CN113106335A

CN113106335A - 一种800MPa级高强耐候大梁钢带及其制备方法

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Publication number: CN113106335A
Application number: CN202110267939.4A
Authority: CN
Inventors: 张继永; 李耀强; 李俊生; 李红俊; 孙毅; 李静; 周建川
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Group Hansteel Co; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-07-13

Abstract

本发明涉及一种800MPa级高强耐候大梁钢带及制备方法，大梁钢带化学成分重量百分比为：C:0.03%‑0.10%、Si:0.10%‑0.30%、Mn:1.60%‑1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010%‑0.050%、Cu:0.2%‑0.4%、Cr:0.30%‑0.5%、Mo:0.08%‑0.20%、Ti:0.070%‑0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。制备方法包括板坯加热、粗轧、精轧、控制冷却和轧后缓冷工序；所述板坯加热工序，加热炉空燃比0.9‑1.2，加热时间170‑350min，板坯出炉温度1240‑1300℃，在加热炉均热时间30‑50min。本发明生产的大梁钢带具有良好的强韧性匹配，成品残余应力小、板形控制优良，同时具备优异的耐腐蚀性能，成本优势明显。

Description

一种800MPa级高强耐候大梁钢带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种大梁钢带，尤其涉及一种800MPa级高强耐候大梁钢带及其制备方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

当前，在日趋严格的环保压力下，专用车作为支撑国民经济发展的重要运输工具，如何降低车身自重，减少尾气排放，成为人们日益关注的重点问题。为适应新环保的要求，新一代专用车需具备低车体自重、高载重效率和绿色节能的特性，但目前作为专用车主要原料的传统大梁钢强度普遍在700MPa以下，车体自重大、载货效率不高且不具备耐腐蚀性能，不能运用于环卫、采矿、化工等专用车领域。因此，随着专用车的换代升级，市场急需一种更高强度，具有良好耐腐蚀性能的汽车大梁钢来替代传统大梁钢。

授权公告号为CN1043134918B的专利公开了“一种无P偏析的耐候钢热轧薄带及其制造方法”，该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为：C：0.07%～0.12%，Si：0.30%～0.60%，Mn：0.40%～0.55%，S≤0.02%，P：0.05%～0.16%，Cr：0.60%～0.80%，Ni：0.03%～0.11%，Cu：0.20%～0.50%，Al≤0.046%，B≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质。该专利涉及制造方法仅适用于薄带铸轧产线，只能生产1.2-3.0mm超薄规格带钢，且产品抗拉强度在550MPa以下，产品规格偏薄、强度不高，限制了产品的市场应用。

授权公告号为CN106947913B的专利公开了“一种高强度高韧性热轧耐候钢板及其制备方法”，其化学成份按重量百分比为：C：0.05％～0.10％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.00％～1.30％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Cr：0.30％～0.70％、Ni：0.10％～0.40％、Cu：0.25％～0.50％、Al：0.020％～0 .050％、Nb：0.010％～0.040％、Ti：0.010％～0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该发明涉及钢板具有较高的低温冲击性能，冷加工性能、良好的耐大气腐蚀性能，但在成分设计中添加了较高含量Cr、Ni、Nb等昂贵合金元素，生产成本偏高且钢种抗拉强度在600MPa以下，强度级别有限。

CN 105543666B公开了“一种屈服强度960MPa汽车大梁钢及其生产方法”，其化学成分组成为：C：0.12％～0.14％，Si：0.15％-0.35％，Mn：1.2％～1.5％，Nb：0.02％～0.04％，Mo：0.3％～0.5％，V：0.08％～0.15％，Ti：0.01％～0.04％，Al：0.01％～0.06％，Cr：0.4％～0.6％，B:0.0015％～0.0025％，P：≤0.02％，S：≤0.01％，N：≤0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。该发明采用常规热连轧+轧后淬火+高温回火工艺获得回火马氏体组织，工艺流程长、成本偏高，交付周期受到产能限制。另外，钢种不含Cr、Cu、Ni等耐腐蚀元素，不能在潮湿、酸碱等特殊环境下安全服役，限制了产品在专用车领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种800MPa级高强耐候大梁钢带，具有良好的强韧性匹配，成品残余应力小、板形控制优良，另外还具备优异的耐腐蚀性能，本发明还提供一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法。

解决上述技术问题的技术方案为：

一种800MPa级高强耐候大梁钢带，其化学成分重量百分比为：C:0.03%-0.10%、Si:0.10%-0.30%、Mn:1.60%-1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010-0.050%、Cu:0.2%-0.4%、Cr:0.30%-0.5%、Mo:0.08%-0.20%、Ti:0.070%-0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带，钢带厚度范围1.5-16.0mm，屈服强度741-786MPa，抗拉强度899-1083MPa，延伸率在17.4%-21.8%之间，-20℃全尺寸冲击功在139.8-165.1J之间。

本发明成分设计主要依据：

C：碳是廉价的合金元素，在本发明中起到间隙固溶强化作用，为保证钢的强度需含有一定量的碳，但过高的碳含量会导致钢的韧性以及焊接性能变坏，因此，本发明中C含量优选地控制在0.03wt%-0.10wt% 。

Si：硅在钢中起到脱氧和固溶强化的作用，但Si过高会使钢的脆性增大，冲击韧性下降，过高的Si在高温下易生成铁橄榄石Fe₂SiO₄，钉扎氧化铁皮通过高压除鳞较难去除，造成后道次轧制氧化铁皮压入，影响表面质量。因此，本发明Si优选地控制在0.10wt%-0.30wt%。

Mn：锰在钢中主要起到固溶强化的作用，同时过量的Mn易形成严重的中心偏析，破坏组织均匀性，影响钢的冲击韧性。因此，本发明Mn优选地控制在1.60 wt%-1.90 wt%。

P和S：硫作为钢中的有害元素，为保证产品性能应该严格控制，结合成本考虑，硫优选地控制在≤0.005wt%以内。磷在钢中与Cu、Cr等元素协调作用在钢表面形成致密的氧化锈层，防止基体组织进一步被腐蚀，但磷是易偏聚元素，过高的磷会提高钢的韧脆转变温度，降低钢的低温冲击性能，为获得性能优良的大梁钢，磷在本发明中被严格控制在0.020wt%以内。

Al：铝在钢水冶炼中起到脱氧作用，但过高的Al会形成大尺寸的Al₂O₃夹杂，降低钢板的低温冲击性能。因此，本发明中Al含量优选地控制在0.010wt%-0.050wt%之间。

Cu和Cr：铜和铬是常用的有效耐腐蚀元素，Cu、Cr和P按比例配合使用可以在钢的表面形成致密的α-FeOOH氧化绣层，防止钢的基体组织进一步腐蚀。兼顾生产成本，优选地Cu控制在0.2wt%-0.4wt%以内，Cr控制在0.30wt%-0.5wt%以内。

Mo:钼在钢表面与腐蚀介质接触过程中生成MoO4^2-，能够促进钢表面形成非晶态氧化膜，通过Mo合金化增加钢对氧的亲和力，抑制腐蚀性阴离子Cl^-1等的吸附，起到缓蚀的作用。此外，Mo可以细化组织晶粒，促进针状铁素体的形成，增加钢的低温冲击韧性，但过高的Mo会大幅增加合金成本。因此，优选地Mo含量控制在0.08wt%-0.20wt%。

Ti：钛是强的碳和氮化合物形成元素，在轧制中和轧后冷却过程析出起到强化的作用。同时，钢中加入适量的Ti，形成细小钛的碳氮化物能有效抑制加热时晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。但过高的Ti会与N结合形成粗大的TiN夹杂，会降低钢的低温韧性和疲劳性能。因此，优选地Ti含量控制在0.070wt%-0.14wt%之间。

N：氮是钢中有害元素，过高的氮会与Ti结合生成大尺寸TiN夹杂，恶化钢的成型性能和低温冲击性能。因此，优选地N含量控制在0.0060wt%以内。

一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，包括板坯加热、粗轧、精轧、控制冷却和轧后缓冷工序；所述板坯化学成分重量百分比为：C:0.03%-0.10%、Si:0.10%-0.30%、Mn:1.60%-1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010-0.050%、Cu:0.2%-0.4%、Cr:0.30%-0.5%、Mo:0.08%-0.20%、Ti:0.070%-0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，包括板坯加热、粗轧、精轧、控制冷却和轧后缓冷工序；所述板坯加热工序，加热炉空燃比0.9-1.2，加热时间170-350min，板坯出炉温度1240-1300℃，在加热炉均热时间30-50min。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，所述粗轧工序，粗轧采用3＋5道次轧制，即粗轧R1机架往返轧制3道次，粗轧R2机架往返轧制5道次，最后两道次压下率控制在20%-30%之间，粗轧累计压下率控制在65%-90%之间。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，所述精轧工序，投用处于粗轧和精轧之间的中间辊道保温罩，精轧入口温度950-1050℃，精轧累计压下率按60%-80%控制，终轧温度按840-910℃控制。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，所述控制冷却工序，层流冷却采用前段间隔冷却模式，即层流冷却前10组集管中奇数组冷却水开启、偶数组冷却水关闭，此模式可以在前段形成稀疏冷却来降低冷却强度，改善成品板形；层流冷却水温20-36℃，冷却速率20-50℃/s，冷却到580-650℃进行卷取。

上述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，所述轧后缓冷工序，钢卷下线后10min内吊入成品缓冷库，并在缓冷库集中堆放，缓冷时间不低于48h。

本发明板坯加热工序中对加热工艺进行了改进，避免了板坯在加热和轧制过程中出现铜脆问题，其主要依据在于：

本发明高强耐候大梁钢中添加了Cu，Cu是耐腐蚀元素，与Cr、P、Mo等元素共同作用在钢表面形成致密的氧化锈层，阻止钢的基体组织进一步腐蚀。但钢中添加Cu后若加热工艺不当，会导致Cu在加热和轧制过程中析出造成网状裂纹（即铜脆现象），恶化钢的表面性能。为防止加热和轧制过程中出现铜脆问题，一方面要保证钢中的合金元素充分固溶同时防止组织粗大，本发明涉及大梁钢板坯出炉温度优选地控制在1240-1300℃之间。另一方面需严格控制加热炉气氛、出炉温度和在高温段停留时间。其中加热炉采用还原性气氛，空燃比优选地控制在0.9-1.2之间。加热时间太短，合金元素不能充分固溶，加热时间过长钢的晶粒组织粗大，恶化钢的组织性能，同时Cu在高温段长时间加热过程中容易沿晶界析出，恶化钢的表面性能。因此，优选地本发明涉及大梁钢板坯在加热炉总加热时间170-350min，均热时间30-50min。

本发明控制冷却工序中采用前段间隔冷却模式，使得所生产的大梁钢在具有良好的组织性能的同时还能保证较好的板形，其主要依据在于：

邯钢2250热连轧产线层流冷却***共计22组冷却集管，采用前段间隔冷却模式时，前10组集管中奇数组集管冷却水开启、偶数组集管冷却水关闭，在前段形成稀疏冷却方式来降低冷却强度，改善侧喷吹扫效果，提高带钢横向冷却均匀性，有利于缓解高强钢边部残余应力。而采用常规前段冷却模式，前段集管冷却水连续开启，容易造成带钢表面积水影响侧喷吹扫效果，导致带钢横向冷却不均，影响成品板形。因此，在控制冷却中采用前段间隔冷却模式能够改善成品板形。

本发明的有益效果：

1）本发明涉及大梁钢成分采用无Ni设计，在不添加贵重Ni合金的情况下，通过Cr、Cu、P和Mo的合理搭配，获得良好的耐腐蚀性能，在相同腐蚀条件下腐蚀72小时，本发明涉及大梁钢腐蚀率低于2.3g/(m²h)，而普通低合金Q345B腐蚀率在5.0g/(m²h)以上。同时对板坯加热工艺进行了改进，避免了板坯在加热和轧制过程中出现铜脆问题。

2）在控制冷却工序中采用前段分段间隔冷却工艺，在层流冷却***前10组形成稀疏冷却方式来降低冷却强度，提高带钢横向冷却均匀性，有利于缓解边部残余应力，改善成品边部板形。

3) 按本发明生产的耐腐蚀大梁钢抗拉强度高达800MPa以上，-20℃低温冲击性能大于120J，具有良好的强韧性匹配，在潮湿、中度酸碱环境下具有良好耐腐蚀能力，能够在环卫、采矿、化工等专用车领域安全服役。

具体实施方式：

本发明800MPa级高强耐候大梁钢带，其化学成分重量百分比为：C:0.03%-0.10%、Si:0.10%-0.30%、Mn:1.60%-1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010-0.050%、Cu:0.2%-0.4%、Cr:0.30%-0.5%、Mo:0.08%-0.20%、Ti:0.070%-0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。其生产方法包括板坯加热、粗轧、精轧、控制冷却和轧后缓冷工序、控制冷却以及轧后缓冷工序；

板坯加热工序，加热炉采用还原性气氛，空燃比0.9-1.2，板坯总加热时间170-350min，板坯出炉温度1240-1300℃，在加热炉均热时间30-50min。

轧制工序，包括粗轧和精轧，其中粗轧工序采用3＋5道次轧制，即粗轧R1机架往返轧制3道次，粗轧R2机架往返轧制5道次，最后两道次压下率控制在20%-30%之间，粗轧累计压下率控制在65%-90%之间，投用处于粗轧和精轧之间的中间辊道保温罩。精轧工序，精轧入口温度950-1050℃，精轧累计压下率按60%-80%控制，终轧温度按840-910℃控制。

控制冷却工序，2250热连轧产线层流冷却***共计22组冷却集管，层流冷却采用前段间隔冷却模式，即层流冷却前10组集管中奇数组集管冷却水开启、偶数组集管冷却水关闭，后段集管冷却水开闭由公知的轧机二级模型自主控制。层流冷却水温20-36℃，冷却速率20-50℃/s，冷却到580-650℃进行卷取。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1-8按照上述实施方式进行生产，钢带化学成分重量百分比见表1。

表1 化学成分控制（单位：wt%）

本发明涉及大梁钢板坯加热工艺参数见表2。

表2 板坯加热工艺参数

本发明涉及大梁钢轧制工艺主要参数见表3。

表3 轧制工艺主要参数

注：表3中粗轧最后2道次压下率所列数据，如“22/28”其中“/”前为粗轧倒数第二道次压下率，“/”后为粗轧最后一道次压下率。

根据本发明生产的高强耐腐蚀大梁钢力学性能：屈服强度741-786MPa，抗拉强度899-1083MPa，延伸率在17.4%-21.8%之间，-20℃全尺寸冲击功在139.8-165.1J之间，详情见表4。

表4 力学性能检测

注：1、表4中拉伸试样和弯曲试样采用横向试样。

2、D为弯曲压头直径，a为弯曲试样厚度。

3、冲击试验取纵向试样，试样按标准尺寸制备，当试样尺寸不够时可按7.5mm、5mm小尺寸试样代替，相应冲击功标准按75%和50%折算，6mm以下厚度可不做冲击试验。

将实施例1-8中的大梁钢样板以及对比样板置于人工盐雾环境下（腐蚀介质：5%NaCl溶液采用18.2MΩ·cm去离子水溶解，PH值为6.8，试验温度35℃）加速腐蚀72h，对比不同样板的腐蚀情况，见表5。

表5 盐雾腐蚀试验情况

注：相对腐蚀率以Q355B的腐蚀率为基准。

从表5可以看出，实施例腐蚀率在1.865-2.234g/(m²h)，对比试样Q355B腐蚀率在5.385g/(m²h)，610L和700L腐蚀率分别5.032g/(m²h)和4.896g/(m²h)，本发明涉及高强耐候大梁钢相比对比钢种表现出良好的耐腐蚀性能。

Claims

1.一种800MPa级高强耐候大梁钢带，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C:0.03%-0.10%、Si:0.10%-0.30%、Mn:1.60%-1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010-0.050%、Cu:0.2%-0.4%、Cr:0.30%-0.5%、Mo:0.08%-0.20%、Ti:0.070%-0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。

2.如权利要求1所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带，其特征在于：大梁钢带厚度范围1.5-16.0mm，屈服强度741-786MPa，抗拉强度899-1083MPa，延伸率在17.4%-21.8%之间，-20℃全尺寸冲击功在139.8-165.1J之间。

3.一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，包括板坯加热、粗轧、精轧、控制冷却和轧后缓冷工序；其特征在于：所述板坯化学成分重量百分比为：C:0.03%-0.10%、Si:0.10%-0.30%、Mn:1.60%-1.90%、P≤0.020%、S≤0.005%、Als:0.010-0.050%、Cu:0.2%-0.4%、Cr:0.30%-0.5%、Mo:0.08%-0.20%、Ti:0.070%-0.14%，N≤0.0060%，其他为Fe及不可避免的残余元素。

4.如权利要求3所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，其特征在于：所述控制冷却工序，层流冷却前10组集管中奇数组冷却水开启、偶数组冷却水关闭，层流冷却水温20-36℃，冷却速率20-50℃/s，冷却到580-650℃进行卷取。

5.如权利要求3所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，其特征在于：所述板坯加热工序，加热炉空燃比0.9-1.2，加热时间170-350min，板坯出炉温度1240-1300℃，在加热炉均热时间30-50min。

6.如权利要求3所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，其特征在于：所述粗轧工序采用3＋5道次轧制，最后两道次压下率控制在20%-30%之间，粗轧累计压下率控制在65%-90%之间。

7.如权利要求3所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，其特征在于：所述精轧工序，投用中间辊道保温罩，精轧入口温度950-1050℃，精轧累计压下率按60%-80%控制，终轧温度按840-910℃控制。

8.如权利要求3所述的一种800MPa级高强耐候大梁钢带的制备方法，其特征在于：所述轧后缓冷工序，钢卷下线后10min内吊入成品缓冷库，并在缓冷库集中堆放，缓冷时间不低于48h。