CN1345984A - 耐候性和加工性优良的热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

耐候性和加工性优良的热轧钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐侯性和加工性优良的抗拉强度为60kg/mm的热轧钢板及其制造方法。本发明钢板含有重量百分比C:0.05～0.10%、Mn:1.20～1.70%、Si:0.30～0.60%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Al:0.01～0.07%、Cu:0.20～0.50%、Cr:0.8～1.5%、Nb:0.04～0.08%、Ni:0.10～0.40%,余量为Fe和其他不可避免的杂质,所以可以制作具有优良耐侯性且可进行多种加工的制品,同时具有使制品重量轻和寿命长的效果。

Description

耐候性和加工性优良的热轧钢板及其制造方法
本发明是关于耐候性和加工性优良的热轧钢板及其制造方法的发明。具体地说就是，不仅耐海洋性气候，而且可进行多种加工，可用于建筑物、海洋上的结构件、铁路的车辆和集装箱等、抗拉强度60kg/mm2的热轧钢板及其制造方法。
一般像集装箱或铁路的车厢等的产品，为了要满足轻量化和耐久性等特征，现在使用不锈钢或铝合金等制造。但是，因为不锈钢和铝合金的价格高，所以，存在产品成本增加的问题。
特别是要制作耐海洋性气候的产品，必须使用耐候性钢，现在耐候性钢板得到广泛的应用。可是现有技术实际应用的耐候性热轧钢板抗拉强度在50kg/mm2以下，所以会因产品的重量使产品的尺寸受到制约。例如通常使用的耐候性钢板为KS D3542(牌号SPA-H)和JISG3125(牌号SPA-H)，由于这些钢板抗拉强度小于50kg/mm2，不能达到强度足够的目的。
此外，为了制成产品要进行多种加工，例如要进行弯曲、焊接、延伸等，所以希望提供除了耐候性以外，要有优良的加工性能的高强度钢板，这是不容易的。
最近关于追求具有优良耐候性和高加工性的热轧钢板的研究取得一定进展，已有几个这方面的专利申请。详细情况如下。
首先日本特开平7-207408号(以下称“第1专利文献”)中公开了含有重量百分比C：≤0.008％、Si：0.5～2.5％、Mn：0.1～3.5％、P：0.03％～0.20％、S：≤0.01％、Cu：0.05～2.0％、N：≤0.008％、Sol-Al：0.005～0.1％、Cr：0.05～6.1％、Ni：0.05～2.0％，Mo：0.05～3.0％、B：0.0003～0.002％的钢，在1100℃～1300℃加热，在800℃～950℃温度范围热轧的热轧钢板的制造方法。
另外日本特开平11-21622号(以下称“第2专利文献”)中公开了含有重量百分比C：≤0.15％、Si：≤0.7％、Mn：0.2～1.5％、P：0.03％～0.15％、S：≤0.02％、Cu：≤0.4％、Sol-Al：0.01～0.1％、Cr：≤0.1％、Ni：0.4～4.0％，Mo：0.1～1.5％的钢，在1050℃～1300℃加热，在950℃以上的温度范围进行压下率40％以上的热轧，在900℃～750℃温度范围精轧，然后空冷的热轧钢板的制造方法。
可是上述第1专利文献公开的热轧钢板的化学成分中，起主要作用的碳的含量为≤0.008％。因此这样的钢板碳含量相对比较低，可以提高钢板的加工性能，但其相反的一面是钢板的强度低，抗拉强度大体为50kg/mm2。上述第1专利文献的热轧钢板制造方法是在超低碳钢中添加大量的Cr、Mo、Ni、Cu等制造的，所以必须要使用特殊的冶炼工艺，会相对增加热轧钢板的生产费用，存在有经济上不合理的问题。
第2专利文献公开的热轧钢板其化学成分中起主要作用的磷含量为0.03％～0.15％，添加大量的磷具有提高在海洋气候中耐腐蚀的作用，但由于中心偏析和显微偏析等原因，存在钢板的加工性急剧降低的问题。这样的热轧钢板抗拉强度小于等于50kg/mm2。
本发明是为解决上述问题提出的，目的是提供一种适用于要求耐候性和加工性的建筑物、海洋上的结构件、铁路车辆和集装箱等的抗拉强度为60kg/mm2的、具有优良耐候性和加工性的热轧钢板，以及它的制造方法。
本发明的另外一个目的是提供一种为提高耐候性添加Cr、Ni、Cu中至少之一，而且为提高加工性严格限制P的含量等，以最合适的合金成分和制造条件生产不仅强度高、加工性优良，而且耐候性好的抗拉强度达60kg/mm2的热轧钢板，以及它的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的一个实施例提供一种耐候性和加工性优良的、抗拉强度为60kg/mm2的热轧钢板，其特征为：热轧钢板中含有重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
按照本发明的优选实施例，抗拉强度60kg/mm2的、耐候性和加工性优良的热轧钢板其特征为：还含有0.015～0.040％的Ti，和/或0.0005～0.005％的Ca。
本发明的另外的实施例提供一种热轧钢板的制造方法，该热轧钢板中含有重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，且耐候性和加工性优良，抗拉强度为60kg/mm2，该制造方法的特征为：是由把上述钢制成板坯后，把上述板坯在加热炉中在1120℃～1250℃加热的加热阶段、把加热了的板坯在820℃～900℃温度范围热轧的轧制阶段、把热轧的钢板在540℃～620℃温度范围卷取的卷取阶段等组成。
下面结合附图说明本发明的优选实施例。附图中：
图1和图2：为表示本发明热轧钢板和现有技术使用的钢板的机械性能变化的曲线。
图3：表示本发明钢、对比钢及现有技术钢的平均抗拉强度曲线。
图4：表示本发明钢、对比钢及现有技术钢的平均屈服强度曲线。
首先，本发明的一个实施例的热轧钢板含有重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和不可避免的杂质，这样限定各个成分的原因如下。
C：碳(C)为要获得热轧钢板强度的最基本的、必要的元素，随添加量的增加，抗拉强度和屈服强度增加。可是碳加入过多会使材料的加工性能降低。因此碳的加入量上限限定为0.10％。而碳加入量不足0.05％的话，由于碳全部固溶到铁素体中，不能与一起加入的Nb、Ti等反应使其强化，不能产生析出强化的效果。因此碳的下限定为0.05％。
Si：硅(Si)一般是为炼钢时脱氧而加入的，同时具有固溶强化的效果。并且硅在高温下，在钢的表面与Fe形成Fe2SiO4的致密的氧化物，还具有提高耐蚀性的作用。因此为提高钢板的耐候性要加入0.3％以上的硅。另一方面随硅的加入量增加，硅使钢板的焊接性能降低，所以为了使对钢板的焊接性能影响尽可能小，硅的加入量上限限定在0.6％。
Mn：锰(Mn)加入钢中有固溶强化的效果。也就是说锰可以提高钢板的强度，而且由于能提高热加工性能，所以要加入1.2％以上。另一方面锰与钢中的硫(S)反应形成MnS，而MnS对钢板的延展性和加工程度不利。因此为防止上述问题，把锰的加入量上限限定为1.7％。
P：磷(P)具有提高钢的耐蚀性的作用，所以从耐蚀性的角度来看希望多加入，但钢在铸造时磷是引起中心偏析的最重要的元素，这是引起焊接性和韧性降低的原因。因此为提高钢的耐蚀性而加入磷的量限定在0.03％以下。
S：众所周知硫(S)也是能稍提高耐蚀性的元素，但如上所述，S会与钢中的锰结合，形成MnS的非金属夹杂物，会降低钢板的延展性和加工程度。也就是说非金属夹杂物MnS在晶界成网状析出，成为腐蚀源，在进一步弯曲加工时，钢板的断裂强度和延展性降低，所以硫的加入量限定在0.01％以下。
Al：铝(Al)是炼钢时脱氧所必须的元素，同时也具有提高钢板耐蚀性的作用。可是添加过多的铝会使钢中的夹杂物量增加，会降低钢板的加工性能，所以铝的加入量限定在0.01～0.07％。
Nb、Ti：在钢中少量添加这些元素，与碳和氮结合后在钢中析出，具有能有效提高强度的作用。因此这些元素的加入量限制在通常高强度低合金钢的添加范围。也就是铌(Nb)的加入量限定在0.04～0.08％，钛(Ti)的加入量限定在0.015～0.04％。
Cu：铜(Cu)在腐蚀性气氛中形成稳定的锈层，所以为提高钢板的耐蚀性而加入。也就是说，在一般的腐蚀性气氛下通常加入0.1％以上的铜，而在海洋性气候等的气氛条件下，为形成稳定的耐蚀层，要加入0.2％以上的铜。另一方面铜的加入量过多，热轧钢板的表面状态变的粗糙，所以铜的加入量上限限定在0.5％。
Cr：铬(Cr)与铜一样形成稳定的锈层，所以能有效提高在海洋气氛中的耐蚀性，其加入量限定在0.8～1.5％。
Ni：加入镍(Ni)能防止在含铜钢中，在铸造时产生铸造龟裂，一般加入量为铜含量的一半。因此本发明的热轧钢板镍含量限定为0.1～0.4％。
Ca：钙(Ca)在钢中会防止因形成像MnS一样的非金属夹杂物而恶化钢板的延展性和加工性而加入的。而且加入钙也有提高钢板耐蚀性的作用。因此要得到加钙的效果，在钢中至少要加入0.0005％以上。可是添加过多的钙会使钢中的氧化物系的非金属夹杂物量增加，使钢的冲击性能降低。为此钙加入量的上限限定在0.005％以下。
含有上述组成成分的热轧钢板由于具有下述要说明的抗拉强度60kg/mm2，并且腐蚀程度相对较低，不仅耐海洋气候而且加工性好，可以用于制作耐候性和加工性优良的产品。
下面说明本发明实施例的热轧钢板的制造方法。
首先把含有重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质的钢，用连续铸造工艺制成板坯。为了把上述板坯进行热轧，要把上述板坯在加热炉再加热到1120℃～1250℃，然后在终轧温度820℃～900℃左右进行热轧。然后使钢板在20℃/sec以上的冷却速度水冷后，在540℃～620℃温度卷取。
此时，上述板坯的再加热温度低于1120℃的话，铸造时形成的凝固组织破坏得不充分，中心偏析更发达，因此最终形成混晶，使钢板的加工性和冲击性能显著降低。因此板坯的再加热温度的下限定为1120℃。
另一方面上述板坯的再加热温度高于1250℃的话，促进因氧化形成铁鳞，板坯厚度减少的量相对增加。在加热时晶粒粗化，使钢板的冲击韧性降低，而且由于要增加加热成本，钢板的制造费用增加，为了防止上述问题，上述板坯的再加热温度的上限规定为1250℃。
终轧温度超过900℃的话，热轧后奥氏体晶粒变大，相变前晶粒直径大，会使相变后晶粒细化不充分。因此晶粒粗化造成钢板冲击韧性和强度降低，为了防止此问题，终轧温度的上限规定为900℃。
而终轧温度在820℃以下的话，要在奥氏体和铁素体相变的两相区完成轧制，会产生晶粒粗大和混晶的现象，带来冲击韧性和加工性能的降低，所以为了防止此问题，精轧温度的下限规定在820℃。
如果热轧钢板的冷却速度在20℃/sec以下的话，会促进铁素体晶粒的长大，形成相对粗大的晶粒，引起钢板的冲击韧性和强度的降低，为了防止上述问题，钢板的冷却速度定为20℃/sec以上。
如果卷取温度保持在540℃以下的话，铁素体组织会从多边形铁素体转变成针状铁素体。其结果形成含有大量贝氏体组织的显微组织，包括焊接性能和冲击性能的加工性能要受到损害。因此要避免这样低的卷取温度，规定卷取温度的下限为540℃。
另一方面热轧钢板在620℃以上温度卷取的话，由于晶粒的长大和析出物的粗化，钢板的强度降低，为了防止此问题，卷取温度的上限规定为620℃。
按照本发明的优选实施例，为了防止上述钢中形成MnS夹杂物，造成钢板强度的降低，制造上述成分的钢时要添加钙(Ca)。也就是利用添加钙把对裂纹敏感的MnS夹杂物置换成CaS系夹杂物。为了使钢板的强度增加，加入0.015～0.04％的钛(Ti)。
表1中给出按本发明实施例制造的钢和对比钢，以及现有技术钢的化学成分。
其中现有技术钢意思是用现有技术制造的耐候性优良的轧制钢材，一般称为SPA-H。而对比钢意思是为开发本发明钢而生产的试验用钢。
                           表1
    试样   C   Si   Mn     P     S     Al     Cu     Ni     Cr     Nb    Ti     Ca
  对比钢A  0.071  0.28  0.94  0.019  0.003  0.031  0.30  0.21  1.00  0.029   -    -
  对比钢B  0.072  0.33  1.00  0.020  0.003  0.036  0.36  0.20  1.02  0.039   -  0.0035
  对比钢C  0.071  0.30  1.00  0.018  0.003  0.030  0.31  0.20  1.00  0.040  0.019    -
  本发明钢  0.076  0.42  1.37  0.018  0.001  0.035  0.26  0.16  1.00  0.050  0.037  0.0015
现有技术钢A 0.071 0.45 0.41 0.10 0.010 0.020 0.30 0.15 0.45 - - -
现有技术钢B 0.072 0.44 0.49 0.15 0.015 0.025 0.31 0.16 0.49 - - -
现有技术钢C 0.072 0.48 0.56 0.25 0.017 0.029 0.35 0.19 0.56 - - -
如上述表1所示，现有技术钢A、B、C中，为了提高中低碳钢系的耐蚀性，加入了相对较多的P、Cr、Cu。
可是在本发明钢和对比钢A、B、C中，为了提高加工性能添加的P含量相对较少，相反为提高耐蚀性添加了较多Cr。另外在本发明钢和对比钢B中加了Ca。
为了提高钢板的强度，在本发明钢和对比钢C中加入了Nb、Ti。
含上述表1所示成分的钢利用连续铸造工艺制成板坯。然后，在加热炉中在1120℃～1250℃温度范围对板坯进行3小时的再加热。然后热轧成厚度4.5～6.0mm的热轧钢板。此时终轧温度设定在820℃～900℃。上述热轧钢板卷取时保持在560℃～620℃。
用这样方法生产的钢板抗拉强度和加工性能等示于下面的表2。
                             表2
    试样 屈服强度(kg/mm2) 抗拉强度(kg/mm2) 延伸率(％) 冲击韧性(-40％)(J) 弯曲性能
  对比钢A   56.2   68.5   24.1   90.0   良好
  对比钢B   54.6   65.9   26.5   91.2   良好
  对比钢C   55.4   67.3   23.0   94.0   良好
  本发明钢   67.4   74.5   24.5   75.4   良好
现有技术钢A   41.9   54.1   33.0   56.0   良好
现有技术钢B   40.8   52.3   34.0   58.0   良好
现有技术钢C   42.6   53.9   32.0   59.1   良好
如上述表2所示，本发明钢和对比钢A、B、C的抗拉强度与现有技术钢A、B、C相比，得到相对比较大的值，也就是在60kg/mm2以上。本发明钢和对比钢A、B、C与现有技术钢A、B、C相比，屈服强度和冲击韧性也相对较好。
另一方面下述表3中表示对上述表1中的钢耐蚀性的评价。其中现有技术钢采用集装箱用钢SPA-H和一般碳素钢SS400进行试验。
                             表3
试样 备注     腐蚀程度(腐蚀深度；μm) 耐候性
101390M 对比钢A     9.8     优良
101510M 对比钢B     8.1     优良
101520M 对比钢C     7.6     优良
101700M 本发明钢     7.2     优良
101720M 本发明钢     7.3     优良
SPA-H 现有技术钢     9.2     优良
SS400 现有技术钢     14.8     不良
试样用涂料覆盖，只露出一面，露出的面积为105cm2。试验进行大约30天。试验后在70～80℃左右的17％(NH4)2HC6H5O7溶液中，把表面形成的铁锈除掉，然后测量重量的减少，换算成腐蚀的深度。
本发明钢和对比钢A、B、C的腐蚀深度与现有技术钢SPA-H大体相同或要好一些，但腐蚀深度是一般的钢SS400的约一半。
特别是，在本发明钢和对比钢A、B、C的情况下，对提高耐候性有很大影响的P含量，考虑到钢板的脆性和焊接性能，保持在现有技术钢SPA-H的0.10或更低的水平。相反，为了提高耐蚀性，把Cr含量增加到现有技术钢SPA-H的2倍左右。其结果是，即使在盐分充足的海洋性气候下，耐候性也没有多大差别。
附图中图1和图2为表示本发明热轧钢板和现有技术热轧钢板机械性能变化的曲线，图3和图4表示本发明钢、对比钢、现有技术钢的平均抗拉强度和平均屈服强度的曲线。
参照图1和图2，本发明钢几乎都满足抗拉强度60kg/mm2以上的目标值。参照图3和图4，本发明钢的抗拉强度和屈服强度不仅高于对比钢，而且高于现有技术钢。
如前所述，采用本发明，可提供适用于建筑物、海洋上用的结构件、铁路的车辆、集装箱等有耐蚀性要求的、而且要减轻产品重量、抗拉强度在60kg/mm2的热轧钢板，与现有技术的热轧钢板相比，可以制造具有优良的耐蚀性和多种的加工性能的产品，同时具有产品轻量化和延长寿命的效果。
尽管上述内容只是以本发明的优选实施例为例介绍的，但本领域的技术人员应认识到，在不脱离权利要求范围所记载的本发明的思想和宗旨的前提下，可对本发明进行修改和变更。

Claims (6)

1.耐候性、加工性优良的热轧钢板，其特征为包括：重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐候性、加工性优良的热轧钢板，其特征为：还含有重量百分比为0.015％至0.040％的Ti。
3.如权利要求1或2所述的耐候性、加工性优良的热轧钢板，其特征为：还含有重量百分比为0.0005％至0.005％的Ca。
4.耐候性、加工性优良的热轧钢板的制造方法，其中所述钢板含有重量百分比C：0.05～0.10％、Mn：1.20～1.70％、Si：0.30～0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Al：0.01～0.07％、Cu：0.20～0.50％、Cr：0.8～1.5％、Nb：0.04～0.08％、Ni：0.10～0.40％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，该制造方法包括步骤：把上述钢制成板坯，把上述板坯在加热炉中在1120℃～1250℃加热，把加热了的板坯在820℃～900℃温度范围热轧，然后把热轧钢板在540℃～620℃温度范围卷取。
5.如权利要求4所述的耐候性、加工性优良的热轧钢板的制造方法，其特征为：所述钢板还含有重量百分比为0.015％至0.040％的Ti。
6.如权利要求4或5所述的耐候性、加工性优良的热轧钢板的制造方法，其特征为：所述钢板还含有重量百分比为0.0005％至0.005％的Ca。
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