专利名称：：一种高强耐候钢及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种高强耐候钢及其制造方法，属于耐候钢
技术领域：
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背景技术：
：耐候钢作为一类量大面广的钢种，在铁路货车、集装箱、桥梁、通讯及电力塔架等领域发挥着重要作用。耐候钢技术发展的主要方向是l)高强化；2)高耐候性。在我国铁路货车运输"提高时速、减轻自重、增加载重"的大背景下，高强耐候钢率先批量应用于铁路货车上。目前，铁路货车用高强耐候钢的数量最多，年需求量约为30万吨，其成分体系为Cr-Ni-Cu系，屈服强度级别以450MPa为主，同时含少量500MPa和550MPa级。铁路货车用高强耐候钢在强度级别提高的同时，耐大气腐蚀性能与345MPa级别的09CuPCrNi系列钢相比并没有显著改善。因此，在实际使用过程中，仍存在两个方面的问题1)现有耐候性指标难以满足铁路货车设计使用寿命25-30年的技术要求，在厂修时，货车车体钢板截换率偏高，由此导致修理成本增加、厂修时间延长和货车周转作业率下降；2)受耐候性不高的影响，货车车体用钢板不能继续减薄。中国专利申请号200710045329.X公开了"一种高耐蚀高强度耐候钢及其制造方法"，其特点是采用超低碳、低锰、中铬的Cr-Ni-Cu系成分设计、利用Ti微合金化，可生产屈服强度大于700MPa，72h周期浸润腐蚀速率小于25%(与Q345B普碳钢比较)的高耐候性高强耐候钢。尽管该专利发明的高耐候钢具有较好的技术指标，但其Cr含量高达4.505.50%，合金成本较高且焊接性能不好。
发明内容本发明的目的是提供一种屈服强度级别为450MPa以上、72h周期浸润加速腐蚀试验的相对耐蚀率小于30%(与Q345B普碳钢比较)的经济型高耐候性高强耐候钢及其制造方法。本发明的技术解决方案是1)本发明提供的一种经济型的高耐候性高强耐候钢，包含以下化学成分(Wt%):C:0.00100.0040、Si:0.100.30、Mn:0.400.70、P《0.020、S《0.008、Cr:2.503.50、Ni:0.200.40、Cu:0.250.50、Re:0.010.03、Al:0.020.06、Ca:0.0010.004、N:0.0010.005、Ti:0.010.03，Nb:0.010.03，余量为Fe和不可避免的其他杂质元素。上述各化学成分的作用如下所述。C含量控制在O.00100.0040%，选用超低碳设计，减少显微组织中碳化物数量，保证了钢的组织均匀性，避免异相间产生的电偶腐蚀，提高钢的耐候性能。同时，超低碳的设计也能显著提高钢的焊接性能和低温韧性。Si含量控制在0.100.30%，Si以固溶强化的形式提高钢的强度，但含量过高可导致焊接性能下降，因此将其控制在0.30%以下。Mn含量控制在0.400.70%，Mn是重要的强韧化和奥氏体稳定化元素，可扩大奥氏体相区，促进贝氏体组织转变的形成。S在钢中形成硫化物夹杂，不仅降低耐大气腐蚀性能，也影响钢的低温韧性，因此，在钢种设计时将S含量控制在0.008%以下。P虽能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但P含量过高会降低钢的塑韧性和焊接性能，因而，在钢种设计时将P含量控制在0.020%以下。Al是钢中添加的主要脱氧元素，O.020.06X含量的A1有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能。Cr可显著提高钢的钝化能力，促进钢表面形成致密的钝化膜或保护性锈层，其在锈层内的富集能有效提高锈层对腐蚀性介质的选择性透过特性。将钢中Cr含量控制在2.503.50%，可明显提高耐候钢的耐大气腐蚀性能。Cu能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但过高的Cu会导致热脆，在轧制过程中形成裂纹或恶化钢的表面质量，因此其含量控制在0.250.50%。Ni能显著改善钢的低温韧性，将Ni/Cu比控制在1/31/1的合适范围，可有效阻止Cu的热脆。由于Ni为贵重金属元素，出于成本因素，将Ni的上限控制在0.40%，过高的Ni会增大氧化皮的粘附性，压入钢中会在表面形成热轧缺陷。Ti含量控制在0.010.03%，Ti是强氮化物形成元素，氮化钛能有效钉扎在奥氏体晶界，有助于抑制板坯再加热过程中的奥氏体晶粒长大，同时在再结晶控轧过程中抑制铁素体晶粒长大，提高钢的韧性。Nb是强碳氮化物形成元素，其碳氮化物的析出主要作用是钉扎位错，从而提高钢的强度和韧性。从控制微合金化成本，提高耐候钢强度两方面考虑，将Nb含量控制在0.010.03%。Ca含量控制在0.0010.004%，向钢中加入Ca，可使钢中形成有利于提高耐腐蚀性能的CaO-Al203和CaS-MnS的复合夹杂物，这些碱性夹杂遇水后会提高钢表面碱度，阻止大气中酸性物质对基体的进一步腐蚀。同时，Ca元素有利于锈层中形成稳定致密的保护性氧化物a-FeOOH。Re含量控制在0.010.03%，向钢中加入Re，一方面使硫化物夹杂球化，降低硫化物和基体间的电位差；另一方面可在钢板表层形成一层稀土保护膜，以提高耐候性能。但稀土加入量不能过多，容易形成大颗粒的稀土硫氧化物夹杂，影响钢的综合力学性能。因此，将其控制在O.03%以下。2)本发明提供的一种高耐候性高强耐候钢的制造方法，冶炼工序包括转炉或电炉冶炼、精炼、板坯连铸，板坯再加热、控制轧制、控制冷却、巻取和精整，其特征在于在钢水完全脱氧后，精炼结束前，向钢包中加入TiFe70钛铁0.160.50kg/t，并喂入Si-Ca线0.251.20kg/t;中间包浇铸温度15401555。C;在连铸结晶器内喂入Re含量大于97X的Ce和La混合稀土丝，加入量为0.100.50kg/t;板坯再加热温度为1180130(TC;采用两阶段控制轧制，中间坯与成品厚度比值大于3.0;粗轧出口温度890105(TC、精轧终轧温度80086(TC、轧后冷却速率10-15°C/s、巻取温度580-640°C。本发明的发明思路是1)采用超低碳的成分设计，碳含量控制在0.0010.004%，以减少碳化物析出；2)采用2.503.50%的Cr含量设计，以提高钢的表面钝化能力和锈层保护性；3)采用Ca加Re的夹杂物复合变质处理，以降低夹杂物与基体间电位差；4)采用0.010.03%Ti和0.010.03%Nb微合金化，以提高钢的强度和韧性；5)通过控轧控冷得到均匀的贝氏体组织。本发明一种高强耐候钢及其制造方法的有益效果1)采用Ca加Re的夹杂物复合变质处理，在满足高耐候性要求的前提下，可将Cr含量控制在2.503.50%，从而具有较好的经济性；2)本发明提供的钢种，其屈服强度达550MPa以上，与Q345B比较，其72h周期浸润腐蚀试验的相对腐蚀率小于30%，属于高耐候性高强耐候钢；可取代传统高强耐候钢，裸装或涂装用于铁路货车、集装箱、桥梁、通讯和电力塔架领域，以减轻构建自重，延长使用寿命。3)本发明提供的钢种，可热轧状态直接供货，有效縮短供货周期，降低制造成本。实施例按照本发明钢成分要求，本发明提供的一种高耐候性高强耐候钢的制造方法，冶炼工序包括转炉冶炼、精炼、板坯连铸，板坯再加热、控制轧制、控制冷却、巻取和精整。炼钢工序采用转炉顶底复合吹炼、炉外精炼和板坯连铸。通过铁水喷吹颗粒镁深脱硫、在炉外精炼工序，首先造有利于吸附夹杂的精炼渣；钢水完全脱氧后，精炼结束前，向钢包中加入钛铁，以获得较高的Ti元素收得率；随后向钢包中喂入Si-Ca线，对夹杂进行部分变质处理，并保持30min以上静置时间以利于夹杂物的充分上浮。Re含量大于97X的Ce和La混合稀土丝在连铸结晶器喂入，以进一步完成对夹杂物的球化变质处理，减轻夹杂物对腐蚀的危害。各例的TiFe70钛铁、Si-Ca线和稀土丝的喂入量见表l。得到成分如表2所示的无缺陷板坯。轧钢工序采用表3所示的热轧工艺参数，经过板坯再加热、控制轧制、控制冷却、巻取和精整，得到耐候性如表4、力学性能如表5所示的热轧高耐候性高强耐候钢的钢巻。耐大气腐蚀性能的评定依据铁道行业标准《TB/T2375-93铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》，以普通碳钢Q345B和高强耐候钢Q450NQR1为对比样，进行72h的周期浸润腐蚀试验。每个钢种选取3块平行试样，通过计算每块试样单位面积单位时间的腐蚀失重量，求其平均值得到平均腐蚀速率。耐候钢与Q345B的平均腐蚀速率比较，可得到其相对腐蚀速率。按本发明提供的成分设计范围、冶炼和轧制工艺控制技术，所得实施例钢的72h周期浸润腐蚀试验的相对腐蚀速率小于30%(与Q345B比较)，耐候性能明显好于传统高强耐候钢；屈服强度大于550MPa，延伸率大于24%，180o冷弯合格。该钢属于高耐候性高强耐候钢；可取代传统高强耐候钢，裸装或涂装用于铁路货车、集装箱、桥梁、通讯和电力塔架领域，以减轻构建自重，延长使用寿命。5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4耐大气腐蚀性能测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求一种高强耐候钢，其特征在于所述耐候钢包括以下化学成分(wt％)C0.001～0.004、Si0.10～0.30、Mn0.40～0.70、P≤0.020、S≤0.008、Cr2.50～3.50、Ni0.20～0.40、Cu0.25～0.50、Re0.01～0.03、Al0.02～0.06、Ca0.001～0.004、N0.001～0.005、Ti0.01～0.03、Nb0.01～0.03，余量为Fe和不可避免的其他杂质元素。2.—种高强耐候钢的制造方法，冶炼工序包括转炉或电炉冶炼、精炼、板坯连铸，板坯再加热、控制轧制、控制冷却、巻取和精整，其特征在于在钢水完全脱氧后，精炼结束前，向钢包中加入TiFe700.160.50kg/t，并喂入Si-Ca线0.251.20kg/t;中间包浇铸温度15401555°C;在连铸结晶器内喂入Re含量大于97X的Ce和La混合稀土丝，加入量为0.100.50kg/t;板坯再加热温度为1180130(TC;采用两阶段控制轧制，中间坯与成品厚度比值大于3.0;粗轧出口温度890105(TC、精轧终轧温度80086(TC、轧后冷却速率10-15°C/s、巻取温度580-640°C。全文摘要本发明一种高强耐候钢及其制造方法，耐候钢包括以下化学成分(wt％)C0.001～0.004、Si0.10～0.30、Mn0.40～0.70、P≤0.020、S≤0.008、Cr2.50～3.50、Ni0.20～0.40、Cu0.25～0.50、Re0.01～0.03、Al0.02～0.06、Ca0.001～0.004、N0.001～0.005、Ti0.01～0.03、Nb0.01～0.03，余量为Fe和不可避免的其他杂质元素。在钢水完全脱氧后，精炼结束前，向钢包中加入钛铁并喂入Ca线；在连铸结晶器内喂入Re丝；板坯再加热温度为1180～1300℃；采用两阶段控制轧制，中间坯与成品厚度比值大于3.0；粗轧出口温度890～1050℃、精轧终轧温度800～860℃、轧后冷却速率10-15℃/s、卷取温度580-640℃。本发明的优点是耐候钢72h周期浸润的相对腐蚀速率小于30％(与Q345B比较)，耐候性能明显好于传统高强耐候钢，屈服强度大于550MPa，延伸率大于24％，可应用于铁路货车、集装箱、桥梁、通讯和电力塔架等领域。文档编号C22C38/50GK101792888SQ201010125410公开日2010年8月4日申请日期2010年3月17日优先权日2010年3月17日发明者刘锟,周德光,张鹏程,王魁周,赵林,郭佳申请人:首钢总公司;河北省首钢迁安钢铁有限责任公司