專利名稱：熱軋雙相耐候鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的金屬材料及其制造技術，尤其涉及一種屈服強度低、抗拉強度高、無不連續屈服現象、加工硬化指數高、均勻變形延伸率和總延伸率大、綜合力學性能及可焊性好，同時具有高耐候性，以及可以熱軋生產雙相組織的耐候鋼板及其制造方法。
背景技術：
耐候鋼是一類耐大氣腐蝕鋼種，就其成分而言，屬低碳低合金高強度鋼，因含有Cu、P等合金元素，而具有優良的耐大氣腐蝕性能，即耐候性。Cu元素對耐候性的影響最為顯著，與P元素配合下效果更佳。耐候鋼含碳量一般控制在0.12％以下，由于含碳量較低，一般需加入Ni、Cr、Ti等合金元素以獲得適當的強度。目前，我國鐵路客、貨車輛車體的結構件主要由耐候鋼板經冷沖壓、焊接制成，隨著對車輛高速化、輕量化的要求日益迫切，用于制造車輛的板材不僅要求具有良好的耐候性，以滿足車輛經受風吹雨打、陽光暴曬以及溫度變化大的惡劣服役條件，同時，還要求所用板材既具有較高的強度，從而可以大幅度減小板厚，降低車輛自重，且具有較高的塑性和較大的加工硬化指數，以滿足加工制造過程中對板材冷成形工藝性的要求。
由低碳鋼或低合金高強度鋼經臨界區熱處理或控制軋制而得到的、主要由鐵素體(F)和少量轉變相(一般為馬氏體，M)所組成的鋼叫雙相鋼。實際上第二相還可能含有貝氏體、殘余奧氏體及碳化物等相，但由于這些相的含量均很少，故一般稱之為馬氏體雙相鋼，簡稱雙相鋼。雙相鋼具有高的抗拉強度、低的屈強比、無不連續屈服現象、初始加工硬化速率高以及強度和延性匹配好等特點，這不僅解決了沖壓構件長期存在的冷成形性與強度之間的矛盾，而且可使構件的重量大大減小。可見，將傳統耐候鋼板材雙相化，使之成為雙相耐候鋼，是車體材料創新的重要途徑之一。
鐵道部工業總公司所屬車輛廠每年制造貨車15000-20000輛，其中敞車約10000輛，棚車約4000輛，平車和罐車各約2000-3000輛，客車數千輛。以C64型敝車的現行設計結構為例，制造一輛貨車的沖壓結構件需要各種規格的耐候鋼板7.747噸，而全路每年制造貨車需要耐候鋼板為116000-155000噸。如果能將耐候鋼雙相化，以雙相耐候鋼替代現行傳統耐候鋼，假設雙相化可使耐候鋼強度提高30％以上，節材率按20％計算，那么全路每年可節約鋼材23000-31000噸，將大大降低車輛制造成本。
雙相耐候鋼的采用不僅可降低車輛制造成本，減輕車體自重，為提速提供有利條件，而且還將節約運營能耗，減輕車輛對鋼軌和路基的損耗。可見，雙相耐候鋼在鐵路客、貨車輛制造上的應用有著廣闊的市場前景及十分可觀的經濟效益和社會效益。
根據制備工藝不同，雙相鋼一般分為熱處理型和熱軋型兩種，前者是通過將低碳低合金鋼加熱到雙相區而后進行淬火的熱處理方法獲得，而后者則是通過控制軋制和軋后的控制冷卻來直接獲得。由于采用熱處理法生產雙相鋼需要將鋼板重新加熱，不僅增加了生產工序，而且還需配置先進的連續爐，因而增加了雙相鋼的生產成本。而熱軋法生產雙相鋼的生產效率高，節約能源，并且產品的性能穩定。
所以，開發出在現有連鑄連軋生產線上可實現熱軋雙相化的新型雙相耐候鋼，具有重要的工程價值，同時對于相關雙相鋼的生產及開發具有一定的理論參考價值。
發明內容
本發明的第一目的在于提供一種屈服強度低、抗拉強度高、無不連續屈服現象、加工硬化指數高、均勻變形延伸率和總延伸率大、綜合力學性能及可焊性好，同時具有高耐候性；本發明的第二目的在于提供合金化處理方法，在現有耐候鋼體系基礎上開發出可實現熱軋雙相化的新一代耐候鋼；本發明的第三目的在于提供一種在鐵素體基體中引入或形成均勻彌散分布的第二相馬氏體、從而克服現有商用耐候鋼“屈強比高、加工硬化指數低、不連續屈服、強度低”的弱點，并最終通過熱軋方法制造出具有良好綜合力學性能的雙相耐候鋼板的工藝方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的熱軋雙相耐候鋼板，抗拉強度大于700MPa，屈服強度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數n值大于0.20，屈強比小于0.60，耐候性能優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區抗拉強度大于600MPa；并且鋼板中形成有基體相和第二相，基體相為鐵素體，體積分數為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分數為15％-30％，第二相均勻彌散地分布在基體相中。所述鋼板成分中含有C0.05-0.12％，Mn0.30-0.60％，Si0.30-0.60％，S0.012-0.02％，P0.05-0.15％，Cu0.1-0.4％；余量為Fe和不可避免的雜質；以上均為質量百分比。
其中，進一步含有至少一種選自下列的添加元素Mo0.1-1.5％，Cr0.2-1.0％，Ni0.1-0.3％；更進一步可以含有選自下列的添加元素V≤1.0％，Ti≤1.0％，Nb≤1.0％。
又，一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的熱軋雙相耐候鋼板，抗拉強度大于680MPa，屈服強度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數n值大于0.20，屈強比小于0.60，耐候性能優于現有商用09CuPTiRE耐候鋼，焊接熱影響區抗拉強度大于550MPa；并且鋼板中形成有基體相和第二相，基體相為鐵素體，體積分數為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分數為15％-30％，第二相均勻彌散的分布在基體相中。所述鋼板成分中含有C0.05-0.12％，Mn0.30-0.60％，Si0.30-0.60％，S0.012-0.02％，P0.05-0.15％，Cu0.1-0.4％；以上均為質量百分比。
其中，進一步含有至少一種選自下列的添加元素Mo0.1-1.5％，Ti0.001-1.0％，RE0.001-1.2％；更進一步可能含有選自下列的添加元素
V≤1.0％，Cr≤1.0％，Ni≤1.0％，Nb≤1.0％。
本發明獲得上述熱軋雙相耐候鋼板的制造方法，包括以下步驟(1)將板坯加熱至1100-1250℃，然后進行軋制，終軋溫度為820-900℃；(2)終軋后以15-40℃/s的冷卻速度冷卻至400-650℃，然后進行卷取；進一步，按照本發明的方法，在步驟(1)可以將熱軋板坯重新加熱至保溫溫度區間，也可以將連鑄坯直接冷卻到上述溫度區間，為了降低奧氏體晶粒度，也可以將保溫溫度適當降低。軋制可以采用單道次，也可以采用多道次。
步驟(2)中，可以冷卻到400-650℃，進行卷取，也可以不進行卷取而快速冷卻至室溫，以制造單張雙相耐候鋼板。
具體實施例方式
實施例1實施過程在連鑄連軋生產線上進行，合金成分為C0.11％；Mn0.50％；Si0.49％；S0.015％；P0.098％；Cr0.60％；Ni0.20％；Cu0.27％；Mo0.42％。首先，在連鑄機上鑄造板坯，經輥底爐加熱至1150℃；然后進行兩道次粗軋，再進行五道次精軋，終軋溫度為880℃；終軋后的冷卻速度為25℃/s，最后進行卷取，卷取溫度為600℃。
所得熱軋雙相耐候鋼板的性能如下抗拉強度780MPa，屈服強度420MPa，延伸率28％，加工硬化指數n值為0.21，屈強比0.54，無不連續屈服現象，焊接熱影響區抗拉強度630MPa；鹽霧試驗結果表明，熱軋雙相耐候鋼板的腐蝕率為1.37mm/a(周期為120h)，耐候能力優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實施例2實施過程在連鑄連軋生產線上進行，合金成分為C0.11％；Mn0.50％；Si0.49％；S0.015％；P0.098％；Cr0.60％；Ni0.20％；Cu0.27％；Mo0.42％。首先，在連鑄機上鑄造板坯，經輥底爐加熱至1150℃；然后進行兩道次粗軋，再進行五道次精軋，終軋溫度為860℃；終軋后的冷卻速度為26℃/s，最后進行卷取，卷取溫度為580℃。
所得熱軋雙相耐候鋼板的性能如下抗拉強度750MPa，屈服強度415MPa，延伸率26％，加工硬化指數n值為0.21，屈強比0.55，無不連續屈服現象；鹽霧試驗結果表明，熱軋雙相耐候鋼板的腐蝕率為1.26mm/a(周期為120h)，耐候能力優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實施例3實施過程在連鑄連軋生產線上進行，合金成分為C0.09％；Mn0.54％；Si0.51％；S0.012％；P0.094％；Cr0.55％；Ni0.21％；Cu0.29％；Mo0.44％；Nb0.035％；V0.03％。首先，在連鑄機上鑄造板坯，經輥底爐加熱至1200℃；然后進行兩道次粗軋，再進行五道次精軋，終軋溫度為880℃；終軋后的冷卻速度為26℃/s，最后進行卷取，卷取溫度為600℃。
所得熱軋雙相耐候鋼板的性能如下抗拉強度770MPa，屈服強度420MPa，延伸率28％，加工硬化指數n值為0.22，屈強比0.545，無不連續屈服現象；鹽霧試驗結果表明，熱軋雙相耐候鋼板的腐蝕率為1.31mm/a(周期為120h)，耐候能力優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實施例4實施過程在連鑄連軋生產線上進行，合金成分為C0.08％；Mn0.53％；Si0.49％；S0.013％；P0.01％；Cu0.27％；Mo0.40％；RE0.13％。首先，在連鑄機上鑄造板坯，經輥底爐加熱至1200℃；然后進行兩道次粗軋，再進行五道次精軋，終軋溫度為860℃；終軋后的冷卻速度為24℃/s，最后進行卷取，卷取溫度為550℃。
所得熱軋雙相耐候鋼板的性能如下抗拉強度740MPa，屈服強度410MPa，延伸率29％，加工硬化指數n值為0.21，屈強比0.554，無不連續屈服現象；鹽霧試驗結果表明，熱軋雙相耐候鋼板的腐蝕率為1.22mm/a(周期為120h)，耐候能力優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實施例5實施過程在連鑄連軋生產線上進行，合金成分為C0.07％；Mn0.55％；Si0.54％；S0.012％；P0.097％；Cu0.29％；Mo0.44％；RE0.14％；Cr0.60％；Nb0.03％。首先，在連鑄機上鑄造板坯，經輥底爐加熱至1200℃；然后進行兩道次粗軋，再進行五道次精軋，終軋溫度為860℃終軋后的冷卻速度為27℃/s，最后進行卷取，卷取溫度為570℃。
所得熱軋雙相耐候鋼板的性能如下抗拉強度760MPa，屈服強度425MPa，延伸率26％，加工硬化指數n值為0.24，屈強比0.559，無不連續屈服現象；鹽霧試驗結果表明，熱軋雙相耐候鋼板的腐蝕率為1.21mm/a(周期為120h)，耐候能力優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼。
權利要求
1.一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的熱軋雙相耐候鋼板，抗拉強度大于700MPa，屈服強度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數n值大于0.20，屈強比小于0.60，耐候性能優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區抗拉強度大于600MPa；并且鋼板中形成有基體相和第二相，基體相為鐵素體，體積分數為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分數為15％-30％，第二相均勻彌散的分布在基體相中，所述鋼板成分中含有C0.05-0.12％，Mn0.30-0.60％，Si0.30-0.60％，S0.012-0.02％，P0.05-0.15％，Cu0.1-0.4％余量為Fe和不可避免的雜質；以上均為質量百分比。
2.根據權利要求1所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其進一步含有至少一種選自下列的添加元素Mo0.1-1.5％，Cr0.2-1.0％，Ni0.1-0.3％。
3.根據權利要求1或2所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其更進一步含有至少一種選自下列的添加元素V≤1.0％，Ti≤1.0％；Nb≤1.0％。
4.一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的熱軋雙相耐候鋼板，抗拉強度大于680MPa，屈服強度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數n值大于0.20，屈強比小于0.60，耐候性能優于現有商用09CuPTiRE耐候鋼，焊接熱影響區抗拉強度大于550MPa；并且鋼板中形成有基體相和第二相，基體相為鐵素體，體積分數為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分數為15％-30％，第二相均勻彌散的分布在基體相中。所述鋼板成分中含有C0.05-0.12％，Mn0.30-0.60％，Si0.30-0.60％，S0.012-0.02％，P0.05-0.15％，Cu0.1-0.4％；以上均為質量百分比。
5.根據權利要求4所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其進一步含有至少一種選自下列的添加元素Mo0.1-1.5％，Ti0.001-1.0％，RE0.001-1.2％。
6.根據權利要求4或5所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是再進一步可以含有至少一種選自下列的添加元素V≤1.0％，Cr≤1.0％，Ni≤1.0％，Nb≤1.0％。
7.一種制造權利要求1或4所述的熱軋雙相耐候鋼板的制造方法，包括以下步驟(1)將板坯加熱至1100-1250℃，然后進行軋制，終軋溫度為820-900℃；(2)終軋后以15-40℃/s的冷卻速度冷卻至400-650℃，然后進行卷取。
8.根據權利要求7所述的熱軋雙相耐候鋼板的制造方法，其特征是其中在步驟(1)中，可以將熱軋板坯重新加熱至保溫溫度區間，也可以將連鑄坯直接冷卻到上述溫度區間；軋制可以采用單道次，也可以采用多道次。
9.根據權利要求8所述的熱軋雙相耐候鋼板的制造方法，其特征是其中在步驟(2)中，可以按15-40℃/s的冷卻速度冷卻到400-650℃，進行卷取，也可以不進行卷取而快速冷卻至室溫，以制造單張雙相耐候鋼板。
全文摘要
本發明涉及一種具有良好力學性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的熱軋雙相耐候鋼板，抗拉強度大于680MPa，屈服強度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數n值大于0.20，屈強比小于0.60，耐候性能優于現有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區抗拉強度大于550MPa；并且鋼板中形成有基體相和第二相，基體相為鐵素體，體積分數為70－85％，第二相主要是馬氏體，體積分數為15％－30％，第二相均勻彌散的分布在基體相中。所述鋼板成分中含有Fe以及0.05－0.12％C、0.05－0.15％P、0.1－0.4％Cu等元素。鋼板的制造方法為將板坯加熱至1100－1250℃，然后進行軋制，終軋溫度為820－900℃，終軋后以15－40℃/s的冷卻速度冷卻至400－650℃，然后進行卷取或快速冷卻至室溫。
文檔編號C22C38/44GK1752260SQ20051001289
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月10日 優先權日2005年10月10日
發明者廖波, 張春玲, 蔡大勇, 樊云昌, 趙田臣 申請人:燕山大學