CN115896612A - 一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于中厚板生产领域，涉及一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法。该发明设计碳含量0.09～0.12、碳当量Ceq≤0.45，整体采用低C、低Mn、低Cr的Cr‑Ni‑Cu‑Ti系微合金技术，通过成分设计不需要添加贵重Mo合金，降低生产成本，同时采用钛化物在坯料轧制时的高温条件析出，阻止轧制过程中的奥氏体晶粒长大，通过细晶强化和析出强化，提高材质综合性能；生产流程中不需要热处理环节，通过控轧+堆冷，即可获得低温冲击及焊接性能优良的屈服强度500MPa级耐候钢。

Description

一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚板生产领域，涉及一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法。

背景技术

耐候钢又称耐大气腐蚀钢，是在普碳钢的基础上添加Cu、Cr、Ni、Mo等元素，使钢的锈层和基体之间形成一层致密且与基体金属黏附性好的氧化膜，以阻止大气中的氧和水向钢基渗入，达到减缓钢基锈蚀的作用。与普通钢相比，耐候钢具有更强的耐大气腐蚀能力，可在不涂漆的条件下直接在大气环境中使用，并随着大气暴露年限的增长，其耐腐蚀性能越好。随着高层建筑、跨海桥梁的快速发展，高强耐候钢的应用前景愈发广阔。高层建筑、跨海桥梁的焊接一般是露天左右，施工环境差，焊后保温缓冷措施难以实施，而耐候钢种添加有Cu、Cr、Ni、Mo等增加碳当量的元素，对露天施焊产品质量存在很大影响。

专利号CN201510247401.1介绍了一种低碳耐候钢生产工艺，采用低C、低Mn、中Cr的Cr-Ni-Cu系成分设计，通过Sb元素的加入提高钢的硬度和耐蚀性，但是Sb元素在钢中的应用尚不成熟，另一方面Sb元素的处理不当反而增加钢的脆性，恶化钢的性能。

专利CN201811338543.9介绍了一种低碳微合金化Q690级高强耐候钢生产工艺，V-N-Cr-Ni-Cu-Mo系微合金化技术，一方面V、Mo贵重合金的添加，增加了生产成本，另一方面，钢水中氮气的加入在钢中的应用尚不成熟，控制不当，N容易与钢中的Al、Nb、Ni等元素形成氮化物，这样会在铸坯表面或皮下形成裂纹，影响铸坯表面质量。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法，采用低C、低Mn、低Cr的Cr-Ni-Cu-Ti系微合金技术，通过成分设计不添加贵重Mo合金，降低生产成本，同时采用钛化物在坯料轧制时的高温条件析出，阻止轧制过程中的奥氏体晶粒长大，通过细晶强化和析出强化，提高材质综合性能。

本发明的另一目的是提供一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢的生产方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法，其钢板厚度为12～60mm，碳当量Ceq≤0.45，碳含量≤0.12，具备良好的焊接性能，耐大气腐蚀指数I≥6.5，腐蚀速率1.3～1.43g/m²·h，-40℃KV2型冲击功140～190J；包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：

C：0.09～0.12、Si：0.30～0.40、Mn：1.20～1.40、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr:0.35～0.50、Cu：0.18～0.25、Ni:0.15～0.30、Ti：0.055～0.075，其它为Fe和残留元素。

关于成分设计，需要说明的是：

C是钢中主要的强化元素，在此钢种起组织强化和析出强化作用，随着C含量的增加，韧脆转变温度提高，焊接性能变差，因此需要控制C含量≤0.12，优选为0.09～0.12；

Cr与碳结合形成铬碳化合物，具有细小均匀分布的特点，有提高强度的作用；

Ni是提高钢的低温韧性、降低脆性转变温度最有效的元素，Ni含量越高，钢在极低温下的冲击韧性也就越好；同时加入Ni、Cr和Cu三种元素，能使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度；

Ti在钢水中具有固N的作用，降低钢的塑性下降转变温度，改善钢坯热塑性，使钢坯产生裂纹的敏感性减弱，同时Ti具有细化晶粒及析出强化作用，Ti的C、N化合物析出颗粒，具有弥散分布的特点，从而钉扎位错，起到强烈的强化作用，对整个生产工艺来说，仅采用控轧+堆冷即可保证钢板质量，不需要热处理环节，缩短生产流程，有利于降低生产成本；此外，Ti相对便宜，适量多的加入Ti可以取代贵重的Mo合金加入。

其生产方法包括，转炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼+连铸+加热+控轧+堆冷；

其中，所述控轧工艺采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1000℃～1100℃，采用高温低速大压下轧制，道次压下率12％～15％，2～2.5倍成品厚度晾钢，Ti与N、S形成TiN和Ti4C2 S2的化合物，有很高的析出温度，其在高温下可阻止奥氏体晶粒长大，从而细化轧制时的初始晶粒，在低C、低Mn条件下，细晶强化和析出强化作用明显；二阶段轧制温度820～880℃，道次压下量≥15％，轧后钢板ACC层流冷却，入水温度≥750℃，返红温度550～600℃；

所述堆冷工艺中，轧后钢板入缓冷坑温度≥400℃，缓冷时间36～48小时，控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面严禁裸露在空气中。

采用该方案获得的钢种生产成本低，轧制操作过程简单，无需淬火+回火处理，耐大气腐蚀，强韧性综合性能好，具有良好的低温冲击性能，容易实现工业化生产，且材料设计中碳当量≤0.45、碳含量≤0.12，具备良好的焊接性，不需对材料预热后施焊。

附图说明

图1为本发明实施实例获得的40mm厚500MPa低碳当量耐候钢板金相组织图片

具体实施方式

所述12～60mm厚度的一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢板及其生产方法，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：

C：0.09～0.12、Si：0.30～0.40、Mn：1.20～1.40、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr:0.35～0.50、Cu：0.18～0.25、Ni:0.15～0.30、Ti：0.055～0.075，其它为Fe和残留元素，其碳当量Ceq≤0.45，耐大气腐蚀指数I≥6.5。

其生产工艺控制重点如下：

1)转炉冶炼工艺点要求

转炉铁水预脱硫处理，铁水S含量≤0.015％。采用低拉增碳脱P工艺，出钢P≤0.01％，出钢C≤0.04％。出钢结束采用挡渣锥挡渣，转炉下渣厚度控制在30mm以下，以避免下渣回P；钢水到氩站后，提前向钢水中加入200kg石灰，吹氩5min搅拌。

2)LF精炼工艺点要求

采取大渣量进行造渣，100吨LF精炼炉，单炉石灰用量800～900Kg。白渣保持时间30～40min，控制S含量≤0.005％。白渣形成后的二加热过程加入硼铁。到站加入2.0m/t钢铝线，过程脱氧剂采取铝粒、电石，铝粒用量控制在30～60Kg，白渣保持时间15～18min；

3)VD真空精炼工艺点要求

在≤67Pa下的保压时间按12～15min进行控制，破真空后软吹3～5min，然后准备吊包离站。

4)连铸浇注

连铸环节做好保护浇注，过热度按5～20℃控制。

5)加热工艺要点

一加热温度≤950℃，二加热温度1210～1230℃，均热段温度1200～1220℃，加热时长11～13min/cm。

6)轧制及ACC层流冷却工艺要点

采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1000℃～1100℃，采用高温低速大压下轧制，道次压下率12％～15％，2～2.5倍成品厚度晾钢；二阶段轧制温度820～880℃，道次压下量≥15％，充分破碎晶粒，防止晶粒长大。轧后钢板ACC层流冷却，钢板入水温度≥750℃，返红温度550～600℃。

7)缓冷工艺要点

轧后钢板入缓冷坑温度≥400℃，缓冷时间36～48小时。控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面严禁裸露在空气中。

表1各实例低碳当量耐候钢板的化学成分及质量百分比

备注：碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

耐腐蚀性能指数I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²

表2各实例低碳当量耐候钢板的机械力学性能

表3各实例低碳当量耐候钢板的耐腐蚀性

采用周期浸润腐蚀试验，试验条件如下：

试样尺寸：4*45*60mm

溶液：0.01mol/L的NaHSO3溶液，初始PH值4.4～4.8；

温度：45±2℃；

相对湿度：70±5％RH；

试验槽内每24h每槽取出槽内溶液1.5L，再补加入0.02mol/L的NaHSO3溶液2L。按GB/T 16545中的化学法酸洗(1L酸洗液配制方法：500ml去离子水，500ml盐酸，3.5g六次甲基四胺)

通过合理的化学成分设计及生产工艺控制，成功地开发出了12～60mm厚度屈服强度500MPa低碳当量耐候钢板。其碳当量≤0.45，屈服强度520～550MPa，抗拉强度630～660MPa，伸长率23.0％～25.0％；-40℃K_V2型冲击功140～190J，腐蚀速率1.3～1.43g/m²·h。

Claims (2)

1.一种屈服强度500MPa低碳当量耐候钢及其生产方法，其特征在于，所述钢板的厚度为12～60mm，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.09～0.12、Si：0.30～0.40、Mn：1.20～1.40、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr:0.35～0.50、Cu：0.18～0.25、Ni:0.15～0.30、Ti：0.055～0.075，其它为Fe和残留元素；

其碳当量Ceq≤0.45，耐大气腐蚀指数I≥6.5，腐蚀速率1.3～1.43g/m²·h，-40℃K_V2型冲击功140～190J。

2.根据权利要求1所述的屈服强度500MPa低碳当量耐候钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：转炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼+连铸+加热+控轧+堆冷；

其中，所述控轧工艺采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1000℃～1100℃，采用高温低速大压下轧制，道次压下率12％～15％，2～2.5倍成品厚度晾钢，二阶段轧制温度820～880℃，道次压下量≥15％，轧后钢板ACC层流冷却，入水温度≥750℃，返红温度550～600℃；

所述堆冷工艺中，轧后钢板入缓冷坑温度≥400℃，缓冷时间36～48小时，控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面严禁裸露在空气中。

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