目前行业内没有成功的事例。
而若是需要获得高耐蚀层的厚度在总厚度5％内的钢板或钢带，其难度极高，难度主要包括：
(1)高耐蚀层与作为基体金属的碳钢板的比例相差较大，通常该比例超过1：50，会使得材料特性的差异巨大，进而导致加热工序、轧制工序或热处理工序难以控制。这些难度具体来说，比如：在加热过程中温度不均匀，引起的变形鼓包，导致高耐蚀层与基体金属无法结合；又比如：在轧制过程中，高耐蚀层容易与基体金属分离、开裂，导致最终钢板的厚度的均匀性难以保证，
(2)对于总厚度在0.2～2mm的热冷轧带钢而言，其高耐蚀层厚度只有20-100μm，若前期的复合未完成，结合质量不佳，则经过后续酸洗、成型等加工后，成品的耐蚀层的连续性、均匀性无法保证，对于后期使用带来巨大问题。
(3)在一些钢板中，当碳钢板层中碳含量较高时，若缺少稳定化元素，则高耐蚀层与碳钢板层之间的界面结合处的碳钢板一侧会存在明显脱碳层，导致碳钢板层的基材组织不均匀，进而导致加工后容易产生表面缺陷，使得最终产品的力学性能也难以满足需要。
基于此，期望获得一种高耐蚀带钢，该高耐蚀带钢通过合理的成分设计、厚度设计以及工艺设计最终使得获得的钢板或是钢带具有高耐蚀表面、层间结合性能好，且钢板或是钢带的力学性能优良，可加工性能好。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高耐蚀带钢，该高耐蚀带钢通过合理的成分设计、厚度设计以及工艺设计最终使得获得的钢板或是钢带具有高耐蚀表面、层间结合性能好，且钢板或是钢带的力学性能优良，可加工性能好。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高耐蚀带钢，其包括碳钢基层以及与碳钢基层轧制复合的耐蚀覆层，其中耐蚀覆层为奥氏体不锈钢或纯钛，耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％。
在本发明所述的高耐蚀带钢中，耐蚀覆层的厚度对于最终的带钢产品的性能有着至关重要的影响，若耐蚀覆层的厚度过厚，则会影响带钢产品的力学性能，提高成本。而若耐蚀覆层的厚度过薄，则会降低高耐蚀带钢的耐蚀性和使用寿命。基于此，在本发明所述的技术方案中，控制耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％。
需要说明的是，本案的耐蚀覆层是超薄的耐蚀覆层，其厚度仅为带钢总厚度0.5～5％，其较之现有技术中的常规覆层的厚度要薄很多。
另外，需要指出的是，耐蚀覆层所采用的奥氏体不锈钢或是纯钛可以只需满足国家或国际标准即可，根据使用工况条件选择不同耐蚀级别的奥氏体不锈钢或纯钛，例如奥氏体不锈钢可以采用304、304L、316、316L，纯钛可以采用TA2。
此外，考虑到最终的带钢成品需要具有较高的力学性能，因此，碳钢基层可以采用较高强度且可以保证较好的可加工性能的碳钢基层。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，碳钢基层的各化学元素质量百分比为：
C：0.01～0.20％；
Si：0.10～0.5％；
Mn：0.5～2.0％；
Al：0.02～0.04％；
Ti：0.005～0.018％；
Nb：0.005～0.020％；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，其中C、Si、Mn、Al、Ti和Nb的含量满足下列各项的至少其中之一：
C：0.01～0.18％；
Si：0.10～0.3％；
Mn：0.5～1.5％；
Al：0.02～0.03％；
Ti：0.005～0.015％；
Nb：0.005～0.015％。
在上述方案中，碳钢基层的各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的技术方案中，C是奥氏体稳定化元素，在钢中起到固溶强化的作用，可明显提高钢的强度，但是C的质量百分比太高，对焊接性能和韧性不利，也容易增加诸如珠光体组织及马奥岛的硬相组织，对钢的耐腐蚀性能有不利影响。因此，考虑到钢板的强韧性匹配以及对碳钢材料耐腐蚀性的要求，本案中可以控制C的质量百分比范围为0.01～0.20％，从而有利于保证本案的高耐蚀带钢轧制后空冷的情况下获得一定的硬度和强度，但C的质量百分比又不能太高，否则就会恶化碳钢基层的焊接性能，尤其是对于本案而言，由于本案的耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％，因此，C的质量百分比更需要控制在上述范围内，以避免焊接性能的不利影响。当然，在一些优选的实施方式中，C的质量百分比可以进一步控制在0.01～0.18％。
Si：在本发明所述的技术方案中，钢中加Si能提高钢质纯净度，并且起到脱氧作用。Si在钢中起固溶强化作用，但质量百分比过高的Si不利于焊接性能，因此，在本发明所述的高耐蚀带钢中可以控制Si的质量百分比在0.10～0.5％，从而对耐蚀覆层的耐蚀性不会有不良影响，且可以保证碳钢基层具有良好的焊接性能。在一些优选的实施方式中，Si的质量百分比可以进一步控制在0.10～0.3％。
Mn：对于本发明所述的高耐蚀带钢而言，Mn可以推迟珠光体转变，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性，同时对钢具有固溶强化的作用，是钢中的主要固溶强化元素。但若是Mn的质量百分比太高，则容易出现偏析带以及马氏体组织，对钢的韧性有不利影响。此外，偏析带的出现对钢的耐腐蚀性能也会有所降低。基于此，在本发明所述的技术方案中，可以控制Mn的质量百分比在0.5～2.0％。在一些优选的实施方式中，Mn的质量百分比可以进一步控制为0.5～1.5％。
Al：对于本发明所述的高耐蚀带钢中，Al是强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，因而，在本发明所述的技术方案中控制Al的质量百分比控制在0.02～0.04％。脱氧后多余的Al和钢中的氮元素能形成AlN析出物，从而可以提高最终带钢产品的强度，并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。在一些优选的实施方式中，Al的质量百分比可以进一步控制为0.02～0.03％。
Ti：对于本发明所述的高耐蚀带钢而言，Ti是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，形成的TiN能使高耐蚀板带钢的碳钢继承的坯料加热时基体奥氏体晶粒不过分长大，细化原始奥氏体晶粒度。此外，Ti在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2，其以夹杂物和第二相粒子的形式存在。Ti的上述碳氮化物析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，改善焊接性能。因此，在本发明所述的技术方案中控制Ti的质量百分比在0.005～0.018％。在一些优选的实施方式中，Ti的质量百分比可以进一步控制为0.005～0.015％。
Nb：对于本发明所述的高耐蚀带钢而言，Nb是强碳化物形成元素，将碳钢基层中加入少量的Nb主要是为了提高再结晶温度，配合较高的终轧温度，可以使得本案的高耐蚀带钢在再结晶及未再结晶区轧制结束后晶粒细化，有利于碳钢基层的低温冲击韧性的提高。因此，在本发明所述的技术方案中控制Nb的质量百分比为0.005～0.020％。在一些优选的实施方式中，Nb的质量百分比可以进一步控制为0.005～0.015％。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，其还含有下述化学元素的至少其中之一：0＜B≤0.0003％；0＜N≤0.006％；0＜Ni≤0.20％；0＜Cr≤0.20％；0＜Mo≤0.10％；0＜Sb≤0.30％；0＜V≤0.30％；0＜W≤0.30％；0＜Cu≤0.30％；0＜Sn≤0.30％；0＜Bi≤0.30％；0＜Se≤0.30％；0＜Te≤0.30％；0＜Ge≤0.30％；0＜As≤0.30％；0＜Ca≤0.30％；0＜Mg≤0.30％；0＜Zr≤0.30％；0＜Hf≤0.30％；0＜稀土元素≤0.50％。
上述元素中，例如B可以起到的作用为：B能极大地提高钢的淬透性，针对生产轧后空冷情况，为了获得更好的微观组织，例如全部得到铁素体+珠光体组织，抑制贝氏体的形成，针对本案的高耐蚀带钢的耐蚀覆层厚度在总厚度的0.5％-5％范围内，本案可以限定添加B的质量百分比为0＜B≤0.0003％。
而对于Ni而言，Ni是稳定奥氏体的元素，对提高强度有一定的作用，钢中加Ni，尤其是在调质钢中加Ni可以大幅提高钢的低温冲击韧性，因此，在本发明所述的技术方案中，可以限定添加Ni的质量百分比为0＜Ni≤0.20％。
对于Cr而言，Cr的偏析倾向较Mn小，当碳钢基层中Mn的质量百分比较高，使得钢中有明显的偏析带及带状组织的时，可以适当降低Mn的质量百分比，添加Cr进行。此外，碳钢基层添加Cr还有利于抑制耐蚀覆层的Cr向碳钢基层扩散，因此，在本发明所述的技术方案中，可以限定添加Cr的质量百分比为：0＜Cr≤0.20％。
对于Mo而言，Mo能显著地细化晶粒，提高强度和韧性，Mo能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体，Mo的添加有利于抑制钢板空冷过程中容易产生的自回火脆性，因此，在本发明所述的技术方案中，可以限定添加Mo的质量百分比为：0＜Mo≤0.10％。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，在其他不可避免的杂质中：P≤0.015％；并且/或者S≤0.010％。
在本发明所述的技术方案中，S在钢中与Mn化合形成塑性夹杂物MnS，其对钢的横向塑性和韧性不利，因此S的质量百分比应尽可能地低。P也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。因此，需要控制P、S的质量百分比越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，因此，限定P≤0.015％并且/或者S≤0.010％。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，碳钢基层的微观组织为铁素体，奥氏体不锈钢耐蚀覆层的微观组织为奥氏体，碳钢基层和耐蚀覆层之间的过渡层为珠光体。
进一步地，在本发明所述的高耐蚀带钢中，其抗拉强度≥600MPa，屈服强度为470～510MPa，延伸率≥35％。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种高耐蚀带钢的制造方法，通过该制造方法可以获得高耐蚀带钢。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高耐蚀带钢的制造方法，其包括步骤：
(1)获得基层材和覆层材；
(2)组坯；
(3)预加热：将坯料在1150～1250℃的温度下进行预加热，以使耐蚀覆层与碳钢基层的各元素在界面发生扩散，形成稳定的过渡层，之后缓冷至室温；
(4)二次加热和轧制：在1100～1200℃的温度下进行二次加热，然后进行多道次轧制，控制终轧温度不低于900℃；
(5)水冷后进行卷取。
在本发所述的技术方案中，预加热可以使得坯料表面的耐蚀覆层获得均匀的奥氏体化组织，以使得原先可能存在的碳化物完全溶解，并且还可以使得碳钢基层中的合金元素的化合物全部或部分溶解，以使耐蚀覆层与碳钢基层的各元素在界面发生扩散，形成稳定的过渡层，之后缓冷至室温。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，控制轧制的总压下率不低于70％。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，控制终轧温度为920～1000℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，控制卷取温度为500～650℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)之后还包括：热轧后表面处理的步骤或者冷轧步骤。
需要说明的是，热轧后表面处理的步骤包括酸洗或机械法除鳞。
本发明所述的高耐蚀带钢及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的高耐蚀带钢通过设置合适厚度的耐蚀覆层以及碳钢基层，从而获得了具有高耐蚀性、良好力学性能的板带。
在一些实施方式中，耐蚀覆层与碳钢基层形成了一定厚度的过渡层组织，从而极好地实现了耐蚀覆层与碳钢基层的完全冶金结合，在保证耐蚀性和力学性能的同时，提升材料的适用性与经济性，能够解决目前碳钢材料的本质痛点，具有目前镀层板产品难以企及的耐蚀性、结合强度和耐用性，并且更加节能、环保、免维护，具有重要的意义与广阔的前景。
此外，本发明所述的制造方法也同样具有上述的优点以及有益效果。
附图说明
图1示意性地显示了本发明所述的高耐蚀带钢在一些实施方式中的结构。
图2示意性地显示了本发明所述的高耐蚀带钢在另一些实施方式中的结构。
图3为实施例1的高耐蚀带钢的上表面处的典型组织照片。
图4为实施例1的高耐蚀带钢的下表面处的典型组织照片。
图5为实施例2的高耐蚀带钢的典型组织照片。
图6为实施例6的高耐蚀带钢的典型组织照片。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的高耐蚀带钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6
实施例1-6的高耐蚀带钢采用以下步骤制得：
(1)获得基层材和覆层材，其中基材层与覆层材的各化学成分配比可以参见表1。
(2)组坯：组坯时按照高耐蚀带钢的厚度为坯料总厚度的0.5％～5％以进行组坯。在一些实施方式中，组坯前可以对基材层与覆层材进行预处理，随后对基材层与覆层材之间的贴合面进行四周焊接密封，对焊接密封后的结合面进行抽真空处理。
(3)预加热：将坯料在1150～1250℃的温度下进行预加热，以使耐蚀覆层与碳钢基层的各元素在界面发生扩散，形成稳定的过渡层，之后缓冷至室温。
(4)二次加热和轧制：在1100～1200℃的温度下进行二次加热，然后进行多道次轧制，控制终轧温度不低于900℃。
(5)水冷后进行卷取。
在一些实施方式中，在步骤(4)中，可以控制轧制的总压下率不低于70％。
在一些优选的实施方式中，在步骤(4)中，可以控制终轧温度为920～1000℃。
在一些其他的实施方式中，在步骤(5)中，可以控制卷取温度为500～650℃。
需要说明的是，在一些实施方式中，可以在步骤(5)之后，对热轧高耐蚀带钢卷进行表面处理，包括酸洗或机械法除磷。
在一些其他的实施方式中，也可以在步骤(5)之后，进行冷轧退火，以获得冷轧高耐蚀带钢卷。
表1列出了实施例1-6的高耐蚀带钢的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P以及S以外的其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002364325650000081
表2列出了实施例1-6的高耐蚀带钢的具体工艺参数。
表2.
Figure BDA0002364325650000082
Figure BDA0002364325650000091
为了验证本案的实施效果，同时证明本案较之现有技术的优异效果，本案将实施例1-6的高耐蚀带钢进行测试，测试结果列于表3中。
表3.
Figure BDA0002364325650000101
图1示意性地显示了本发明所述的高耐蚀带钢在一些实施方式中的结构。
如图1所示，在本实施方式中，高耐蚀带钢包括碳钢基层1以及与碳钢基层1上下表面轧制复合的耐蚀覆层2，耐蚀覆层2可以为奥氏体不锈钢或纯钛，耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％。
图2示意性地显示了本发明所述的高耐蚀带钢在另一些实施方式中的结构。
如图2所示，在本实施方式中，高耐蚀带钢包括碳钢基层1以及与碳钢基层1上表面轧制复合的耐蚀覆层2(当然在一些其他的实施方式中，耐蚀覆层2也可以与碳钢基层1的下表面轧制复合)，耐蚀覆层2可以为奥氏体不锈钢或纯钛，耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％。
图3为实施例1的高耐蚀带钢的上表面处的典型组织照片。图4为实施例1的高耐蚀带钢的下表面处的典型组织照片。
结合图3和图4可以看出，在实施例1的高耐蚀带钢中，碳钢基层1的微观组织为铁素体和珠光体，耐蚀覆层2为奥氏体不锈钢耐蚀覆层，耐蚀覆层2的微观组织为奥氏体，碳钢基层1和耐蚀覆层2之间的过渡层为铁素体和珠光体。
图5为实施例2的高耐蚀带钢的典型组织照片。
如图5所示，在实施例2的高耐蚀带钢中，碳钢基层1的微观组织为铁素体和珠光体，耐蚀覆层2为奥氏体不锈钢耐蚀覆层，耐蚀覆层2的微观组织为奥氏体，碳钢基层1和耐蚀覆层2之间的过渡层为铁素体和珠光体。需要指出的是，由图5可以看出，实施例2的高耐蚀带钢的厚度为3.5mm，耐蚀覆层2的厚度为40μm。
图6为实施例6的高耐蚀带钢的典型组织照片。
如图6所示，在实施例6的高耐蚀带钢中，碳钢基层1的微观组织为铁素体和珠光体，耐蚀覆层2为纯钛耐蚀覆层，其微观组织为α-Ti，碳钢基层1和耐蚀覆层2之间的过渡层为铁素体和珠光体。实施例6的高耐蚀带钢的厚度为0.5mm，每一层耐蚀覆层2的厚度为20μm。
综上所述，本发明所述的高耐蚀带钢通过设置合适厚度的耐蚀覆层以及碳钢基层，从而获得了具有高耐蚀性、良好力学性能的板带。
在一些实施方式中，耐蚀覆层与碳钢基层形成了一定厚度的过渡层组织，从而极好地实现了耐蚀覆层与碳钢基层的完全冶金结合，在保证耐蚀性和力学性能的同时，提升材料的适用性与经济性，能够解决目前碳钢材料的本质痛点，具有目前镀层板产品难以企及的耐蚀性、结合强度和耐用性，并且更加节能、环保、免维护，具有重要的意义与广阔的前景。
此外，本发明所述的制造方法也同样具有上述的优点以及有益效果。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种高耐蚀带钢，其特征在于，其包括碳钢基层以及与碳钢基层轧制复合的耐蚀覆层，其中耐蚀覆层为奥氏体不锈钢或纯钛，耐蚀覆层的厚度为带钢总厚度的0.5～5％；其中碳钢基层的微观组织为铁素体，奥氏体不锈钢耐蚀覆层的微观组织为奥氏体，碳钢基层和耐蚀覆层之间的过渡层为珠光体。
2.如权利要求1所述的高耐蚀带钢，其特征在于，所述碳钢基层的各化学元素质量百分比为：
C：0.01～0.20％；
Si：0.10～0.5％；
Mn：0.5～2.0％；
Al：0.02～0.04％；
Ti：0.005～0.018％；
Nb：0.005～0.020％；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的高耐蚀带钢，其特征在于，其中C、Si、Mn、Al、Ti和Nb的含量满足下列各项的至少其中之一：
C：0.01～0.18％；
Si：0.10～0.3％；
Mn：0.5～1.5％；
Al：0.02～0.03％；
Ti：0.005～0.015％；
Nb：0.005～0.015％。
4.如权利要求1所述的高耐蚀带钢，其特征在于，其还含有下述化学元素的至少其中之一：0＜B≤0.0003％；0＜N≤0.006％；0＜Ni≤0.20％；0＜Cr≤0.20％；0＜Mo≤0.10％；0＜Sb≤0.30％；0＜V≤0.30％；0＜W≤0.30％；0＜Cu≤0.30％；0＜Sn≤0.30％；0＜Bi≤0.30％；0＜Se≤0.30％；0＜Te≤0.30％；0＜Ge≤0.30％；0＜As≤0.30％；0＜Ca≤0.30％；0＜Mg≤0.30％；0＜Zr≤0.30％；0＜Hf≤0.30％；0＜稀土元素≤0.50％。
5.如权利要求1所述的高耐蚀带钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：P≤0.015％；并且/或者S≤0.010％。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀带钢，其特征在于，其抗拉强度≥600MPa，屈服强度为470～510MPa，延伸率≥35％。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的高耐蚀带钢的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)获得基层材和覆层材；
(2)组坯；
(3)预加热：将坯料在1150～1250℃的温度下进行预加热，以使耐蚀覆层与碳钢基层的各元素在界面发生扩散，形成稳定的过渡层，之后缓冷至室温；
(4)二次加热和轧制：在1100～1200℃的温度下进行二次加热，然后进行多道次轧制，控制终轧温度不低于900℃；
(5)水冷后进行卷取。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制轧制的总压下率不低于70％。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制终轧温度为920～1000℃。
10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，控制卷取温度为500～650℃。
11.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)之后还包括步骤热轧后表面处理的步骤或者冷轧步骤。
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