CN113528956A - 一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢及其生产方法 - Google Patents

一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，C 0.04～0.07％，S i 0.20～0.50％，Mn 0.75～1.25％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cu 0.20～0.35％，Nb 0.075～0.095％，Mo 0.15～0.30％，A l s 0.02～0.05％，N≤0.010％，其余为Fe。按铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取工序进行；热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1130～1170℃，然后轧制，终轧温度为770～820℃，钢板轧后采用层流冷却，卷取温度为580～620℃，制得热轧板卷。可满足53英尺特种集装箱使用。

Description

一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢及其生产 方法
技术领域
本发明涉及微合金化钢制造领域，尤其涉及一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢及其生产方法。
背景技术
为了节省运费和提高运输效率，一般采用容积更大的53英尺特种集装箱来进行运输货物，而制造该特种集装箱主要采用700MPa级高强耐候钢，以减轻箱体重量，提高装载量。随着53英尺特种集装箱装载量的逐渐增加，对集装箱的寿命要求也不断提高，因此，追求集装箱钢强度和耐腐蚀性能的前提下，集装箱钢的疲劳性能也成为衡量其材料性能水平的重要指标，而疲劳极限的提高能有效防止疲劳裂纹的产生，对提高集装箱的寿命，降低维护成本，有着重要意义。
已有专利公开号为CN 1884608A、CN109881081A的发明专利记载了“一种基于薄板坯连铸连轧工艺生产700MPa级V-N微合金化高强耐大气腐蚀钢的方法”和“一种700MPa级热轧集装箱钢及其低成本生产工艺”，这两项专利分别介绍了采用CSP工艺生产的700MPa级V-N微合金化高强耐大气腐蚀钢及采用热连轧工艺生产的700MPa级热轧集装箱钢及其低成本生产工艺，屈服强度均≥700MPa，但均未涉及关于疲劳性能方面的设计考虑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢及其生产方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.04％～0.07％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.75％～1.25％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Cu：0.20％～0.35％，Nb：0.075％～0.095％，Mo：0.15％～0.30％，Als：0.02％～0.05％，N：≤0.010％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，其组分及重量百分比含量为:
C：0.05％～0.07％，Si：0.30％～0.45％，Mn：0.95％～1.25％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，Cu：0.20％～0.30％，Nb：0.080％～0.090％，Mo：0.20％～0.30％，Als：0.02％～0.05％，N：≤0.010％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢的生产方法,其步骤如下:
依次按铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取工序进行；
热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1130℃～1170℃，然后轧制，终轧温度为770℃～820℃，钢板轧后采用层流冷却，卷取温度为580℃～620℃，制得热轧板卷。
本发明中各元素及主要工序的作用及机理：
本发明的碳(C)含量为0.04％～0.07％，碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，同时可以与钢中Nb作用形成微合金碳化物，起到析出强化作用，碳含量过高会影响到钢的耐腐蚀性能，将碳含量限定在0.04～0.07％，既可提高钢的强度，又保证钢的耐腐蚀性能。
本发明的硅(Si)含量为0.20％～0.50％，Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的表面质量、韧性和焊接性能；试验表明，Si也可以提高钢的耐腐蚀性能。
本发明的锰(Mn)含量优选为0.75％～1.25％的锰，锰可降低奥氏体转变成铁素体的相变温度，扩大铁碳相图中的奥氏体区域，促进钢的中温组织转变，得到均匀的微观组织，从而使钢具有优良的耐腐蚀性能和高的强度，但Mn会加大中间偏析的程度，对耐腐蚀性能和疲劳性能均不利，因而本发明将Mn含量控制为0.75％～1.25％。
本发明的磷(P)含量≤0.010％、硫(S)含量≤0.002％，磷在钢中具有容易造成偏析，硫易与锰结合生成MnS夹杂，均对疲劳性能不利，因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢成形性能和疲劳性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。
本发明的铜(Cu)含量优选为0.20％～0.35％，铜能提高钢的淬透性，在钢中主要起固溶及沉淀强化作用，同时通过Cu-Mo的适当配比，可以显著提高钢的耐腐蚀性能，此外还可以增加钢的抗疲劳裂纹扩展能力，Cu含量小于0.20％时，其沉淀强化作用不明显，Cu含量大于0.35％时，钢板表面易出现铜脆现象。
本发明的铌(Nb)含量优选为0.075～0.095％，Nb、V、Ti是最为有效的微合金元素，但Ti化学性质活泼，易与钢中O、S、N、C结合，在钢中形成粗大的TiN等夹杂，对疲劳性能不利，因此本发明中不额外添加Ti，Nb化学性质更为稳定，不仅可提高钢的再结晶温度，降低轧机负荷，同时通过抑制再结晶和阻止晶粒长大，可有效细化奥氏体晶粒尺寸，有利于提高疲劳性能。
本发明的钼(Mo)含量优选为0.15％～0.30％，Mo存在于钢的固溶体和碳化物，有固溶强化的作用，当Mo与Nb同时加入时，Mo在控轧过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制，进而促进奥氏体显微组织的细化，从而提高疲劳性能。
本发明的加热温度优选为1130℃～1170℃，加热温度是影响疲劳性能的重要因素，本发明主要选用固溶温度较低的Nb元素，与之匹配较低的加热温度，既可保证合金元素的完全固溶，同时也避免因加热温度过高导致的奥氏体晶粒过分粗大及析出物的粗大，从而避免对疲劳性能和成形性能的不利影响。
本发明的终轧温度优选为770℃～820℃，采用较低的轧制温度，加大钢板在奥氏体未再结晶区的累积变形量，促进晶粒细化，提高强度和疲劳性能。
本发明的卷取温度优选为580℃～620℃，使Nb的析出更加充分，从而提高强度和疲劳性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所生产的高强耐候钢其屈服强度≥≥700MPa，抗拉强度≥750MPa，伸长率A≥18％，疲劳极限≥550MPa，可满足53英尺特种集装箱使用。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.065％，Si：0.32％，Mn：0.80％，P：0.012％，S：0.002％，Cu：0.20％，Nb：0.080％，Mo：0.18％，N：0.006％，Als：0.04％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
实施例2
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.06％，Si：0.35％，Mn：0.90％，P：0.009％，S：0.002％，Cu：0.20％，Nb：0.080％，Mo：0.20％，N：0.004％，Als：0.03％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
实施例3
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.055％，Si：0.20％，Mn：1.00％，P：0.008％，S：0.001％，Cu：0.28％，Nb：0.082％，Mo：0.22％，N：0.007％，Als：0.05％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
实施例4
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.07％，Si：0.40％，Mn：0.75％，P：0.011％，S：0.002％，Cu：0.25％，Nb：0.075％，Mo：0.15％，N：0.005％，Als：0.02％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
实施例5
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.05％，Si：0.45％，Mn：1.15％，P：0.015％，S：0.001％，Cu：0.30％，Nb：0.090％，Mo：0.25％，N：0.010％，Als：0.03％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
实施例6
一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其组分及重量百分比含量为:
C：0.04％，Si：0.50％，Mn：1.25％，P：0.010％，S：0.002％，Cu：0.35％，Nb：0.095％，Mo：0.30％，N：0.003％，Als：0.025％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
对比例1：其组分及重量百分比含量为:
C：0.04％～0.05％，Si：0.25％～0.50％，Mn：0.80％～1.40％，P：0.070％～0.09％，S：0.005％～0.010％，Cu：0.25％～0.29％，Cr：0.4％～0.5％，Ni:0.15％～0.20％，V：0.15％～0.20％，N：0.02％～0.03％，Als：0.02％～0.03％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
对比例2：其组分及重量百分比含量为:
C：0.07％，Si：0.4％，Mn：1.27％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cu：0.28％，Cr：0.63％，Ti：0.079％，N：≤0.060％，Als：0.03％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢的生产方法为：铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取；
其中热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1130℃～1170℃；然后轧制，终轧温度为770℃～820℃；钢板轧后采用层流冷却，卷取温度为580℃～620℃，制得热轧板卷.
生产工艺参数和力学性能试验结果见表1，耐腐蚀性能试验结果见表2：
表1本发明钢的制备方法及力学性能试验结果
Figure BDA0003139857130000061
Figure BDA0003139857130000071
表2本发明钢的耐腐蚀性能试验结果(g/m2·h)
Figure BDA0003139857130000072
腐蚀方法：温度45±2℃，浓度0.01mol/LNaHSO3溶液，湿度70±5RH，周浸72h。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其特征在于，其组分及重量百分比含量为:
C：0.04％～0.07％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.75％～1.25％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Cu：0.20％～0.35％，Nb：0.075％～0.095％，Mo：0.15％～0.30％，Als：0.02％～0.05％，N：≤0.010％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢，其特征在于，其组分及重量百分比含量为:
C：0.05％～0.07％，Si：0.30％～0.45％，Mn：0.95％～1.25％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，Cu：0.20％～0.30％，Nb：0.080％～0.090％，Mo：0.20％～0.30％，Als：0.02％～0.05％，N：≤0.010％，其余为Fe及不可避免的夹杂。
3.一种如权利要求1或2所述具有优良疲劳性能和耐腐蚀性能的高强耐候钢的生产方法,其特征在于，其步骤如下:
依次按铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理、浇注成板坯、热连轧机控轧控冷、卷取工序进行；
热连轧控轧控冷是在热连轧机组进行，先将所浇注的板坯加热至1130℃～1170℃，然后轧制，终轧温度为770℃～820℃，钢板轧后采用层流冷却，卷取温度为580℃～620℃，制得热轧板卷。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所浇注的板坯加热至1150℃～1170℃。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述终轧温度为800℃～820℃。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述卷取温度为590℃～610℃。
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