CN107267875A - 一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法 - Google Patents
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其组分及wt%为：C：0.13~0.16%，Si：0.50~0.60%，Mn：1.10~1.20%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Cu：0.20~0.30%，Cr：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.040%，Ti：0.072~0.108%，V：0.010~0.020%，N：≤0.007%。生产步骤：冶炼、连铸成坯并加热；粗轧；精轧；常规层流冷却至卷取温度；卷取；钢卷冷却至室温后酸洗；冷轧；罩式炉退火；冷却；平整。本发明通过利用Nb、Ti复合微合金化，并结合热轧+冷轧、退火工艺，使屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A ≥10%，冷弯性能及耐腐蚀性能优良，且性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种集装箱钢及生产方法，具体属于一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢及生产方法，适用于传统的两段式热轧生产线；产品厚度在1.0~2.5mm。
背景技术
在我国铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的背景下，高强化、轻量化是铁路集装箱用耐候钢的发展方向。目前，铁路集装箱用耐候钢主要使用的钢板为屈服强度345MPa级耐候钢，其单重较重，用钢量和运输成本较高。通过提高集装箱用钢强度，减薄集装箱用钢厚度，是实现集装箱轻量化的有效途径。有研究表明，如采用屈服强度大于700MPa级高强耐候钢作为铁路集装箱的使用材料，可使集装箱的角柱、底横梁减重30%，其它部件如顶板、鹅颈槽梁、四波板等能不同程度减重13%以上。
经检索：
中国专利公开号为CN1609257A的文献，其公开了一种“针状组织高强度耐候钢及其生产方法”。该文献的特点是采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-Al-Zr-RE或Ca中的两种或两种以上复合添加，最终得到500MPa级别其具有针状组织的耐候钢。专利号为US6315946的美国专利公开一种“Ultra-low Carbon Bainitic Weathering Steel”，其特点是采用超低碳、Cu-Cr-Ni系成分设计，通过微合金强化及控轧控冷得到所需力学性能及耐候性，其成品厚度32~60mm，其屈服强度≤550MPa，主要利用的是Nb的细晶和析出强化作用，加入微量Ti等元素主要是为了改善耐候钢的焊接性能，在高温形成的TiN非常稳定，在加热或焊接的高温条件下都不会溶解。微钛处理钢中的TiN颗粒可以阻止轧前加热过程中奥氏体晶粒粗化，并能有效抑制焊接热影响区的晶粒长大。而且，该钢屈服强度仅为450MPa左右，不能满足高强度用户的需求。
中国专利公开号为CN103103458 A的文献，其公开了一种高强度耐候钢的生产方法，该耐候钢的表面覆盖有氧化铁皮层，所述氧化铁皮层中Fe3O4含量为80% 以上、厚度为7~10μm，且该耐候钢中包含的成分及重量百分比分别为：C：0.01~0.05%、Si：≤0.2%、Mn：1.5~2.0%、P：≤0.02%、S：≤0.008%、Cu：0.2~0.4%、Ni：0.2~0.4%、Cr：0.4~0.7%、Mo：0.15~0.50%、Nb：0.02~0.04%、Ti：0.015~0.025%、Als：≤0.03%，余量为Fe 和不可避免的杂质。采用该方法制备的耐候钢可在减免涂装情况下使用。
上述生产方法涉及的耐候钢的屈服强度≤700MPa，并且产品均为热轧态使用，产品的性能波动较大，在现有技术中，采用热轧方式生产的高强耐候钢其同卷强度波动一般在150MPa左右，延伸率波动在10%左右。考虑到铁路运输过程的安全，铁路集装箱用钢对性能稳定性要求较高，而采用热轧+冷轧、退火的方式生产能很好的解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足，采用Nb、Ti复合微合金化技术，并结合热轧+冷轧、退火工艺，生产屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A ≥10%，铁素体的晶粒尺寸在4.9~5.7μm，沉淀强化贡献量在199~232MPa，冷弯性能及耐腐蚀性能优良的铁路集装箱用耐候钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.13~0.16%，Si：0.50~0.60%，Mn：1.10~1.20%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Cu：0.20~0.30%，Cr：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.040%，Ti：0.072~0.108%，V：0.010~0.020%，N：≤0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质；同卷屈服强度波动不超过19MPa，抗拉强度波动不超过17MPa，延伸率波动不超过1.6%。
优选地：C的重量百分比含量为：0.15~0.16%。
优选地：Nb的重量百分比含量为：0.028~0.036%。
优选地：Ti的重量百分比含量为：0.075~0.093%。
生产一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法，其步骤：
1）冶炼并连铸成坯，对铸坯进行加热，并控制出炉温度在1260~1280℃，加热时间不低于160min；
2）进行粗轧，并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃，结束轧制温度在1080~1100℃，累计压下率不低于75%；
3）进行精轧，并控制精轧开轧温度在1030~1050℃，终轧温度在890~910℃；
4）常规层流冷却至卷取温度，
5）进行卷取，并控制卷取温度在650~700℃；
6）钢卷冷却至室温后进行酸洗；
7）进行冷轧，并控制冷轧总压下率在50~70%；
8）进行罩式炉退火，并控制加热温度在550~650℃，保温时间在5~10h；
9）进行冷却，在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉，冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛；采用氮氢混合气氛时，H2的比例不低于70%；
10）进行平整，成品厚度在1.0~2.5mm。
优选地：罩式炉加热温度在570~635℃，保温时间在7.6~10h。
优选地：退火后的冷却速度在55~80℃/h。
本发明中各元素的机理及作用
C：选用超低碳设计的目的是减少钢显微组织中渗碳体的数量，抑制珠光体的形成，避免由不同相间电极电位差导致的电偶腐蚀，提高钢的耐蚀性能。同时超低碳设计也有利于焊接及低温韧性。但碳含量也不宜过低，应足以与微合金元素Nb、Ti结合形成纳米级析出物，从而起到沉淀强化的作用，因此将C含量控制在0.13~0.16%。优选地为0.15~0.16%。
Si：在钢中起到固溶强化的作用，同时是脱氧元素，但其含量过高会给轧制时除鳞带来困难，且降低钢的焊接性能，因此将其控制在0.50~0.60%。
Mn：是钢中重要的强韧化元素，提高钢中的锰含量，能扩大γ区，降低转变温度，扩大轧制范围，促进晶粒细化，从而增加了钢的强韧性，冲击转变温度也几乎不发生变化，因此Mn含量控制在1.10~1.20%。
P：有效的提高钢的耐候性能，但其对钢的韧性及塑性不利，其耐候性可由其他耐候元素弥补，因此将P含量控制在0.015%以下。
S：钢中S含量过高产生的MnS夹杂会使钢的纵横向性能产生明显差异，恶化低温韧性，且会明显降低钢的耐候性能。S含量优选范围在 0.010%以下。
Cu：是耐候钢中主要的耐候元素，能有效提高钢的耐候性能，Cu作为合金元素加入到钢中同时还有固溶及沉淀强化作用。但Cu含量过高时，容易在加热或热轧时产生裂纹，恶化钢材的表面性能。因此将Cu含量控制在0.20~0.30%。
Cr：与钢中Cu等元素匹配使用可显著提高钢的耐大气腐蚀能力，此外，Cr元素可有效提高钢的淬透性，Cr 含量控制在0.30~0.50%。
Nb：是强碳氮化物形成元素，钢中微量Nb能抑制变形奥氏体的再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。此外，在冷却过程中Nb(CN)的析出，可起到沉淀强化的作用，提高钢的机械性能，Nb含量控0.025~0.040%，优选地为0.028~0.036%。
Ti：是强氮化物形成元素，其氮化物能有效钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大，此外，在冷却过程中Ti(CN)、TiC的析出，可起到沉淀强化的作用，提高钢的机械性能，Ti含量控制在0.072~0.108%，优选地为0.075~0.093%。
V：是强碳氮化物形成元素，钢中微量V提高钢的强度和韧性。此外，在冷却过程中V(CN)、VC的析出，可起到沉淀强化的作用，提高钢的机械性能，V含量控制在0.010~0.020%。
N：氮在加钛的钢中可与钛结合形成氮化钛，这种在高温下析出的第二相有利于强化基体，并提高钢板的焊接性能。但是氮含量高于0.007％，氮与钛的溶度积较高，在高温时钢中就会形成颗粒粗大的氮化钛，严重损害钢的塑性和韧性；另外，较高的氮含量会使稳定氮元素所需的微合金化元素含量增加，从而增加成本，故将其含量控制在0.007％以下。
通过采用Nb-Ti复合微合金化，在高温过程形成的TiN在液态或奥氏体高温区沉淀，并且在奥氏体低温作为Nb（C,N）和TiC的非均匀形核地点，相比单一Nb、Ti微合金化，其细晶强化效果更明显。本发明在添加较少量Nb的基础上添加较多的Ti，主要是利用了TiN对奥氏体晶粒长大的抑制作用，以及TiC的析出强化作用，相比单一Nb微合金化，细晶和析出强化效果更显著，Ti在复合微合金化中处于主要地位。冷轧后通过退火的方式，使得微合金碳、氮化物充分析出，最大限度的发挥析出强化的作用。由于微合金碳、氮化物受退火温度和冷却速度的影响较大，因此需对退火工艺进行精确控制，退火温度较低、保温时间较短、冷却速度较快时微合金碳、氮化物难以充分析出，退火温度较高时，保温时间较长、冷却速度较慢时析出的微合金碳、氮化物会长大粗化，导致沉淀强化效果减弱。
本发明与现有技术相比，通过利用Nb、Ti复合微合金化，并结合热轧+冷轧、退火工艺，使屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A ≥10%，冷弯性能及耐腐蚀性能优良，且性能稳定。
附图说明
附图1为本发明钢板的金相组织图；
附图2为碳萃取复型试样的透射电镜照片。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1 为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；
表2 为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3 为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表；
表4 为本发明各实施例及对比例耐蚀性能检测情况列表；
表5 为本发明各实施例同卷主要力学性能波动检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
1）冶炼并连铸成坯，对铸坯进行加热，并控制出炉温度在1260~1280℃，加热时间不低于160min；
2）进行粗轧，并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃，结束轧制温度在1080~1100℃，累计压下率不低于75%；
3）进行精轧，并控制精轧开轧温度在1030~1050℃，终轧温度在890~910℃；
4）常规层流冷却至卷取温度，
5）进行卷取，并控制卷取温度在650~700℃；
6）钢卷冷却至室温后进行酸洗；
7）进行冷轧，并控制冷轧总压下率在50~70%；
8）进行罩式炉退火，并控制加热温度在550~650℃，保温时间在5~10h；
9）进行冷却，在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉，冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛；采用氮氢混合气氛时，H2的比例不低于70%；
10）进行平整，成品厚度在1.0~2.5mm。
表1 本发明各实施例及对比例化学成分取值列表（wt%）
表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表
续表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表
表3 为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表
表4 为本发明各实施例及对比例耐蚀性能检测情况列表
表5 为本发明各实施例同卷主要力学性能波动检测情况列表
从表3~5可以看出，本发明所生产的钢板，其屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A ≥10%，且屈服强度波动范围不超过19MPa，抗拉强度波动范围不超过17MPa，冷弯性能、耐蚀性能也很良好。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (7)
1.一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.13~0.16%，Si：0.50~0.60%，Mn：1.10~1.20%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Cu：0.20~0.30%，Cr：0.30~0.50%，Nb：0.025~0.040%，Ti：0.072~0.108%，V：0.010~0.020%，N：≤0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质；同卷屈服强度波动不超过19MPa，抗拉强度波动不超过17MPa，延伸率波动不超过1.6%。
2.如权利要求1所述的一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为：0.028~0.036%。
3.如权利要求1所述的一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为：0.075~0.093%。
4.如权利要求1所述的一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢，其特征在于：C的重量百分比含量为：0.15~0.16%。
5.生产如权利要求1所述的一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法，其步骤：
1）冶炼并连铸成坯，对铸坯进行加热，并控制出炉温度在1260~1280℃，加热时间不低于160min；
2）进行粗轧，并控制粗轧开轧温度在1210~1230℃，结束轧制温度在1080~1100℃，累计压下率不低于75%；
3）进行精轧，并控制精轧开轧温度在1030~1050℃，终轧温度在890~910℃；
4）常规层流冷却至卷取温度，
5）进行卷取，并控制卷取温度在650~700℃；
6）钢卷冷却至室温后进行酸洗；
7）进行冷轧，并控制冷轧总压下率在50~70%；
8）进行罩式炉退火，并控制加热温度在550~650℃，保温时间在5~10h；
9）进行冷却，在冷却速度为50~100℃/h下冷却至50℃以下并出炉，冷却气氛为全氢或氮氢混合气氛；采用氮氢混合气氛时，H2的比例不低于70%；
10）进行平整，成品厚度在1.0~2.5mm。
6.如权利要求5所述的生产一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：罩式炉加热温度在570~635℃，保温时间在7.6~10h。
7.如权利要求5所述的生产一种屈服强度≥700MPa铁路集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：退火后的冷却速度在55~80℃/h。
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