CN115418553A - 高耐蚀型耐候钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐蚀型耐候钢及制备方法，包括C0.030～0.050％，Si0.25～0.35％，Mn0.30～0.40％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cu0.30～0.38％，Ni0.10～0.16％，ALt0.015～0.040％，Ti0.015～0.025％，Cr3.55～3.85％，Ca0.0010～0.0035％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，Mo≤0.050％。屈服强度≥350MPa，抗拉强度为490～690MPa级，断后延伸率A≥22％，‑40℃冲击功KV2≥60J，对比Q345B钢，耐腐蚀性能≤30％。
Description
技术领域
本发明属于耐候钢技术领域，具体涉及一种高耐蚀型耐候钢及制备方法。
背景技术
一种高耐蚀型耐候钢及其制造方法，主要用于铁道车辆，例如铁道车体的制作，包括底盘、横梁及车厢等，以降低车体在大气环境下的腐蚀速率，延长车辆的服役期限，从而实现降低成本的目标。适应铁道车辆用高耐蚀型耐候钢要求屈服强度高、并具有良好的耐候性、同时要求较低屈强比、良好的焊接性能和疲劳等性能要求。钢的耐腐蚀性一直是研究的方向，在传统耐候钢中，P、RE都是提高耐候性的添加元素，这两者虽然有自身的优点，钢中加入Cu与P配合使用可获得优良的耐候性。P能够使钢产生阳极钝化，在钢的表面形成均匀锈层，促使生成致密保护膜。但是P容易导致铸坯磷枝晶偏析，增加晶界脆性，裂纹敏感性增加，出现内裂；磷还会恶化钢的韧性,特别是剧烈降低钢的低温冲击韧性；RE虽然是非常活泼的元素，一般在钢水浇铸时加入，但加入量很难控制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种高耐蚀型、高耐候、高屈服强度的钢及制备方法。
为实现上述目的，本发明所涉及的高耐蚀型耐候钢，化学成分及重量百分比为：C：0.030～0.050％，Si：0.25～0.35％，Mn：0.30～0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Cu：0.30～0.38％，Ni：0.10～0.16％，ALt：0.015～0.040％，Ti：0.015～0.025％，Cr：3.55～3.85％，Ca：0.0010～0.0035％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，Mo≤0.050％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
进一步地，所述C的重量百分比为0.038～0.05％。
进一步地，所述Cu的重量百分比为0.34～0.38％。
进一步地，所述Ni的重量百分比为0.135～0.16％。
进一步地，所述Cr的重量百分比为3.65～3.85％。
进一步地，所述Ca的重量百分比为0.002～0.0035％。
进一步地，所述Alt的重量百分为0.022～0.04％。
还提供一种如上述所述高耐蚀型耐候钢的制备方法，包括以下步骤：
1)铁水经KR脱硫，进行扒前渣及扒后渣处理，且每两次扒后渣之间停留时间为6～24min，裸露面不低于90％，脱硫后铁水中S≤0.001％；铁水脱硫、扒渣干净是为了降低入转炉的铁水硫含量，并防止扒渣不尽导致后续钢渣返硫。
2)经转炉冶炼，控制转炉终点温度1610～1630℃，终点氧占钢水的重量百分比0.050～0.070％；
3)转炉出钢加铝铁脱氧完全，控制钢中ALs：0.020～0.040％；并合金化，加微碳铬铁61～68kg/t.s，其中，微碳铬铁含Cr：59～60％、含C：0.055～0.065％。之所以选择含碳量很低的微碳铬铁合金来添加钢水Cr成分，是由于本发明钢板含Cr量高而含碳量低，所需添加的合金铬铁量大，防止合金铬铁的添加使钢水成分碳含量超标。
转炉出钢脱氧，控制ALs，是为了后续脱硫提前造还原渣，后续脱硫必须要求渣的还原性。
4)钢水经吹氩站底吹氩气，控制钢水中ALs：0.040～0.060％；氩站控制ALs，是为了后续脱硫提前造还原渣，后续脱硫必须要求渣的还原性。
5)钢水经钢包炉深脱硫处理，控制钢水中S≤0.003％，控制钢水中ALs：0.030～0.050％；控制钢中的硫含量一方面是为了减少硫的危害，从而提高钢的低温冲击韧性。
6)钢水经真空炉循环脱气脱夹渣处理，合金化微调成分、温度真空循环时间15～20分钟，真空度控制在≤30Pa，真空结束温度控制在1555～1565℃；真空循环过程严格控制循环时间和真空度参数，可以进一步降低钢中的氮含量，进一步脱除有害杂质及气体，提高钢水的纯净度，从而提高钢的。
7)真空处理结束后向钢水中喂CaSi线进行钙处理，喂线重量为0.5～0.8kg/t.s，喂线速度：3～6m/s；喂线后采用底吹氩气吹氩搅拌，底吹氩气流量为5～15NM3/h；
8)连铸浇铸过程过热度控制在10～25℃，中间包温度控制在1529～1544℃；连铸浇铸过程拉坯速度控制在1.0～1.3m/min，连铸浇铸过程中控制结晶器钢液面波动范围在±3mm以内；
9)板坯加热至1220～1260℃后保温均热后进行轧制，并在1020～1060℃结束粗轧，在860～900℃结束终轧；
10)控制冷却：层流冷却方式采用前段冷却，以50～100℃/s冷却至620～660℃，随后空冷至550～600℃卷取。
进一步地，所述连铸浇铸过程中结晶器保护渣采用碱度0.9～1.0、熔点为1110～1170℃的超低碳钢专用渣，结晶器锥度设定为1.2％，结晶器宽面冷却水流量为3100～3300L/min，结晶器窄面冷却水流量为550-570L/min。
本发明中各种元素的作用机理如下：
碳(C)：最经济的强化元素，通过间隙固溶强化提升钢的强度。增加碳含量，可大幅提升钢的淬透性，减少其他贵重合金的加入量，降低生产成本，同时对降低钢的屈强比有益，因此C含量不宜过低。但是碳含量越高，越不利于钢的低温韧性，同时易在钢种形成较严重的硬相偏析带，加剧钢的组织不均匀性，不利于产品的疲劳性能，因此碳含量亦不可过高。C元素对钢的耐酸性腐蚀不利，会使钢的内部形成化学电池，从而产生电化学腐蚀，对钢材耐腐蚀性能不利。碳含量不宜过高。较适宜的碳的添加量为0.030～0.050％。
锰(Mn)：较为经济的合金化元素，有效提升钢的淬透性，可显著提升钢的屈服和抗拉强度。但锰含量较高时，如工艺不当，易产生较严重的组织偏析，导致钢的成分、组织不均。锰的添加量为0.30～0.40％。
硅(Si)：主要起固溶强化作用，也有益于提升钢的疲劳性能，但含量过高时，不利于表面质量以及高频焊接质量，较适宜的硅的添加量为0.25～0.35％。
铬(Cr)：铬在腐蚀环境中可在钢的表面形成较为致密的保护层，起到保护基体的作用，有效提高钢耐腐蚀性能。有效提升钢的淬透性，并具有一定的固溶强化作用。但钢中铬含量过高时，会使钢板的韧性恶化，且不利于高频电阻焊焊缝质量，易形成灰斑缺陷，必须采用焊接保护，增加了焊接难度及成本。所以，兼顾钢板的耐腐蚀性能和韧性，较适宜的铬添加量为3.55～3.85％。
铜、镍(Cu、Ni)：铜主要起改善钢的耐蚀耐候性能的作用，镍可改善因加入铜的热脆性，较适宜的铜添加量为0.30～0.38％，镍的添加量为0.10～0.16％。
钛(Ti)：微合金化元素，可显著细化晶粒并起到析出强化作用，可显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷。较适宜的钛的添加量为0.015～0.025％。
铝(Al)：铝是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成AlN，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过0.04％时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。较适宜的铝的添加量分别为0.015～0.040％。
钙(Ca)：在二次精炼过程中对钢进行钙处理，可以改善钢中的夹杂物形态，提高钢冲击韧性，但加入过量，易降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。较适宜的钙的添加量为0.0010～0.0035％。
磷、硫(P、S)：磷易导致钢的冷脆；硫易引起热脆；因此应尽量降低钢中的磷、硫的含量。
终冷温度：终冷温度和合金元素决定了钢的组织构成比例和产品性能，终冷温度过高，形成大量多边形或准多边形铁素体，强度不足；终冷温度过低，形成大量马氏体或细板条贝氏体，钢的韧性和塑性差，较适宜的终冷温度设定为550～600℃。
关于上述元素组合对钢材耐酸性腐蚀性能的综合影响：Cr元素是提高钢材耐腐蚀性能的重要元素，铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜，这层氧化膜很致密，并与金属基本结合得很牢固，保护钢材不被侵蚀。Cu元素能显著提高钢材耐酸性腐蚀性能，钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促使钢阳极钝化形成保护层。当Cr与Cu同时加入钢中，效果显著，Cu起着活性阴极作用，Cr和Cu相互作用能有效抑制腐蚀性阴离子，特别是酸性阴离子的侵入。Ni元素能使钢的腐蚀电位向正方向变化，Ni和Cr配合时能显著提高钢的耐酸腐蚀性，有效抑制酸性离子侵入，促进保护层生成，降低钢的腐蚀速率。Si元素与其他元素如Cu、Cr、Ca等配合使用可以改善钢的耐腐蚀性能。喂CaSi线加入微量的Ca可以显著改善钢的整体耐酸性腐蚀性能，可以形成CaO和CaS溶解于钢表面薄电解液膜中，使腐蚀界面的碱性增大，降低其侵蚀性。Ca、Si的联合使用效果更佳。Ti能形成TiC，使钢的内部组织细化，致密。当Ti:C达到一定的比值时，所有的游离C都被结合成了强固TiC，阻止加热过程中沿奥氏体晶界析出CrC，能防止产生晶间腐蚀现象。
目前常规的提高钢材抗酸性腐蚀的添加元素是Cu-P-Ni-Cr-Mo-Re系，本发明采用Cu-Ni-Cr系，由上述元素的相互作用可知，其耐酸性腐蚀性能更优于传统的耐酸蚀钢，本发明不再依靠P和RE两种元素来提高耐候性，避免了P和RE两种元素所带来的上述弊端，通过Cu、Cr和Ni的调整实现钢板耐腐蚀性能的提高。开发出新的成分体系，来满足铁道车辆用高耐蚀型耐候钢屈服强度高、并具有良好的耐候性、同时要求较低屈强比、良好的焊接性能和疲劳等性能等要求。同时取消了价格昂贵的Mo、Re、Nb等合金，降低了成本。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：屈服强度≥350MPa，抗拉强度为490～690MPa级，断后延伸率A≥22％，-40℃冲击功KV2≥60J，对比Q345B钢，耐腐蚀性能≤30％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明实施例成分、工艺、性能分别如表1～表4所示。
从表1～4可已看出，本发明钢屈服强度为≥350MPa，抗拉强度为490～690MPa级。断后延伸率A≥22％。-40℃冲击功KV2≥60J，对比Q345B钢，耐腐蚀性能≤30％。能完全满足铁道车辆用高耐蚀型耐候钢屈服强度高、并具有良好的耐候性、同时要求较低屈强比、良好的焊接性能和疲劳等性能等要求。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt，％)
表2本发明各实施例及对比例的主要炼钢工艺参数列表
续表2本发明各实施例及对比例的主要炼钢工艺参数列表
续表2本发明各实施例及对比例的主要炼钢工艺参数列表
表3本发明各实施例及对比例的主要轧制工艺参数列表(℃)
表4本发明各实施例和对比例主要性能检测统计表
Claims (9)
1.一种高耐蚀型耐候钢，其特征在于：化学成分及重量百分比为：C：0.030～0.050％，Si：0.25～0.35％，Mn：0.30～0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Cu：0.30～0.38％，Ni：0.10～0.16％，ALt：0.015～0.040％，Ti：0.015～0.025％，Cr：3.55～3.85％，Ca：0.0010～0.0035％，N≤0.0050％，T[O]≤0.0030％，Nb≤0.010％，V≤0.010％，Mo≤0.050％，余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述C的重量百分比为0.038～0.05％。
3.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述Cu的重量百分比为0.34～0.38％。
4.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述Ni的重量百分比为0.135～0.16％。
5.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述Cr的重量百分比为3.65～3.85％。
6.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述Ca的重量百分比为0.002～0.0035％。
7.根据权利要求1所述高耐蚀型耐候钢，其特征在于：所述Alt的重量百分为0.022～0.04％。
8.一种如权利要求1所述高耐蚀型耐候钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)铁水经KR脱硫，进行扒前渣及扒后渣处理，且每两次扒后渣之间停留时间为6～24min，裸露面不低于90％，脱硫后铁水中S≤0.001％；
2)经转炉冶炼，控制转炉终点温度1610～1630℃，终点氧占钢水的重量百分比0.050～0.070％；
3)转炉出钢加铝铁脱氧完全，控制钢中ALs：0.020～0.040％；并合金化，加微碳铬铁61～68kg/t.s，其中，微碳铬铁含Cr：59～60％、含C：0.055～0.065％；
4)钢水经吹氩站底吹氩气，控制钢水中ALs：0.040～0.060％；
5)钢水经钢包炉深脱硫处理，控制钢水中S≤0.003％，控制钢水中ALs：0.030～0.050％；
6)钢水经真空炉循环脱气脱夹渣处理，真空循环时间15～20分钟，真空度控制在≤30Pa，真空结束温度控制在1555～1565℃；
7)真空处理结束后向钢水中喂CaSi线进行钙处理，喂线重量为0.5～0.8kg/t.s，喂线速度：3～6m/s；喂线后采用底吹氩气吹氩搅拌，底吹氩气流量为5～15NM3/h；
8)连铸浇铸过程过热度控制在10～25℃，中间包温度控制在1529～1544℃；连铸浇铸过程拉坯速度控制在1.0～1.3m/min，连铸浇铸过程中控制结晶器钢液面波动范围在±3mm以内；
9)板坯加热至1220～1260℃后保温均热后进行轧制，并在1020～1060℃结束粗轧，在860～900℃结束终轧；
10)控制冷却：层流冷却方式采用前段冷却，以50～100℃/s冷却至620～660℃，随后空冷至550～600℃卷取。
9.根据权利要求8所述高耐蚀型耐候钢的制备方法，其特征在于：所述连铸浇铸过程中结晶器保护渣采用碱度0.9～1.0、熔点为1110～1170℃的超低碳钢专用渣，结晶器锥度设定为1.2％，结晶器宽面冷却水流量为3100～3300L/min，结晶器窄面冷却水流量为550-570L/min。
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