CN107739992A - 正火型屈服345MPa级耐候钢板及其生产方法 - Google Patents

正火型屈服345MPa级耐候钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正火型屈服345MPa级耐候钢板及其生产方法，其化学成分的重量百分含量为：C 0.12～0.14%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.25～1.35%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr 0.40～0.50%,Cu 0.25～0.40%，Nb 0.020～0.040%，Al 0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。本钢板化学成分设计采用适当低C，保证钢板良好的焊接性；采用Nb微合金化设计，便于钢板目标控轧工艺的实现，辅以Cr、Cu等合金元素确保钢板耐大气腐蚀性能及耐高温性能；因此本钢板具有耐腐蚀性能好、焊接性能良好、耐高温性能优良等特点。本方法通过合理的成分设计，采用正火工艺得到铁素体、贝氏体、珠光体的复合组织，所得屈服345MPa级正火型耐大气腐蚀钢板具有低的碳当量、高的低温冲韧性和高的耐大气腐蚀指数，以及良好的焊接性能。

Description

正火型屈服345MPa级耐候钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种耐候钢，尤其是一种正火型屈服345MPa级耐候钢板及其生产方法。
背景技术
耐候钢（又称耐大气腐蚀钢，weathering steel）是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2～8倍，并且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外，还具有优良的力学、焊接等使用性能，广泛用于铁道车辆、桥梁和集装箱。耐候钢并非不锈钢，初期同普通碳钢一样也会锈蚀，后期则情况不同。耐候钢锈蚀一段时间后由于钢表面Cu、P等微量元素富集，形成一层致密的非晶态锈层组织，并与基体结合得非常牢固。这层稳定化锈层能够在一定程度上抵御大气中水气及有害离子的侵入，防止基体金属进一步腐蚀。耐候钢在使用时，可以涂装、裸用或进行稳定化处理后使用，涂装时的要求与普通碳钢相同。这里特别要指出的是这种材料可以不涂漆裸用，这是耐候钢最突出的优点。在无严重大气污染或非特别潮湿的地区，耐候钢可以不用涂装，直接裸露于大气中，一般经过年时间后，锈层逐渐稳定，腐蚀不再发展，外观呈美丽的巧克力色。耐候钢因没有油漆老化等问题，无需涂装维护，大大降低了维护成本，当然也就避免了因涂漆影响使用等造成的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的正火型屈服345MPa级耐候钢板；本发明还提供了一种正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明化学成分的重量百分含量为：C 0.12～0.14%，Si0.20～0.40%，Mn 1.25～1.35%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr 0.40～0.50%，Cu 0.25～0.40%，Nb 0.020～0.040%，Al 0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的组织为铁素体、贝氏体、珠光体的复合组织。
本发明方法包括加热、轧制和正火工序；所述轧制工序采用两阶段控轧工艺；所述钢板化学成分的重量百分含量如上所述。
本发明方法所述轧制工序：第一阶段开轧温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50％；第二阶段开轧温度为840～910℃，累计压下率为30～50％；轧后进行ACC水冷。所述ACC水冷的入水温度为760～780℃，返红温度600～650℃。
本发明方法所述正火工序：加热温度890～900℃，保温时间≥2min/mm。
本发明方法所述加热工序：钢坯的最高加热温度为1240～1250℃，均热温度1200～1220℃，总加热时间≥1min/mm，均热段在炉时间≥1h。
本发明及方法的设计思路如下：适当低的碳含量既保证整体碳当量较低，利于焊接性又利于钢板正火后强度的保证；加入少量的Nb促进控轧控冷过程中的铁素体形成、细化；添加少量Cr、Cu使得钢板具有一定耐大气腐蚀性能。具体各元素在本发明中的作用如下所述：
C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。
Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。
P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
Nb：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
Cr：提高淬透性和固溶强化，能够提高钢在热处理状态下的强度和硬度。但也使钢板韧性有所降低，因此可以根据强韧性要求，确定合理得 Cr含量。
Cu：是耐候钢中常添加的元素，是提高耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一。铜在低合金耐大气腐蚀钢中的耐蚀机理有两种说法。一是在大气腐蚀过程中起着活化阴极的作用，在一定条件下，可以促进低合金钢产生阳极钝化，而降低钢的腐蚀速率。另一理论是表面富集学说，在含铜、磷等合金元素的耐大气腐蚀钢的锈层中，有铜、磷等耐蚀元素富集在锈层内表面处，即富集于靠近基体金属的锈层中，从而改善了锈层的保护作用，提高了钢的耐大气腐蚀性能。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的化学成分设计采用适当低C，保证钢板良好的焊接性；采用Nb微合金化设计，便于钢板目标控轧工艺的实现，辅以Cr、Cu等合金元素确保钢板耐大气腐蚀性能及耐高温性能；因此本发明具有耐腐蚀性能好、焊接性能良好、耐高温性能优良等特点。
本发明方法通过合理的成分设计，采用正火工艺得到铁素体、贝氏体、珠光体的复合组织，所得屈服345MPa级正火型耐大气腐蚀钢板具有低的碳当量、高的低温冲韧性和高的耐大气腐蚀指数，以及良好的焊接性能；耐大气腐蚀指数≥6，碳当量0.42～0.50%，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490MPa，-20℃冲击功≥34J，钢板最大厚度可达到30mm。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例1所得钢板的显微组织图；
图2为实施例2所得钢板的显微组织图；
图3为实施例3所得钢板的显微组织图；
图4为实施例4所得钢板的显微组织图。
具体实施方式
本正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和正火工序，各工序工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线；钢水温度达到或超过1540±10℃转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入Fe-Ca线4.0～4.7m/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。
（2）连铸工序：最好采用200mm厚度连铸坯成材。
（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1240～1250℃，均热温度1200～1220℃，总加热时间≥1min/mm钢坯厚度，均热段在炉时间≥60min。
（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段开轧温度为1000～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～80％；第二阶段开轧温度为840～910℃，累计压下率为30～80％；轧后进行ACC水冷，入水温度760～780℃，返红温度600～650℃。
（5）正火工序：半成品钢板进行正火；加热温度890～900℃，保温时间≥2min/mm钢板厚度；即可得到最大厚度可达到30mm的耐候钢板。
实施例1-8：本正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法采用下述具体工艺。
（1）成分含量：各实施例冶炼工序出钢钢水中化学成分的重量百分含量见表1。
表1：出钢钢水的化学成分含量（wt%）
所述表1中，余量为Fe和不可避免的杂质；表中耐大气腐蚀指数I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.2(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.1(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。
（2）工艺参数：各实施例冶炼、连铸和加热工序的具体工艺参数见表2；轧制和正火工序的具体工艺参数见表3。
表2：冶炼、连铸和加热工序的工艺参数
表3：轧制和正火工序的工艺参数
（3）产品性能：实施例1－4所得耐候钢板的组织照片分别见图1－图4，由各图可知，其组织均为铁素体、贝氏体和珠光体的复合组织。经检测，各实施例所得耐候钢板的力学性能见表4。
表4：各实施例所得钢板的力学性能

Claims (7)

1.一种正火型屈服345MPa级耐候钢板，其特征在于，其化学成分的重量百分含量为：C0.12～0.14%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.25～1.35%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr 0.40～0.50%，Cu 0.25～0.40%，Nb 0.020～0.040%，Al 0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的正火型屈服345MPa级耐候钢板，其特征在于：所述钢板的组织为铁素体、贝氏体、珠光体的复合组织。
3.一种正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法，其特征在于：其包括加热、轧制和正火工序；所述轧制工序采用两阶段控轧工艺；所述钢板化学成分的重量百分含量为：C 0.12～0.14%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.25～1.35%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr 0.40～0.50%，Cu0.25～0.40%，Nb 0.020～0.040%，Al 0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：第一阶段开轧温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50％；第二阶段开轧温度为840～910℃，累计压下率为30～50％；轧后进行ACC水冷。
5.根据权利要求4所述的正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法，其特征在于：所述ACC水冷的入水温度为760～780℃，返红温度600～650℃。
6.根据权利要求3所述的正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法，其特征在于，所述正火工序：加热温度890～900℃，保温时间≥2min/mm。
7.根据权利要求3－6任意一项所述的正火型屈服345MPa级耐候钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：钢坯的最高加热温度为1240～1250℃，均热温度1200～1220℃，总加热时间≥1min/mm，均热段在炉时间≥1h。
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