一种高强度耐候钢及其制备方法[工艺流程]

　　专利名称：高强度耐候钢及其制备方法

　　技术领域：

　　本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种减免涂装的高强度耐候钢及其制备方法。

　　背景技术：

　　随着工程机械、汽车、集装箱等行业的飞速发展，对钢铁材料的性能和质量要求也越来越高。高强度钢的使用可以减轻构件的重量，减少设备的燃料消耗等，在集装箱、工程机械、汽车和铁道车辆等领域，高强度及轻量化已成为趋势。钢材在从原材料库存，零部件加工和装配，成品的运输和储存，一直到最后的服役过程都会受到不同程度的大气腐蚀。据统计，我国每年为腐蚀支付的费用总和达5000亿元，约占国民经济总值的5%，造成巨大的损失。因此，大力发展高强度耐候钢，不仅能使其在铁路货车、集装箱、桥梁、通讯及电力塔架等领域都发挥重要作用，而且能有效节约资源，符合国家建设节约型社会的具体要求，具有显著的经济效益和社会意义。高强度耐候钢，一般应具有以下三个方面的性能特征:1、优良的耐大气腐蚀性能，在一定条件下要求裸露使用，即免涂装使用或至少减涂装使用；2、较高的强度和优异的低温韧性；3、优异的焊接性能和成型性能。而要得到具备 以上三项性能的耐候钢，现有技术主要考虑了以下三个方面或其中的一到两个方面:(I)合金成分合金成分设计应在较低成本原则下满足钢种在耐候性和强度方面的要求，同时也要保证其低温韧性及焊接性能。通过Cu、P、Cr等耐候元素的添加保证其耐候性能，配合Nb、Ti等微合金元素进行强化，在一定轧制工艺条件下得到钢种所需的高强度及其他力学性能。(2)组织类型碳钢的组织形态对其耐蚀性能有一定的影响。一般碳素结构钢组织主要由铁素体和渗碳体组成，这种不同相在化学腐蚀介质中的电极电位不同，铁素体电位较低，而渗碳体的电位较高。钢在电解液中，渗碳体相对铁素体是阴极，从而导致钢腐蚀加速。因此，控制钢中渗碳体的析出，得到单一均匀的主要组织，有利于提高钢的耐蚀性能。针状铁素体、超低碳板条贝氏体等组织在具有良好力学性能的同时也具备较好的耐腐蚀性能。⑶钢质纯净度大量研究表明，材料的纯净度对其耐蚀性影响很大。钢中夹杂物是最主要的点蚀诱发源，夹杂物的类型、形态、数量对钢的点蚀诱发敏感性有重要影响，其中MnS夹杂的点蚀诱发敏感性较强。因此需要最大限度地去除钢中S、P、O、N、H等杂质元素并严格控制钢中夹杂物特别是MnS的数量、尺寸、形态及分布。例如，关于高强度耐候钢及其制造方法，国内外已有如下专利:专利公开号为CN101376953A的中国专利公开了 “一种高耐蚀高强度耐候钢及其制造方法”，其特点是采用超低碳、低锰、中铬的Cr-N1-Cu系成分、利用Ti微合金化，最终得到具有较好耐候性的700MPa级耐候钢。专利公开号为CN101792888A的中国专利公开了“一种高强耐候钢及其制造方法”，其特点是采用超低碳、中锰、中铬的Cr-N1-Cu系成分、采用Ca加Re的夹杂物复合变质处理，屈服强度能达到550MPa左右。专利公开号为CN101660108A的中国专利公开了“非调质针状组织高强度低屈强比耐候钢及其生产方法”，其特点是采用低碳、中锰的Cu-N1-Cr系设计，添加了一定量的Mo，利用Nb，Ti微合金化，最终得到较好综合性能的高强耐候钢。专利公开号为CN1609257A的中国专利公开了 “针状组织高强度耐候钢及其生产方法”，其特点是采用极低碳、Cu-Cr-N1-Mo-Nb的加入及T1-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 BainiticWeathering 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 性，但屈服强度仅为450MPa左右。以上专利基本上都是在Cu-Cr-Ni等成分体系的基础上，辅以Nb、Ti等微合金化元素，利用控制轧制及控制冷却手段得到所需力学性能及耐候性能。其中仅少量专利考虑了组织类型和钢质纯净度对耐候性能的影响，并辅以控制措施。并且以上专利都忽视了另一个重要因素:表面氧化铁皮层对耐候性的影响。热轧带钢在卷取前的高温下形成的氧化铁皮层一般由最外层较薄的Fe2O3，中间层的Fe3O4,以及最内层的FeO组成。其中最内层的FeO在570°C以下时热力学不稳定，会发生如下的共析反应:4FeO — Fe3O4+Fe热轧带钢在卷取后的冷却过程中其氧化铁皮层将发生两个阶段的反应:(1)高价氧化物的消耗:Fe+Fe304 — 4FeO, Fe+4Fe203 — 3Fe304 ；(2)共析反应 4FeO — Fe304+Fe。因此，最终得到的常温氧化铁皮层组织为:最外层仅在带钢边部有少量的Fe2O3,中间层为Fe3O4，底层为共析组织Fe304+Fe及少量的残余FeO。不同的氧化铁皮结构性质差异较大，这主要与氧化铁皮结构中各组分性质的不同有关，氧化铁皮中主要组分的性质如表I所示:表I氧化铁皮中主要组分的性质

　　权利要求

　　1.一种高强度耐候钢，其特征在于:该耐候钢的表面覆盖有氧化铁皮层，所述氧化铁皮层的厚度为7 ομπι，其中Fe3O4含量在80%以上，且该耐候钢的化学成份及重量含量为:C:0.ΟΓΟ.05%、Si ( 0.2%、Mn:1.5 2.0%、P 彡 0.02%、S 彡 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。

　　2.根据权利要求1所述的高强度耐候钢，其特征在于:所述氧化铁皮层的厚度为7 9 μ m。

　　3.根据权利要求1或2所述的高强度耐候钢，其特征在于:该耐候钢的化学成份及重量含量为:C:0.02 0.04%、Si ( 0.2%、Mn:1.5 2.0%、P 彡 0.02%、S 彡 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。

　　4.一种权利要求1所述高强度耐候钢的制备方法，包括冶炼、连铸、板坯再加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取及精整的步骤，所述板坯的厚度为21(T260mm，其特征在于: 所述粗轧步骤中，出口温度为102(Tl06(TC，粗轧轧制道次彡3，累计变形量彡65%，并采用全道次除鳞，且粗轧所得中间坯的厚度为5(T56mm ； 所述精轧步骤中，开轧温度为94(T980°C，终轧温度为80(T85(TC，累计变形量> 80%，轧制速度> 5.5m/s ； 所述层流冷却步骤中，采用后段冷却，即空冷l(T30s后，以1(T30°C /s的水冷冷却速度冷却至卷取温度，冷却水的pH值为`7.(Γ7.8 ； 所述卷取步骤中，卷取温度为50(T55(TC，卷取后迅即以2 5°C /min的冷却速度使钢卷冷却至40(T45(TC，然后将钢卷置于保温罩内，使钢卷缓慢冷却至室温。

　　5.根据权利要求4所述高强度耐候钢的制备方法，其特征在于:所述精轧步骤中，精轧机架采用润滑轧制，精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra为0.8^2.0 μ m。

　　6.根据权利要求4或5所述高强度耐候钢的制备方法，其特征在于:所述冶炼步骤中，采用转炉炼钢-LF-RH工艺，所述转炉炼钢工艺采用铁水深脱硫和使用钙镁脱氧剂进行脱氧，所述LF工艺中LF炉采用钙处理，且钙处理前Ca/Al为0.Γθ.13，喂线速度为3.(Γ5.0m/So

　　7.根据权利要求4或5所述高强度耐候钢的制备方法，其特征在于:所述板坯再加热步骤中，加热温度为126(Tl300°C，板坯在炉内停留时间为12(Tl80min。

　　8.根据权利要求6所述高强度耐候钢的制备方法，其特征在于:所述板坯再加热步骤中，加热温度为126(Tl300°C，板坯在炉内停留时间为12(Tl80min。

　　全文摘要

　　本发明公开了一种高强度耐候钢，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C0.01~0.05%、Si≤0.2%、Mn1.5~2.0%、P≤0.02%、S≤0.008%、Cu0.2~0.4%、Ni0.2~0.4%、Cr0.4~0.7%、Mo0.15~0.50%、Nb0.02~0.04%、Ti0.015~0.025%、Als≤0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供该耐候钢的制备方法。制备的耐候钢具有良好的力学、耐候、焊接综合性能，并可在减免涂装情况下使用。

　　文档编号C21D8/02GK103103458SQ20131005099

　　公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月17日 优先权日2013年2月17日

　　发明者刘洋, 韩斌, 杨奕, 郭爱民, 蒋扬虎, 谭文, 汪水泽 申请人:武汉钢铁(集团)公司