CN101235468A - 一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢 - Google Patents

Abstract

针对现有耐大气腐蚀钢屈服强度较低，生产成本过高的缺点，本发明提供了一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢，由下述重量百分比的成分组成：C 0.06～0.12％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.30～0.80％，P 0.07～0.12％，S≤0.020％，Cu 0.25～0.55％，Cr 0.30～0.80％，Ni 0.30～0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明钢的力学能力优良，耐大气腐蚀性能较强，生产成本低，利于推广应用。

Description

一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢

技术领域

本发明涉及一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢，属于低合金钢制造领域。

背景技术

耐大气腐蚀钢属于低碳低合金钢，广泛应用于铁路车辆、输电铁塔、桥梁及长期户外使用的工程构件制造。美国1913年开始研制耐大气腐蚀用钢，研制出了以Cu-P-Cr-Ni系为主的CorTen-A钢和以低P、高锰合金为主的CorTen-B钢；欧洲和日本在美国CorTen系钢的基础上进行了研制，开发出了一系列相应的耐大气腐蚀用钢，并得到了广泛的应用，但与CorTen系钢一样，其屈服强度均为345MPa级，强度级别较低。我国从20世纪60年代开始研制耐大气腐蚀钢，80年代着力于耐大气腐蚀钢的攻关并投入批量生产，进入90年代，已开发出一批钢种，主要以Cu-P、Cu-P-Cr-Ni系等为基础，其屈服强度以295MPa和345MPa级为主，强度级别均较低。本世纪初我国铁路车辆制造、输电铁塔、桥梁及长期户外使用的工程构件等的发展对耐候钢提出了高强度的要求。特别是为满足我国铁路运输高速、重载的发展要求，需要提高耐大气腐蚀钢的强度，使钢板的厚度减薄，减轻车体重量，提高运载量；同时，钢板厚度减薄使钢材具有较高的耐大气腐蚀性能成为一个关键的指标，以满足提高运载量的同时确保车辆在恶劣大气环境影响下的安全使用寿命要求。目前，高强度热轧钢带主要通过添加微合金元素Nb、Ti、V等中的一种或几种合金元素，再配合适当的TMCP工艺而生产，导致生产成本过高。

发明内容

本发明针对现有耐大气腐蚀钢屈服强度较低，生产成本过高的缺点，本发明提供了一种屈服强度大于400MPa级耐大气腐蚀钢，该发明的力学能力优良，耐大气腐蚀性能较强，生产成本低。

一种屈服强度大于400MPa级耐大气腐蚀钢，钢的化学成分按重量百分比：C 0.06～0.12％，Si 0.25～0.60％，Mn 0.30～0.80％，P 0.07～0.12％，S≤0.020％，Cu 0.25～0.55％，Cr 0.20～1.00％，Ni 0.20～0.60％，余量为平衡铁及不可避免的杂质。

本发明的主要合金元素含量基于以下原理：

C是提高钢强度最经济有效的合金元素，但C含量过高会显著恶化钢的焊接性能，并且会促进珠光体转变，降低钢的耐大气腐蚀性能，本发明钢中的C含量设计为0.06～0.12％。

钢中添加适量的Mn，不仅可以通过Mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温度，细化晶粒，提高钢的综合性能，本发明钢中的Mn含量设计为0.30～0.80％。

合金元素Si既可通过固溶强化提高钢的强度，也可提高钢的耐大气腐蚀性能，本发明钢中的Si含量设计为0.25～0.55％。

Cu是提高钢耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，Cu、P复合添加能大幅提高钢的耐大气腐蚀性能。但Cu、P助长焊接裂纹，当焊接金属凝固时，P促进低熔点夹杂物的生成，既易产生高温裂纹，又增加低温裂纹敏感性，使焊缝的延展性和韧性变坏。P对钢的有害作用与钢中含C量有关，降低含C量而使钢中C和P的总含量不超过0.25％时，则可防止冷脆倾向。本发明钢中的P含量设计为0.07～0.12％；钢中的Cu含量达到0.25％时，能有效的提高钢的耐大气腐蚀性能，同时，Cu通过固溶强化能提高钢的强度，含Cu量不高于0.55％时对焊接性危害不大，本发明钢中的Cu含量设计为0.25～0.55％。

Cr、Ni都是提高钢耐大气腐蚀性能的合金元素。钢中同时加入的Cu、P、Cr、Ni等元素富集于靠近基体的金属锈层中，形成致密、粘附性强、接近于非晶态的稳定锈层，此种锈层能够阻碍腐蚀性介质向基体渗透，使钢的耐大气腐蚀性能提高。Ni能显著改善钢的低温韧性，有效阻止Cu的热脆引起的网裂。本发明钢中的Ni含量设计为0.30～0.60％；Cr含量设计为0.30～0.80％。

S是钢中的有害元素，生成的硫化物夹杂不仅严重影响钢的力学性能，而且对钢的耐腐蚀性能产生严重的恶化作用，因此应尽是降低钢中的S含量，使其含量在0.020％以下，这与传统耐候钢的重大不同之处。

本发明具有以下优点：

1)本发明钢的力学性能优良，其中屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500MPa，延伸率≥30％，并且有优良的焊接性能、冷弯成型性能及低温冲击韧性；

2)本发明钢的耐大气腐蚀性能较强；

3)本发明钢中不添加微合金元素Nb、Ti、V，降低了生产成本；

4)本发明钢的生产工艺容易控制，易于工业生产，因此利于推广应用。

具体实施方式

本发明是一种屈服强度大于400MPa级耐大气腐蚀钢，该钢采用常规的生产工艺，具体工艺流程为：

首先对钢坯进行加热，充分奥氏体化，使微合金元素充分固溶。加热温度为1180～1260℃。

接着分两个阶段进行扎制，由于微合金元素Nb明显抑制奥氏体再结晶，提高奥氏体再结晶温度，所以控制I阶段轧制开轧温度控制在1160～1250℃，终轧1040～1180℃，累计压下率≥55％，细化奥氏体晶粒；II阶段轧制为未再结晶区控制轧制，开轧温度≤980℃，终轧温度720～860℃，后三道次累计压下率≥45％。通过热连轧细化组织，产生大量位错，形变带及胞状亚结构，增加析出相的形核位置，促进析出相析出。

扎制结束后进行层流冷却，其卷取温度为545～665℃。

实施例1

根据上述生产工艺，生产出钢1，其中钢1的化学成分见表1中的1，钢1的力学性能见表2中的1，钢1的耐大气腐蚀结果见表3中的1。

实施例2

根据上述生产工艺，生产出钢2，其中钢2的化学成分见表1中的2，钢2的力学性能见表2中的2，钢2的耐大气腐蚀结果见表3中的2。

实施例3

根据上述生产工艺，生产出钢3，其中钢3的化学成分见表1中的3，钢3的力学性能见表2中的3，钢3的耐大气腐蚀结果见表3中的3。

为了能更好的反映出本发明钢耐大气腐蚀性的优点，本实施方式中提供了1组比较钢的耐大气腐蚀性结果，见表3中的比较1。

表1本发明实施例钢的化学成分(Wt％)

表2本发明实施例钢的力学性能

表3本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果

钢种	第一周期(720h)		第二周期(1440h)
					钢编号	腐蚀率(mm/a)	编号	腐蚀率(mm/a)
	09CuPCrNi	比较1	1.62	比较1					1.64
实施例钢					1	1.54	1	1.56
	2	1.52	2	1.55
					3	1.48	3	1.52

表1为本发明实施例钢的化学成分。表2为本发明实施例钢的力学性能，由表2可以看出本发明实施例钢的屈服强度均大于400MPa，抗拉强度均大于500MPa，延伸率均大于等于30％，冷弯性能均合格，-40℃夏比冲击吸收功均大于100J，表明其焊接性能优良。从表2能整体表现出实施例钢的力学能力优良。表3为本发明实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果，其中比较钢为09CuPCrNi，为正确的测出实施例钢与比较钢的耐大气腐蚀结果，本实验分两个周期对实施例钢与比较钢进行了耐大气腐蚀率的测量，表3能整体表现出实施例钢的腐蚀率优于比较钢09CuPCrNi。

上述是对于本发明最佳实施例工艺步骤的详细描述，本发明技术领域的研究人员可以根据上述的步骤作形式和内容方面非实质性的改变而不偏离本发明所实质保护的范围，因此，本发明不局限于上述具体的实施实例。

Claims (3)

1.一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢，其特征在于由下述重量百分比的成分组成：C 0.06～0.12％，Si 0.25～0.55％，Mn 0.30～0.80％，P 0.07～0.12％，S≤0.020％，Cu 0.25～0.55％，Cr 0.30～0.80％，Ni 0.30～0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢，其特征在于一种或多种成分按下述重量百分比组成：C 0.06～0.10％，Si 0.30～0.45％，Mn 0.35～0.45％，P 0.07～0.10％，S≤0.020％，Cu 0.25～0.45％，Cr 0.40～0.70％，Ni 0.30～0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于400MPa级的耐大气腐蚀钢，其特征在于一种或多种成分按下述重量百分比组成：C 0.07～0.09％，Si 0.35～0.51％，Mn 0.55～0.72％，P 0.089～0.092％，S≤0.020％，Cu 0.30～0.42％，Cr 0.42～0.68％，Ni 0.31～0.55％，余量为Fe及不可避免的杂质。