CN116445813A - 一种抗拉强度1000MPa级耐候钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度1000MPa级耐候钢及其生产方法。在传统低碳耐候钢基础上优化添加Cu、Ni、Ti，细化原始奥氏体晶粒，促进低温转变得到性能优异的贝氏体和马氏体混合组织，热轧过程中得到细小弥散分布的TiC析出，通过再加热奥氏体化和再结晶控制轧制和在线淬火过程缩短了生产流程。淬火冷却速率为30～40℃/s，淬火终止温度为200～300℃。本发明生产的耐候钢具有细小的贝氏体和马氏体组织，屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1000MPa，断裂总延伸率≥18％，‑20℃冲击功≥180J，电化学腐蚀电流密度≤3.82×10‑5A/cm2，腐蚀速率≤69μm/a，具有良好的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明属于耐候钢板制造技术领域，具体涉及一种抗拉强度1000MPa级耐候钢及其生产方法。
背景技术
耐候钢通过添加Cu、Cr、Ni等合金元素，在腐蚀过程中形成致密的锈层阻止有害物质Cl-，S2-的侵入，防止进一步的腐蚀。耐蚀能力是普通碳钢的2～8倍，不需要进行涂装和表面处理，同时具备良好的强韧性，大大延长使用寿命，节约成本。
目前，耐候钢主要应用于货轮运输，输电铁塔，桥梁建筑及汽车制造行业。传统耐候钢的屈服强度≤450MPa，抗拉强度≤700MPa。开发新一代高强耐候钢是为了满足社会高速发展带来的高速重载以及高质量发展战略。通过提高强度，减轻自重，节能降耗和促进环保。
传统耐候钢中的基体组织以铁素体+珠光体为主，基体组织较软，难以承受重载荷。贝氏体和马氏体由于基体内亚结构复杂，细小的晶粒尺寸和高的位错密度，被广泛应用于结构材料中，但是传统铁素体钢中的焊接性能和耐蚀性能至关重要，采用低碳设计，导致了低的淬透性，所以工业上的冷却速率难以获得低温组织如贝氏体和马氏体。Cu和Ni作为耐候钢中的耐蚀性元素，具有稳定奥氏体，促进低温相变(相变发生在300-500℃)，同时能够保障耐蚀性能和提高低温韧性。通过优化合金元素在传统生产设备上连续冷却得到贝氏体和马氏体为基体的高强耐候钢是比较新颖的研究工作，目前很少有相关内容被报道。
中国专利CN104789892A公开了具有优异低温冲击韧性的低屈强比高强韧厚钢板及其制造方法，钢板化学成分的重量百分比为：C 0.05-0.11％、Si 0.10-0.40％、Mn 1.60-2.20％、S≤0.003％、Cr 0.20-0.70％、Mo 0.20-0.80％、Nb 0.02-0.06％、Ni 3.60-5.50％、Ti 0.01-0.05％、Al 0.01-0.08％、0＜N≤0.0060％、0＜O≤0.0040％、0＜Ca≤0.0045％，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法中生产工艺包括回火过程，生产周期长。
中国专利CN115612939A公开了一种1000MPa级高强热轧钢板及其制备方法，钢板化学成分的重量百分比为：C：0.065-0.085wt％、Si：0.25-0.40wt％、Mn：1.75-2.0wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.003wt％、Cr：0.45-0.65wt％、Mo：0.15-0.20wt％、Nb：0.020-0.045wt％、Ti：0.12-0.18wt％、Al：0.020-0.050wt％、N：0.002-0.005wt％、B:0.0008-0.0018wt％、P+S+N+H≤0.020wt％，余量为铁和不可避免的杂质；该专利采用80～100℃的冷却速率，对设备要求高，难以控制。
中国专利CN106498296A公开了一种屈服强度1100MPa级高强钢的制造方法，钢板的质量百分含量的化学成分为：C＝0.15～0.25％、Mn＝0.80～1.40％、Mo＝0.20～0.80％、Ti≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。该专利制备的钢含碳量过高，不利于耐腐蚀环境下的使用，同时严重影响了材料的焊接性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种抗拉强度1000MPa级耐候钢及其生产方法，采用传统热连轧生产线结合超快冷工艺得到性能优异的板条组织，并具有较高的强度和抗腐蚀性能，并能批量生产板形良好的薄规格耐候钢，采用在线淬火工艺，缩短了交货周期。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种抗拉强度1000MPa级耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)铁水进行KR脱硫预处理，转炉冶炼过程全程采用吹氩气防止氧化，终渣碱度控制在2.5-3.5；
(2)LF精炼和RH精炼，精炼过程加入金属进行合金化，板坯连铸过程中采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在10～25℃，并且采用结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，连铸坯厚度40～60mm；
(3)将铸坯进行堆垛冷却，表面进行扒皮处理，检测铸坯内部质量；
(4)将铸坯重新加热至1200～1250℃，并控制板坯出炉温度≥1150℃；
(5)出炉后对铸坯进行高压水除磷；
(6)采用再结晶区+非再结晶区控制轧制，轧制道次数为9～13道次，包括精轧和粗轧过程，保证咬入条件下粗轧前几个道次尽可能大，终轧温度≥800℃，最后道次压下率≤10％，保证表面质量；
(7)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为30～40℃/s，淬火终止温度为200～300℃；
(8)卷取机卷取，放入保温坑进行堆垛冷却。
进一步地，步骤(1)所述铁水原料的温度>1240℃，预处理后铁水中的硫含量质量百分比[S]≤0.005％。
进一步地，步骤(2)所述合金化加入的金属为铜板和硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金。添加铜板和镍铁合金的目的是为了促进贝氏体和马氏体相变，获得细小的组织，添加钛铁合金目的是在热轧过程中产生析出相TiC，进一步提高钢强度。
进一步地，步骤(4)中，铸坯进入加热炉前，炉温为500℃，铸坯在炉中的加热时间+保温时间≥200min。
进一步地，步骤(4)中，进行板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：C 0.03-0.07％、Si 0.30-0.42％、Mn 1.00-1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cu 1.60-2.0％、Cr0.45-0.55％、Ni 3.60-4.20％、Ti 0.05-0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，步骤(5)所述高压水的压力为15～23Mpa。
进一步地，步骤(6)中，粗轧温度区间为1150-900℃，粗轧6～8道次，前三个道次压下率为70％-80％，精轧温度区间为900-800℃，精轧3～5道次，为了保证板型和表面质量，最后一个道次压下率小于10％，粗轧和精轧累计压下率为90％-95％，轧机出口厚度3～6mm。
进一步地，步骤(6)所述粗轧后弛豫保温3～5min，目的是为了析出TiC，抑制再结晶过程，提供形核位置。
进一步地，步骤(8)所得冷却后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验。
上述生产方法得到的高强耐候钢厚板，其抗拉强度在1000Mpa以上。
本发明在传统低碳耐候钢基础上优化添加Cu、Ni、Ti等元素，细化原始奥氏体晶粒，促进低温转变得到性能优异的贝氏体和马氏体混合组织，热轧过程中得到细小弥散分布的TiC析出，通过再加热奥氏体化和再结晶控制轧制和在线淬火过程缩短了生产流程。淬火冷却速率为30～40℃/s，淬火终止温度为200～300℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明合金中添加了少量的Ti元素，在热轧过程中弛豫保温过程中产生显著的析出强化效果，同时析出相能够钉扎晶界，抑制再结晶过程，细化组织。
(2)相比于传统的薄板生产过程，本发明中由于合金元素能够显著稳定奥氏体，提高了淬透性，冷却速率要求不高，可在传统生产线上喷水即可达到，无需特制的冷却液，同时避免了大的内应力而导致缺陷生成。
(3)本发明通过合金化设计生产的耐候钢具有细小的贝氏体和马氏体组织，屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1000MPa，断裂总延伸率≥19％，-20℃冲击功≥180J，电化学腐蚀电流密度≤3.75×10-5A/cm2，腐蚀速率≤69μm/a。从性能数据来看，该钢种具有良好的强韧配比及耐候性。本发明的耐候钢电化学参数如表1。
表1
附图说明
图1为实施例1所制备的耐候钢的金相组织图。
图2为实施例1所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图。
图3为实施例1所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。
图4为实施例2所制备的耐候钢的金相组织图。
图5为实施例2所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图。
图6为实施例2所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。
图7为实施例3所制备的耐候钢的金相组织图。
图8为实施例3所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图。
图9为实施例3所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种抗拉强度1000MPa级耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)将1245℃的铁水进行KR脱硫预处理，硫含量质量百分比[S]＝0.005％，转炉冶炼过程全程采用吹氩气防止氧化，终渣碱度控制在3.1；
(2)LF精炼和RH精炼，精炼过程加入铜板和硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金进行合金化；添加铜板和镍铁合金目的是为了促进贝氏体和马氏体相变，获得细小的组织，添加钛铁合金目的是在热轧过程中产生析出相TiC，进一步提高强度。板坯连铸过程中采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在16℃，并且采用结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.2m/min，连铸坯厚度60mm；
(3)将铸坯进行堆垛冷却，表面进行扒皮处理，检测铸坯内部质量；
(4)将铸坯放入炉温为500℃的加热炉，然后加热至1200℃，加热+保温时间为250min，板坯出加热炉温度为1163℃。板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：C 0.05％、Si 0.35％、Mn 1.43％、P 0.0030％，S 0.001％、Cu 1.65％、Cr 0.52％、Ni3.85％、Ti 0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(5)出炉后对铸坯进行高压水除磷，高压水的压力为19Mpa；
(6)再结晶区粗轧7道次，轧制温度区间为1150-900℃，前三道次压下率为70％，精轧温度区间为900-800℃，为了保证板型和表面质量，最后一个道次压下率为8％，粗轧和精轧累计压下率为95％，轧机出口厚度3mm；粗轧后弛豫保温3min，析出TiC，抑制再结晶过程，提供形核位置；
(7)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为30℃/s，淬火终止温度为300℃；
(8)卷取机卷取，放入保温坑进行堆垛冷却；所得冷却后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验，即得到所述耐候钢成品。
图1为实施例1所制备的耐候钢的金相组织图，图2为实施例1所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图，图3为实施例1所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。成品钢材组织类型为贝氏体和马氏体混合组织。钢材的屈服强度为943MPa，抗拉强度为1097MPa，断裂总延伸率为19.5％，-20℃冲击功为189J。电化学腐蚀电位-0.52V，腐蚀电流密度3.82×10-5A/cm2，腐蚀速率69μm/a。根据以上性能数据，本发明钢具有良好的力学性能和耐蚀性能。
实施例2
一种抗拉强度1000MPa级耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)将1248℃的铁水进行KR脱硫预处理，硫含量质量百分比[S]＝0.003％，转炉冶炼过程全程采用吹氩气防止氧化，终渣碱度控制在3.3；
(2)LF精炼和RH精炼，精炼过程加入铜板和硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金进行合金化；添加铜板和镍铁合金目的是为了促进贝氏体和马氏体相变，获得细小的组织，添加钛铁合金目的是在热轧过程中产生析出相TiC，进一步提高强度；板坯连铸过程中采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在12℃，并且采用结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0m/min，连铸坯厚度60mm；
(3)将铸坯进行堆垛冷却，表面进行扒皮处理，检测铸坯内部质量；
(4)将铸坯放入炉温为500℃的加热炉，然后加热至1200℃，加热+保温时间为250min；板坯出加热炉温度为1153℃。板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：C 0.05％、Si 0.33％、Mn 1.47％、P 0.0020％、S 0.001％、Cu 1.70％、Cr 0.55％、Ni3.65％、Ti 0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(5)出炉后对铸坯进行高压水除磷，高压水的压力为19Mpa；
(6)再结晶区粗轧7道次，轧制温度为1150-900℃，前三道次压下率为75％，精轧温度区间为900-800℃，为了保证板型和表面质量，最后一个道次压下率为7％，粗轧和精轧累计压下率为95％，轧机出口厚度3mm；粗轧后弛豫保温3-5min，析出TiC，抑制再结晶过程，提供形核位置；
(7)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为35℃/s，淬火终止温度为280℃；
(8)卷取机卷取，放入保温坑进行堆垛冷却；所得冷却后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验，即得到所述耐候钢成品。
图4为实施例2所制备的耐候钢的金相组织图，图5为实施例2所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图，图6为实施例2所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。成品钢材组织类型为贝氏体和马氏体混合组织。成品钢材的屈服强度为948MPa，抗拉强度为1098MPa，断裂总延伸率为19.2％，-20℃冲击功为193J；电化学腐蚀电位-0.43V，腐蚀电流密度3.75×10-5A/cm2，腐蚀速率62μm/a。根据以上性能数据，本发明钢具有良好的力学性能和耐蚀性能。
实施例3
一种抗拉强度1000MPa级耐候钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)将1248℃的铁水进行KR脱硫预处理，硫含量质量百分比[S]＝0.004％，转炉冶炼过程全程采用吹氩气防止氧化，终渣碱度控制在2.8；
(2)LF精炼和RH精炼，精炼过程加入铜板和硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金进行合金化；添加铜板和镍铁合金目的是为了促进贝氏体和马氏体相变，获得细小的组织，添加钛铁合金目的是在热轧过程中产生析出相TiC，进一步提高强度。板坯连铸过程中采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在10℃，并且采用结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0m/min，连铸坯厚度60mm；
(3)将铸坯进行堆垛冷却，表面进行扒皮处理，检测铸坯内部质量；
(4)将铸坯放入炉温为500℃的加热炉，然后加热至1200℃，加热+保温时间为250min；板坯出加热炉温度为1153℃。板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：C 0.05％、Si 0.30％、Mn 1.33％、P 0.0020％、S 0.001％、Cu 1.72％、Cr 0.48％、Ni3.86％、Ti 0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(5)出炉后对铸坯进行高压水除磷，高压水的压力为21Mpa；
(6)再结晶区粗轧7道次，轧制温度为1150-900℃，前三道次压下率为75％，精轧温度区间为900-800℃，为了保证板型和表面质量，最后一个道次压下率为8％，粗轧和精轧累计压下率为90％，轧机出口厚度6mm；粗轧后弛豫保温4min，析出TiC，抑制再结晶过程，提供形核位置；
(7)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为40℃/s，淬火终止温度为300℃；
(8)卷取机卷取，放入保温坑进行堆垛冷却；所得冷却后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验，即得到所述耐候钢成品。
图7为实施例3所制备的耐候钢的金相组织图，图8为实施例3所制备的耐候钢的力学拉伸曲线图，图9为实施例3所制备的耐候钢的电化学极化曲线图。成品钢材组织类型为贝氏体和马氏体混合组织。成品钢材的屈服强度为957MPa，抗拉强度为1106MPa，断裂总延伸率为18.3％，-20℃冲击功为186J；电化学腐蚀电位-0.35V，腐蚀电流密度3.55×10-5A/cm2，腐蚀速率59μm/a。根据以上性能数据，本发明钢具有良好的力学性能和耐蚀性能。
Claims (10)
1.一种抗拉强度1000MPa级耐候钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铁水进行KR脱硫预处理，转炉冶炼过程全程采用吹氩气防止氧化，终渣碱度控制在2.5-3.5；
(2)LF精炼和RH精炼，精炼过程加入金属进行合金化，板坯连铸过程中采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在10～25℃，并且采用结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，连铸坯厚度40～60mm；
(3)将铸坯进行堆垛冷却，表面进行扒皮处理，检测铸坯内部质量；
(4)将铸坯重新加热至1200～1250℃，并控制板坯出加热炉温度≥1150℃；
(5)出炉后对铸坯进行高压水除磷；
(6)采用再结晶区粗轧+非再结晶区精轧控制轧制，轧制道次数为9～13道次，保证咬入条件下粗轧前几个道次尽可能大，终轧温度≥800℃；
(7)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为30～40℃/s，淬火终止温度为200～300℃；
(8)卷取机卷取，放入保温坑进行堆垛冷却。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)所述铁水原料的温度>1240℃，预处理后铁水中的硫含量质量百分比[S]≤0.005％。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)所述合金化加入的金属为铜板和硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，铸坯进入加热炉前，炉温为500℃，铸坯在炉中的加热时间+保温时间≥200min。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，进行板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：C 0.03-0.07％、Si 0.30-0.42％、Mn 1.00-1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cu 1.60-2.0％、Cr 0.45-0.55％、Ni 3.60-4.20％、Ti 0.05-0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)所述高压水的压力为15～23Mpa。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(6)中，粗轧温度区间为1150-900℃，粗轧6～8道次，前三个道次压下率为70％-80％，粗轧温度区间为900-800℃；精轧3～5道次，最后一个道次压下率小于10％，粗轧和精轧累计压下率为90％-95％，轧机出口厚度3～6mm。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(6)所述粗轧后弛豫保温3～5min。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(8)所得冷却后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验。
10.权利要求1-9任一项所述的生产方法得到的抗拉强度1000MPa级耐候钢。
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| CN101660108A (zh) * | 2009-10-16 | 2010-03-03 | 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 | 非调质针状组织高强度低屈强比耐候钢及其生产方法 |
| CN105803323A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-07-27 | 华南理工大学 | 一种采用弛豫冷却工艺生产x70管线钢板的方法 |
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