CN116005069B - 一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐候性热轧棒线材,化学成分按质量百分比计如下:C:0.22~0.24wt%、Si:0.75~0.85wt%、Mn:1.05~1.25wt%、P:0.08~0.12wt%、S<0.015wt%、Cu:0.2~1.0wt%、Cr:0.6~2.0wt%、Cr/Cu=3~5,其余为Fe及不可避免的杂质;还可以根据需求进行微合金化,其化学成分按质量百分比计还加入了Nb:0.015~0.035wt%、Ti:0.02~0.04wt%、Nb/Ti=3/4~1;本发明提供了一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺,通过P、Cu、Cr等耐候元素的耦合作用,实现高耐候性与高强韧性的良好匹配,可满足棒线冷加工以及免涂镀裸用要求,大幅度提高了材料的全寿命周期的碳排放量,是一种绿色环保新材料。

Description

一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺。
背景技术
耐候钢是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢,通过在钢中加入少量耐蚀元素,使钢铁材料表面在大气环境下生成一层致密、具有保护性的锈层,阻止大气中氧和水向钢铁基体渗入,减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展,从而提高耐大气腐蚀能力。常见主要耐蚀元素:Cu(铜)、P(磷)、Cr(铬)、Ni(镍)、Si(硅)等。
20世纪中期,美国材料与试验协会在不同大气环境中对270余种不同化学成分的低合金钢进行了长达15.5年的曝晒试验研究,ASTM G101-1提出了修正的Legault-Leckie公式,又称I指数公式,其中I定义为耐候指数,I值越高,钢材的耐蚀性能越好。I指数计算公式如下:
7.29×(%Cu)×(%Ni)-9.1×(%Ni)×(%P)-33.39×(%Cu)2
随着“双碳”目标推进,具有免涂镀、长寿命的耐候钢正成为当下绿色钢铁产品的发展热点;目前,国内外生产的耐候钢多数为板材,由于线棒材与板材完全不同的深加工流程和应用场景,对于连轧道次多、组织性能要求高且冷加工变形量大的耐候钢结构用热轧盘条及圆钢,国内鲜有报道。
基于此,如何得到一种可冷加工、免涂镀的高耐候性热轧棒线材成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种可冷加工、免涂镀的高耐候性(耐候指数>6)热轧棒线材及其轧制工艺。
为达到上述目的,采用技术方案如下:
一种高耐候性热轧棒线材,其化学成分按质量百分比计如下:
C:0.22~0.24wt%、Si:0.75~0.85wt%、Mn:1.05~1.25wt%、P:0.08~0.12wt%、S<0.015wt%、Cu:0.2~1.0wt%、Cr:0.6~2.0wt%、Cr/Cu=3~5,其余为Fe及不可避免的杂质。
按上述方案,其化学成分按质量百分比计如下:
C:0.23~0.24wt%、Si:0.8~0.85wt%、Mn:1.05~1.2wt%、P:0.09~0.11wt%、S<0.015wt%、Cu:0.4~0.8wt%、Cr:1.0~2.0wt%、Cr/Cu=3~5,其余为Fe及不可避免的杂质。
按上述方案,进行微合金化,其化学成分按质量百分比计还加入了Nb:0.015~0.035wt%、Ti:0.02~0.04wt%、Nb/Ti=3/4~1。
上述高耐候性热轧棒线材的轧制工艺,包括以下步骤:
轧制;采取低温控轧,全流程采用奥氏体未再结晶轧制;
控冷;线材采用斯太尔摩工艺控制冷却;棒材上冷床采用保温罩缓冷。
按上述方案,所述轧制工艺中精轧温度为910±10℃、入减定径温度900±10℃,终轧温度890±10℃。
按上述方案,所述控冷工艺中,线材采用斯太尔摩工艺控制冷却,0#辊道速度0.2~1m/s,余下8组辊道速度相对于前一组辊道提升3%(极差);13组风机的风量为210000m3/h,1#~2#风机开启20%~45%,保温盖开启,确保出2#风机温度为610±20℃,3#~13#风机全关、保温盖关闭,确保出13#风机温度>280℃。
按上述方案,所述控冷工艺中,棒材上冷床温度>620℃,采用保温罩缓冷,出保温罩温度>330℃。
相对于现有技术,本发明有益效果如下:
本发明提供了一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺,通过P、Cu、Cr等耐候元素的耦合作用,实现高耐候性与高强韧性的良好匹配,可满足棒线冷加工以及免涂镀裸用要求,大幅度提高了材料的全寿命周期的碳排放量,是一种绿色环保新材料。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案,但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明具体实施方式中,C:碳元素对钢的腐蚀不利,并且对焊接性能、冷脆性能和冲压性能有影响;碳对盘条的强度和塑性影响最为显著,随着碳含量的增加,盘条强度不断提高、塑性急剧降低,碳含量还影响最终成品可拉拔性能。综合考虑,本发明碳含量0.22~0.24wt%。
Si:硅元素是钢中重要的强化元素,并且对耐腐蚀性能有利,能显著提高拉拔后钢丝的弹性极限,但过高的Si含量将增大铁素体脆性不利于冷镦加工。综合考虑,本发明硅含量0.75~0.85wt%。
Mn:锰与硫结合生成MnS进而减轻硫的危害,并能细化珠光体、提高钢丝强度;但Mn在钢中易于偏聚,进而引起组织与性能不均匀,过高的Mn含量还将增加生产成本;另外,对于耐候钢而言,学术界中锰对耐蚀性的影响认识不统一,大多数学者认为,锰能提高钢对海洋大气的耐蚀性,但对在工业大气中的耐蚀性几乎无影响。综合考虑,本发明锰含量1.05~1.25wt%。
P:磷是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一,磷在钢中能均匀溶解,有助于在钢表面形成致密的保护膜,使其内部不被大气腐蚀,通常钢中w(P)=0.08%~0.15%时耐蚀性最佳;但对于需深度冷加工的工业线材而言,磷容易产生冷脆,对钢质量尤其是冷加工性能有较大影响,为此需进行严格控制。综合考虑,本发明磷含量0.08~0.12wt%。
S:硫在本钢种属于有害元素,硫容易产生热脆,进而恶化钢丝拉拔和热处理加工条件。综合考虑,本发明硫含量S<0.015wt%。
Cu:铜是生产耐腐蚀类钢铁材料常用的合金添加元素,Cu是一种化学反应速度较慢的金属元素,通过添加Cu就能够提高钢材的强度,但如果Cu含量过高,会直接影响钢材的低温韧性。值得注意的是,铜抵消钢中硫的有害作用的效果很明显,其作用特点是,钢中硫含量愈高,铜降低腐蚀速率的相对效果愈显著。这是因为铜与硫生成了难溶硫化物。综合考虑,本发明铜含量为0.2~1.0wt%。
Cr:铬是提升钢耐候性能的主要元素,铬能在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的钝化能力,使锈层生长速度减慢。但铬会大幅度提升钢的淬透性,过量的铬会导致钢中形成贝氏体、马氏体等异常组织,对钢的冷加工性能不利。综合考虑,本发明铬含量为0.6~2.0wt%。
Cr/Cu:同为耐候元素铜、铬存在协同强化作用,基于最经济成本考虑,本发明中Cr/Cu=3~5。
Nb、Ti:铌、钛是常见微合金强化元素,可阻止奥氏体晶粒长大,细化再加热奥氏体晶粒,提高组织与性能的均匀性,但过量加入将显著提升生产成本,并且Nb、Ti复合微合金化强化效果优于单个元素作用。综合考虑,本发明铌、钛含量分别为0.015~0.035wt%、0.02~0.04wt%,且Nb/Ti=3/4~1。
本发明专利采用低温控轧实现形变诱导相变,并结合微合金化进一步细化晶粒,达到提升钢质强韧性的作用。
本发明各实施例和对比例的化学成分见表1;各实施例和对比例轧制过程工艺参数见表2;各实施例和对比例控冷工艺参数见表3。各实施例和对比例试验效果(强韧性、冷镦性能、耐候性)见表4。
表1化学成分
表2轧制工艺参数
项目 入精轧温度,℃ 入减定径温度,℃ 终轧温度,℃
实施例1 920 895 880
实施例2 900 905 895
实施例3 910 895 890
实施例4 905 895 895
实施例5 915 890 900
实施例6 920 890 885
实施例7 914 910 885
实施例8 905 905 880
实施例9 916 904 890
实施例10 918 908 895
实施例11 909 910 890
实施例12 918 895 895
实施例13 916 899 890
实施例14 905 900 895
实施例15 915 904 885
对比例1 930 920 910
对比例2 935 930 920
对比例3 940 925 910
表3控冷工艺参数
表4试验效果
从表4可知,对比例耐候指数均<6,可认为不具备耐候性能,强度≤590MPa、面缩率≤45%并且冷镦开裂,表明其强韧性不足;而本发明专利强度≥610MPa、面缩率≥60%,且冷镦未开裂,同时耐候指数>7,表明本发明专利强韧性优良且具备优异的耐候性能。综上所述,本发明开发出的一种高耐候性热轧棒线材及其轧制工艺,通过P、Cu、Cr等耐候元素的耦合作用,实现高耐候性与高强韧性的良好匹配,可满足棒线冷加工以及免涂镀裸用要求,大幅度提高了材料的全寿命周期的碳排放量,是一种绿色环保新材料。

Claims (2)

1.一种高耐候性热轧棒线材,其特征在于化学成分按质量百分比计如下:
C:0.22~0.24wt%、Si:0.75~0.85wt%、Mn:1.05~1.25wt%、P:0.08~0.12wt%、S<0.015wt%、Cu:0.2~1.0wt%、Cr:0.6~2.0wt%、Cr/Cu=3~5、Nb:0.015~0.035wt%、Ti:0.02~0.04wt%、Nb/Ti=3/4~1,其余为Fe及不可避免的杂质;
所述高耐候性热轧棒线材的轧制工艺,包括以下步骤:
轧制;采取低温控轧,全流程采用奥氏体未再结晶轧制;所述轧制工艺中精轧温度为910±10℃、入减定径温度900±10℃,终轧温度890±10℃;
控冷;线材采用斯太尔摩工艺控制冷却;棒材上冷床采用保温罩缓冷;其中,0#辊道速度0.2~1m/s,余下8组辊道速度相对于前一组辊道极差提升3%;13组风机的风量为210000m3/h,1#~2#风机开启20%~45%,保温盖开启,确保出2#风机温度为610±20℃,3#~13#风机全关、保温盖关闭,确保出13#风机温度>280℃;上冷床温度>620℃,采用保温罩缓冷,出保温罩温度>330℃。
2.如权利要求1所述高耐候性热轧棒线材,其特征在于化学成分按质量百分比计如下:
C:0.23~0.24wt%、Si:0.8~0.85wt%、Mn:1.05~1.2wt%、P:0.09~0.11wt%、S<0.015wt%、Cu:0.4~0.8wt%、Cr:1.0~2.0wt%、Cr/Cu=3~5。
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