CN114480972A

CN114480972A - 一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法

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Publication number: CN114480972A
Application number: CN202210099740.XA
Authority: CN
Inventors: 何博; 胡学文; 郭锐; 汪飞; 石践; 王海波; 张宇光; 赵海山; 王飞; 舒宏富; 鲍磊; 李耀辉; 史红林; 饶添荣
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明提供了一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法，成分：C：0.04％～0.06％、Si：0.30％～0.55％、Mn：0.30～0.80％、P：0.020～0.150％、S：≤0.005％、Cr：0.30％～0.80％、Cu：0.25％～0.40％、Als：0.015％～0.040％、Ti：0.010％～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明添加适量的P和Si，通过Si‑P‑Cu‑Cr元素的匹配设计和交互作用，解决了铜脆导致的连铸漏钢和产品表面裂纹缺陷难题，在降低制造成本的同时，具有良好的耐大气腐蚀性能和强塑性匹配。

Description

一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法。

背景技术

耐候钢又称为耐大气腐蚀钢，相对于不锈钢合金含量少制造成本低，相对于普通碳钢具有良好的耐大气腐蚀性能，在铁道车辆、集装箱、建筑、光伏支架等行业得到广泛应用。Cu能显著提高钢材的耐大气腐蚀性能，是耐候钢中添加的主要合金元素之一，但是其熔点只有1083℃，由于Cu的存在易导致连铸生产过程中产生漏钢，铸坯加热和热轧过程中产生边部裂纹等表面质量缺陷。以往耐候钢中常常复合添加Cu、Ni，控制Ni/Cu≥0.5，形成高熔点的Cu-Ni二元合金相，抑制液相铜富集，解决上述制造难题。然而Ni是贵重合金元素，添加Ni不仅提高了耐候钢制造成本，同时也加速了Ni资源消耗。

CSP薄板坯连铸连轧流程生产薄规格板耐候钢板具有板型好、性能均匀、轧制稳定性高等优点。但是薄板坯连铸连轧流程的拉速大大高于常规热连轧板带流程，且铸坯压下率低，生产无Ni耐候钢产生漏钢风险加剧，同时热轧卷表面存在裂纹缺陷影响下游用户使用。

现有技术中，2016年5月26日公开的公开号CN 105603320 A公开了一种薄板坯连铸连轧生产集装箱板的方法，其化学成分质量百分比含量(wt％)为：C：0.05～0.09％，Si：0.30～0.50％，Mn：0.40～0.60％，P：0.070～0.120％，S：0.001～0.015％，Cr：0.30～0.50％，Ni：0.03～0.10％，Cu：0.25～0.40％，余量为Fe和不可避免的杂质。添加了贵重合金Ni，制造成本较高，且仅用于集装箱制造，用途单一。

2020年10月30日公开的公开号CN 111850396A公开了一种经济型集装箱用贝氏体耐候钢及用CSP线生产方法，其化学成分质量百分比含量(wt％)为：C：0.051～0.065％，Si：0.61～0.85％，Mn：0.81～1.02％，P：0.08～0.15％，S：≤0.005％，Al：0.015～0.055％，Cu：0.46～0.61％，Cr：0.61～0.72％，Ti：0.026～0.061％，N：≤0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。终轧温度758～799℃，418～511℃低温卷取，金相组织为不低于体积占比95％的贝氏体。屈服强度：351～396MPa，抗拉强度：483～532MPa，延伸率：36～47％。该发明专利适用钢板厚度≤2.0mm，且Si、Mn、Cu含量高，大大提高耐候钢制造成本。虽然未添加Ni，但是在高Cu含量下并未提出解决铜脆缺陷的措施。且仅用于集装箱制造，用途单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法，节约贵重Ni合金,降低耐候钢制造成本，；且具有良好的耐大气腐蚀性和综合力学性能，板材厚度范围1.5～3.0mm。解决了CSP流程生产无Ni含Cu耐候钢的连铸漏钢和热轧表面缺陷控制难题，实现了无Ni薄规格高强耐候钢板的批量稳定生产，可用于集装箱、电缆桥架、光伏支架等所用薄规格耐候钢制造。

本发明具体技术方案如下：

一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，包括以下质量百分比成分：

C：0.04％～0.06％、Si：0.30％～0.55％、Mn：0.30～0.80％、P：0.020～0.150％、S：≤0.005％、Cr：0.30％～0.80％、Cu：0.25％～0.40％、Als：0.015％～0.040％、Ti：0.010％～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢的化学成分设计还需满足如下条件：参照美国材料与试验协会标准ASTM G101-01中修正的Legault-Leckie公式计算该钢种的耐候指数I，I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)×(％Ni)-9.10(％Ni)×(％P)-33.39(％Cu)²。随着I值增加，材料的耐大气腐蚀性能增加，当I值≥6.0时，具有良好的耐大气腐蚀性能。本发明化学成分设计还需满足I≥7.0。

所述的基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，组织为多边形铁素体和珠光体，铁素体平均晶粒尺寸8-12μm，铁素体体积分数90-92％，余量为珠光体。

所述的基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，厚度：1.5～3.0mm，拉伸性能：屈服强度R_eL≥380MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A≥28％。

本发明提供的一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢的生产方法，包括以下工艺流程：铁水预处理深脱硫→转炉顶底复合吹炼→LF精炼→薄板坯连铸→CSP板坯加热→CSP热连轧→层流冷却→卷取。

具体的，按照上述化学成分进行钢水冶炼后进行薄板坯连铸。

所述薄板坯连铸具体为：连铸过程采用低过热度浇铸增加坯壳厚度，专用保护渣进行保护浇铸提高结晶器壁与坯壳之间的润滑作用，避免漏钢。中间包钢水过热度控制在10～30℃；所述专用保护渣主要理化性能指标：碱度0.8～1.3，粘度0.10～0.30Pa·s，熔点1022～1152℃；连铸板坯的厚度为60～90mm，连铸坯拉速根据铸坯宽度和厚度控制在3.5～4.5m/min。

所述CSP板坯加热具体为：铸坯切割后进入辊底式加热炉进行加热，入炉温度≥1000℃。对板坯进行加热，加热时间20～35min，出炉温度1130～1200℃。采用低温快速加热，缩短铸坯在炉时间，降低液相Cu向奥氏体晶界的扩散富集。加热炉采用还原气氛，减少加热过程中铸坯表面Fe的氧化，降低液相铜在钢基体与氧化铁皮界面富集，从而改善热轧过程中产生的表面裂纹缺陷。

所述CSP热连轧具体为：

板坯出炉后经过高压水除鳞去除表面氧化铁皮，然后直接采用7机架四辊CVC连轧机组进行轧制；F1、F2、F3压下率＞50％，通过高温大压下促进形变奥氏体再结晶细化晶粒尺寸；F6、F7主要用于改善薄规格钢带的板型，压下率＜10％；带钢出F7运行速度控制在7～12m/s。控制终轧温度为840～900℃，在奥氏体未再结晶区完成轧制，细化相变后的铁素体晶粒尺寸。终轧温度过高，奥氏体晶粒长大，降低材料强度；终轧温度过低，在两相区轧制易照成混晶，降低材料塑形。

所述层流冷却具体为：精轧结束后进行层流冷却，冷却速度为50～100℃/s；

所述卷取具体为：卷取温度控制在570～630℃。层流冷却至570～630℃进行卷取，卷取温度过高，铁素体晶粒粗化，导致强度不足；卷取温度过低生成贝氏体组织，降低材料塑性，影响成形性能。卷取后自然冷却至室温。

本发明提供的CSP流程生产薄规格无Ni耐候钢合金元素及其质量百分比设计原理如下：

C(碳)：C是提高钢材强度最经济的元素，但是C含量过高会恶化钢材的焊接性能，降低塑性。本发明为提高耐候钢强度，将C含量设计为0.04～0.06％。

Si(硅)：Si有利于细化腐蚀产物，促进钢材表面形成致密的保护性锈层从而提高耐大气腐蚀性能，还能抑制含铜钢高温氧化后表面铜元素富集，改善热轧过程中产生表面裂纹缺陷。但是Si含量过高会降低钢材的焊接性能。因此本发明将Si含量设计为0.30～0.55％。

Mn(锰)：Mn是钢中重要的固溶强化元素之一，提高钢的强度和韧性。但是Mn含量过高不但会提高耐候钢制造成本，还会恶化钢材的焊接性能。因此，将其含量设计为0.30～0.80％。

P(磷)：P是提高钢材耐大气腐蚀性能最经济的元素，还能起到固溶强化作用，但是P含量过高容易在晶界偏析降低钢材的低温韧性，增加焊接裂纹敏感性。因此将P含量设计为0.020～0.150％，可根据下游用户需要及产品标准要求选择低P或者高P成分；

S(硫)：S是钢中的有害残余元素，恶化钢材的耐大气腐蚀性能和塑韧性。因此本发明将S含量设计为≤0.005％

Als(铝)：Al是钢中加入的主要脱氧元素，与氧的结合力大于Ti。但过高的Al会导致钢中Al的氧化物夹杂含量增加，降低钢材的耐大气腐蚀性能，连铸容易堵塞水口。因此，将其含量设计为0.015～0.040％。

Cr(铬)：Cr是提高钢材耐大气腐蚀性能重要的合金元素，尤其是在与Cu复合添加的时候，能够在钢材表面富集促进致密的保护性锈层生成，显著提高钢材的耐大气腐蚀性能。Cr含量过高会恶化钢材的焊接性能，因此将Cr含量设计为0.30～0.80％。

Cu(铜)：Cu是主要的耐大气腐蚀元素，还能在冷却过程中析出细小的第二相粒子提高强度；但是Cu的熔点较低，含量过高容易导致连铸漏钢，在热轧过程中产生表面裂纹，因此将Cu含量设计为0.25～0.40％。

Ti(钛)：Ti是强氮化物形成元素，TiN的固溶温度较高，在板坯加热过程中能抑制奥氏体晶粒长大,细化晶粒尺寸增加奥氏体晶界面积，降低液相铜在奥氏体晶界的富集程度，从而改善热轧过程中产生表面裂纹缺陷；此外，还能提高材料的强度。将其含量控制在0.010％～0.040％。

本发明通过化学成分、连铸和加热工艺协同设计和控制，解决了CSP流程生产无Ni耐候钢易产生的连铸漏钢和产品表面裂纹缺陷难题，通过合金成分和热连轧工艺设计获得需要的显微组织和力学性能，提高产品耐候性能。

与现有技术相比，本发明实现在CSP流程生产无Ni耐候钢，节约贵重金属Ni资源，降低制造成本。同时，通过Si-P-Cu-Cr元素的匹配设计和协同作用，耐候指数I≥7.0，具有良好的耐大气腐蚀性能。厚度：1.5～3.0mm，拉伸性能：屈服强度R_eL≥380MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A≥28％。经过双倍冷弯试样外侧面没有裂纹出现，具有良好的冷弯成形性能。

附图说明

图1为本发明实施例钢板的典型金相组织，铁素体平均晶粒尺寸10μm，体积分数91.5％。

图2为本发明实施例生产的热轧钢带的热轧卷边部，无裂纹；

图3为本发明实施例生产的热轧钢带表面，无裂纹。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1-实施例6

一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。各实施例耐候指数I≥7.0，具有优良的耐大气腐蚀性能。

对比例1

以公开号为CN 105603320 A的实施例4作为对比例1；具体成分如表1所示，表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

对比例2

以公开号为CN 111850396A的实施例10作为对比例2；表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

从表1可以看出，对比例1含有贵重合金Ni，制造成本高；对比例2的Si、Mn、Cu含量均高于本发明，制造成本较高。

表1本发明各实施例及对比例的化学成分

注：对比例2还控制N：0.003％。

上述各实施例基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢的生产方法，包括以下工艺流程：铁水预处理深脱硫→转炉顶底复合吹炼→LF精炼→薄板坯连铸→CSP板坯加热→CSP热连轧→层流冷却→卷取。

按照上述化学成分进行钢水冶炼，连铸过程中间包钢水过热度控制在10～30℃，保护渣主要理化性能指标：碱度0.8～1.3，粘度0.10～0.30Pa·s，熔点1022～1152℃。连铸板坯的厚度为60～90mm，连铸坯拉速根据铸坯宽度和厚度控制在3.5～4.5m/min。铸坯切割后进入辊底式加热炉进行加热，入炉温度≥1000℃。首先对板坯进行加热，加热时间20～35min，出炉温度1130～1200℃。板坯出炉后经过高压水除鳞去除表面氧化铁皮后采用7机架四辊CVC连轧机组进行轧制。F1、F2、F3压下率>50％，F6、F7压下率<10％；带钢出F7运行速度控制在7～12m/s。控制终轧温度为840～900℃。精轧结束后进行层流冷却，冷却速度为50～100℃/s，卷取温度控制在570～630℃。卷取后自然冷却至室温。

各实施例和对比例连铸工序主要工艺参数、轧制工序主要工艺参数及力学性能分别如表2、表3和表4所示。拉伸性能测试根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行，冷弯性能测试根据GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行。

表2本发明实施例和对比例连铸主要工艺参数

表3本发明实施例和对比例轧制工序主要工艺参数

表4本发明实施例、对比例力学性能和表面质量

本发明通过化学成分和控轧控冷工艺设计，使得钢板显微组织为多边形铁素体+珠光体，铁素体平均晶粒尺寸8-12μm，铁素体体积分数90-92％，典型金相组织见图1所示。

按照TB/T 2375进行72h周期浸润腐蚀试验，式样尺寸：40mm×60mm×2mm，以Q345B低合金钢作为对比试样，试验结果如表5所示，对比例2(CN 111850396A)的结果如表6所示。各实施例的耐大气腐蚀性能相对于Q345B低合金钢提高了1倍，与对比例2处于同一水平，具有良好的耐大气腐蚀性能。但是对比例2的合金成本显著高于本发明。

表5各实施例及对比试样耐大气腐蚀性能

	平均腐蚀失重速率，(g/(m<sup>2</sup>·h))	相对腐蚀率，％
			实施例1	/	/
实施例2	/	/
			实施例3	2.27	52
实施例4	2.00	46
			实施例5	2.07	47
实施例6	/	/
			Q345B	4.37	100

表6对比例2及对比试样耐大气腐蚀性能

综上所述，按本发明技术在CSP薄板坯连铸连轧流程生产的薄规格无Ni耐候钢板解决了连铸漏钢和热轧卷表面裂纹难题，产品的屈服强度≥380MP，抗拉强度≥490MPa，延伸率≥28％以上，具有良好的耐大气腐蚀性能和冷弯成形性能，可应用于集装箱、光伏支架、电缆桥架等等制造。

Claims

1.一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，其特征在于，所述基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢包括以下质量百分比成分：

2.根据权利要求1所述的基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，其特征在于，所述基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢I≥7.0。

3.根据权利要求1所述的基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，其特征在于，所述的基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢，厚度：1.5～3.0mm，拉伸性能：屈服强度R_eL≥380MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A≥28％。

4.一种权利要求1-3任一项所述基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工艺流程：铁水预处理深脱硫→转炉顶底复合吹炼→LF精炼→薄板坯连铸→CSP板坯加热→CSP热连轧→层流冷却→卷取。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述薄板坯连铸具体为：中间包钢水过热度控制在10～30℃；专用保护渣主要理化性能指标：：碱度0.8～1.3，粘度0.10～0.30Pa·s，熔点1022～1152℃。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述CSP板坯加热具体为：入炉温度≥1000℃，加热时间20～35min，出炉温度1130～1200℃。

7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述CSP热连轧具体为：控制终轧温度为840～900℃。

8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述层流冷却具体为：冷却速度为50～100℃/s。

9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述卷取具体为：卷取温度控制在570～630℃。