CN102127710A

CN102127710A - 一种无铬耐候钢

Info

Publication number: CN102127710A
Application number: CN 201110086804
Authority: CN
Inventors: 张思勋; 董杰; 王慧玉; 尹德全; 李广艳
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: CN102127710B

Abstract

本发明属于冶金制造领域，涉及一种低成本耐候钢种的成分及其制造方法。钢的化学成分按质量％为：C 0.06～0.16，Si 0.10～0.55，Mn 0.80～1.70，P 0.020～0.065，S≤0.015，Cu 0.15～0.25，Ni≤0.30，Nb≤0.075，B 0.002～0.005。其余为铁和不可避免的杂质。本钢种的发明主要元素为C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Nb、B等合金元素，余量为Fe。本钢种经过冶炼、轧制、冷却后成材，不需要后续的热处理工艺，并使钢获得良好的耐候和力学性能。本产品为非调制钢，主要用于建筑、桥梁等结构用钢。

Description

一种无铬耐候钢

技术领域

本发明属于冶金工程领域，涉及一种耐海岸大气或工业大气的钢种及其制造方法。产品主要是H型钢或板带产品。

背景技术

随着钢产量的稳步增长和全球应用技术研究的深入，国家对创建能源节约型社会越来越重视，随着工业的迅速发展，大气污染日益严重，人们越来越关注含硫化合物、含氮化合物和卤素化合物等主要污染物所引起的钢腐蚀问题，特别是沿海地区飞散盐粒子等对建筑物钢结构所造成的严重腐蚀。对钢的耐蚀性提出了新的要求，并且希望成本不能有大的变化。国家新一期的钢铁研究也对结构钢提出了低成本、高性能、长寿命的要求，一些学者根据“当磷含量达到0.035％，铜含量达到0.07％时，可以显著地提高普通低碳钢的耐候性”的研究结果提出了经济耐候钢的概念。从耐候钢的发展趋势看，合金元素的添加更加趋于微量化，而耐候钢性能则越来越好。

CN200810026086.X公开了一种600MPa级高强耐候钢及其制备方法，该600MPa级高强耐候钢采用电炉-薄板坯连铸连轧流程制备，制备该高强耐候钢的精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.045～0.07wt％、Si：0.10～0.29wt％、Mn：0.8～1.5wt％、P：0.005～0.030wt％、S：0.002～0.008wt％、Cu：0.20～0.5wt％、Cr：0.3～0.7wt％、Ni：0.15～0.35wt％、Ti：0.06～0.079wt％、Nb：0.035～0.050wt％、Alt：0.025～0.050wt％。所述600MPa级高强耐候钢具有成本低、竞争力强、冷成形性能及焊接性能优良等优点，适用于制造铁路车辆、集装箱、桥梁、重载汽车、塔架等。但此类耐候钢需要添加多种合金，生产成本较高，不易被广泛应用。

CN200510045624.6发明涉及低合金钢领域，特别是经济型耐大气腐蚀的低合金碳素结构钢，主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为：C：0.12～0.21、Si：0.2～2.0、Mn：0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu：0.10～0.40、Al＜0.2，其余为Fe和微量杂质。通过Cu、Mn、Si、Al等合金化，并简单调整普通低碳钢(Q235钢)的部分元素含量，在不需改变Q235钢生产工艺条件下，就能生产出具有良好的耐大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢。但此类耐候钢中铜、铝元素的过高添加对炼钢和轧钢生产工序造成诸多不变，产业化过程中的难点问题较多，且不易于解决。

CN200810046963.X针对C含量过高的缺点，本发明提供了一种屈服强度大于450MPa级超低碳热轧耐候钢，该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为：C 0.01～0.05％，Si 0.10～0.40％，Mn 1.50～1.90％，P≤0.02％，S≤0.010％，Cu 0.15～0.55％，Cr 0.20～0.80％，Ni 0.10～0.50％，Mo 0.05～0.50、Nb 0.01～0.05、Ca 0.0010～0.0020，余量为Fe及不可避免的杂质。该发明钢种的强度级别高于传统耐候钢，由于采用超低碳设计，其冲击韧性、焊接性和耐大气腐蚀性能优良。但此类耐候钢设计时多种合金元素的添加和超低碳要求增加了炼钢工序成本。

中国专利申请200610125365.2公开了一种高强度耐候钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。它在成分设计上采用极低碳、CU-CR-NI-MO-NB的加入及TI-AL-ZR中的两种或两种以上复合添加，将碳含量控制在接近或小于常温下碳在A-FE中的最大溶解度0.0218％，以减少或抑制渗碳体的析出，保证主控组织为均匀的贝氏体组织，以得到优良的耐候性能。

综上，目前的耐候钢主要是通过添加耐腐蚀的铜、磷、铬、镍、钼等合金元素而设计的，为提高耐蚀性能和减少因铜元素在钢材表面产生龟裂缺陷，必须添加贵重的铬、镍元素，而铬元素在+6价状态下对人体产生巨大毒性，在增加生产成本的同时也不利于耐候钢的应用推广。

发明内容

针对现有耐候钢钢种设计开发中的不足，本发明的目的之一是提供一种低成本高强度的耐候钢钢种设计。本发明的钢种设计在不添加贵重金属Cr元素的前提下，通过合理的元素成分控制，利用合金添加元素的协同作用保证钢的耐候性能，为使耐候钢在保证耐候性、高强度，并具有优良韧性的前提下，将合金成本控制在较低水平，并适合于工业化生产，且在炼钢和轧钢工序的生产过程控制简单易行。轧后钢材并无龟裂产生。本发明钢种的耐候钢产品可以应用于耐工业大气和海岸大气环境下对钢材耐候性能的使用要求。

本发明的另一目的是提供所述的无铬耐候钢产品的制备方法。

本发明提供一种低成本耐候钢，其特征在于钢的化学成分按质量％为：

C 0.06～0.16，Si 0.10～0.55，Mn 0.80～1.70，P 0.020～0.065，S≤0.015，Cu 0.15～0.25，Ni≤0.30，Nb≤0.075，B 0.002～0.005。其余为铁和不可避免的杂质。

优选的，本钢种在轧制成材后，其性能达到下表所示的要求：

本钢种的发明就是在不含Cr元素的前提下，通过合金元素的合理控制，使钢具有良好的力学性能、耐工业大气或海岸大气的腐蚀性能。钢产品以热轧状态交货，其产品形态可以是H型钢或4～40mm的板带产品。

本发明还提供所述的无铬耐候钢H型钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF(或RH)精炼、异形坯(或矩形坯)连铸、BD初轧、精轧、冷床空冷、矫直、切割成材H型钢，具体包括下列步骤：

1)铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用LF(或RH)精炼，使钢的化学成分按质量％为：

C 0.06～0.16，Si 0.10～0.55，Mn 0.80～1.70，P 0.020～0.065，S≤0.015，Cu 0.15～0.25，Ni≤0.30，Nb≤0.075，B 0.002～0.005；其余为铁和不可避免的杂质；

2)精炼完毕后进入异型坯(或矩形坯)连铸工序，生产出近终型连铸坯料(或矩形坯坯料)；

3)坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉，加热到1180～1280℃出炉，进行高压水除鳞；

4)除完鳞的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，粗轧后温度不低于1090℃，终轧温度的控制对翼缘位置在830-870℃；轧制产品尺寸按照国标GB/T11263-2005执行；

5)轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却；

6)轧件上冷床进行空冷；

7)当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。

8)将轧件切割成材H型钢、收集。

优选的，步骤2)所述的近终型连铸坯料为H型近终型连铸坯料。

优选的，步骤5)所述的强制冷却是指采取一定的措施，使钢材快速冷却的方法。

强制冷却方式有多种：如(1)强制空冷，采用人工通风，增强空气的对流以加速冷却轧件；(2)用循环水冷却；(3)喷水冷却，在钢材上喷水冷却。本发明所述的强制冷却可以是任意一种现有技术的强制冷却方法。

优选的，步骤3)中加热到1180～1240℃出炉。

优选的，步骤4)中终轧温度翼缘位置控制在830-850℃为佳。

优选的，步骤4)中终轧温度翼缘位置控制在830-850℃，步骤5)中对轧后的H型钢进行缓冷。

本发明还提供所述的无铬耐候钢板带钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF(或RH)精炼、板坯、轧制、冷却、卷曲成板材，具体包括下列步骤：

2)钢水出站前，喂入500m～700m Si-Ca线进行钙化处理。钢水的液相线温度为1500～1550℃，精炼时间20～60分钟，软吹时间6～20分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；

3)连铸，全程保护浇注，保护渣采用集装箱板保护渣；开浇时加入开浇渣，开浇拉速0.3～0.6m/min，正常浇铸拉速0.8～1.2m/min。

4)钢坯送入加热炉，还原性或中性氛围加热，钢坯加热到1180～1280℃出炉，进行高压水除鳞；

5)进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在830-900℃之间，

6)冷却并卷曲成板材，卷曲温度控制在675±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。

优选的，步骤4)中加热到1180～1240℃出炉。

优选的，步骤5)中终轧温度翼缘位置控制以830-860℃为佳。

本发明还提供所述的无铬耐候钢的应用，用于建筑、桥梁结构。

本发明的有益效果是：

1.本发明耐候钢的冶炼、轧制工艺简单易行。本发明耐候钢合金添加量少，主要是Mn、Cu、Ni、Nb、B的微量化添加。生产过程不需要对冶炼、轧制工序提出过高要求。与目前的Q345级别低合金高强钢生产要求近似，并可以与Q345级别产品进行混浇，生产过程成本完全满足不同生产厂家的工艺设备要求。

2.本发明耐候钢性能优异。本发明产品的力学性能不低于Q345B产品，对海岸大气或工业大气的耐蚀性能与Cotton-A钢相当。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1

无铬耐候钢，其特征在于钢的化学成分按质量％如下：

本发明钢种以热轧状态交货。其工艺流程分别为：

H型钢生产流程：

铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼，采用LF精炼，使钢种成分达到本发明钢种的成分要求；精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉。加热到1220℃出炉，进行高压水除鳞，除鳞后的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，BD轧机轧制末道次后温度控制在1030～1080℃之间，然后由输送辊道送至TM机组，轧制道次按照产品规格的差异，一般在5～7道次。终轧温度的控制一般为腹板不低于720℃，翼缘850±10℃。轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却至680℃左右空冷，轧制产品尺寸按照国标GB/T11263-2005执行。轧制完毕轧件上冷床进行空冷。当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。最后，将轧件按照客户要求进行切定尺、收集。

板带生产流程：

铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用RH精炼，使钢种成分达到本发明钢种的成分要求；精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉。加热到1220℃出炉，进行高压水除鳞，除鳞后的坯料通过辊道送至进行高压水除鳞，进入粗轧，粗扎末道次后温度控制在1040±10℃之间、精轧，轧件的精轧出口温度在860±10℃℃之间，卷曲温度控制在685±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。

本钢种在轧制成材后，其性能测试结果如下：

实施例2

无铬耐候钢，其特征在于钢的化学成分按质量％如下：

表2本发明钢种以热轧状态交货。其工艺流程分别为：

H型钢生产流程：

板带生产流程：

本钢种在轧制成材后，其性能测试结果如下：

实施例3

无铬耐候钢的耐工业大气腐蚀性能。

1)增重实验。本发明产品钢的腐蚀试验为干湿交替加速腐蚀试验，试验为30个加速腐蚀周期，每周期的腐蚀时间为24h，腐蚀环境：0.52％NaHSO₃溶液，PH值为4.0，湿度60RH，30℃恒温。通过腐蚀增重检测钢的耐候性。试验数据如下表所示：

	增重值ΔW，g/cm²
		Corten-A	0.00839

实施例1	0.00786
		实施例2	0.00823

2)电化学腐蚀电位测定。

电化学测试采用三电极体系：工作电极分别是面积为10×10mm²的裸板电极和经30个干湿交替周期腐蚀后制备的带锈电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，辅助电极是面积为9cm²的铂片，工作电极与参比电极之间采用盐桥相连。工作温度为室温(25℃)，所有的电位值均是相对于饱和甘汞电极的电位(SCE)。极化曲线(Potentiodynamic)采用Solartron1287动电位扫描，扫描电位范围为±0.2V vs.Ecorr(相对于自腐蚀电位)，扫描速度为0.1667mV/s。实验在室温下进行。电化学测定后的腐蚀电位如下：

	自腐蚀电位E vs.SCE，mV
		Corten-A	-596
实施例1	-579
		实施例2	-588

Claims

1.一种低成本耐候钢，其特征在于钢的化学成分按质量％为：

2.如权利要求1所述的低成本耐候钢，其特征在于，本钢种在轧制成材后，其性能达到下表所示的要求：

3.如权利要求1或2所述的低成本耐候钢，其特征在于，产品形态是H型钢或4～40mm的板带产品。

4.如权利要求3所述的所述的无铬耐候钢H型钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF(或RH)精炼、异形坯(或矩形坯)连铸、BD初轧、精轧、冷床空冷、矫直、切割成材H型钢，具体包括下列步骤：

5)轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却；

6)轧件上冷床进行空冷；

7)当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。

8)将轧件切割成材H型钢、收集。

5.如权利要求4所述的所述的无铬耐候钢H型钢的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的近终型连铸坯料为H型近终型连铸坯料。

6.如权利要求4所述的所述的无铬耐候钢H型钢的制备方法，其特征在于，步骤3)中加热到1180～1240℃出炉。

7.如权利要求4～7任一项所述的所述的无铬耐候钢H型钢的制备方法，其特征在于，步骤4)中终轧温度翼缘位置控制在830-850℃。

8.如权利要求3所述的无铬耐候钢板带钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF(或RH)精炼、板坯、轧制、冷却、卷曲成板材，具体包括下列步骤：

5)进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在830-900℃之间，

9.如权利要求8所述的无铬耐候钢板带钢的制备方法，其特征在于，步骤4)中加热到1180～1240℃出炉；步骤5)中终轧温度翼缘位置控制以830-860℃为佳。

10.如权利要求3所述的无铬耐候钢的应用，用于建筑、桥梁结构。