專利名稱：韌性優良的高耐蝕性含Cr耐候鋼的制作方法
技術領域：
本發明屬低合金鋼制造領域，涉及一種高耐蝕性含Cr耐候鋼及其制造方法。
背景技術：
耐候鋼，或稱耐大氣腐蝕鋼。在大氣服役環境條件下，鋼中各合金元素之間發生交 互作用，在表面生成以α-FeOOH為主要成分的致密銹層，其熱力學穩定，不參與鋼電化學 腐蝕的陰極還原過程。銹層內銅、鉻等元素的富集使銹層具有離子選擇性透過特性，從而顯 著提高耐候鋼的耐大氣腐蝕性能。耐候鋼因其較高的抗腐蝕性能，廣泛應用于鐵道車輛制 造行業、集裝箱制造業及橋梁工程、戶外塔架等領域。目前，國內外已就高強度耐候鋼及其制造方法申請了多項專利，如2001年 公開的“耐大氣腐蝕鋼”(CN1280207)和2005年公開的“針狀組織高強度耐候鋼及其 生產方法” (CN1609257)、日本在 1992 年公開的 “HIGH CORROSIONRESISTANT STEEL SHEE”(JP04235250A)，美國在 2001 年公開的“Ultra lowcarbon bainitic weathering steel"(US63 1 5946)等。這幾個專利(申請)所涉及低Cr耐候鋼，Cr含量一般在0. 7% 以下，其耐腐蝕性和強度較低，難以滿足實際應用的要求。1983年公開的“具有良好耐候性及焊接性的高強度Cr鋼”(JP58052460A)、1998 年公開的“耐蝕鋼”(JP10025550A)、2000 年公開的 “C0RR0SI0NRESISTANT STEEL IN THE SOIL” (JP2000336463)等幾個專利(申請)涉及高Cr耐候鋼，其Cr含量一般在7%以上， 多為9-14%之間，不利于降低成本，其中JP10025550A中記載的鋼種含有質量百分比含量 高達0. 45-0. 65%的C，雖然提高了鋼的強度，卻大大影響了鋼的焊接性能。2002年公開的“基體及熱影響區韌性優良的耐腐蝕鋼”(JP2002363704)、“建 筑結構用含Cr耐腐蝕鋼”(JP2002^5298)和2004年公開的“熱影響區韌性優良的耐蝕 鋼”(JP2004162119)等幾個專利(申請)所涉及的鋼種雖然降低了 Cr的含量，但為了提高 強度，這些專利(申請)中記載的鋼種還含有不等量的Mo、B、Zr、Co、W等。這些元素的添 加，一方面增加了制造成本及制造難度，另一方面對鋼板的焊接及韌性不利。由此可見，現有技術中的耐候鋼還不能完全滿足目前使用和制造的要求，需要開 發一種耐腐蝕性高耐候鋼，尤其是強度高、生產經濟的耐候鋼。
發明內容
本發明的目的在于提供一種耐候鋼，其具有高耐蝕性，可在大氣環境下服役。為實現上述目的，本發明所提供的耐候鋼，其成分質量百分比含量(wt% )為C 0. 01-0. 06、Si 0. 1-0. 4、Mn 0. 2-0. 8、P 彡 0. 01、S 彡 0. 006、Cu 0. 2-0. 5、Cr 2. 5-7. 0、 Ni 0. 2-1. 2、Al 0. 01-0. 05、K 0. 005、Ti :0. 01-0. 10，余量為 Fe 和不可避免的雜質。優選地，C:0· 02-0. 05。優選地，S彡 0. 005、Cu 0. 2-0. 4 以及 Cr 3. 0-7. 0。優選地，所述耐候鋼的屈服強度為的屈服強度為460MPa以上，這種強度范圍的耐候鋼可以用于鐵道車輛制造行業、集裝箱制造業及橋梁工程、戶外塔架等領域。優選地，所述耐候鋼的屈服強度為的屈服強度為460_540MPa，這種強度范圍的耐 候鋼特別適合于制造高強度鐵道車輛車體、橋梁及戶外塔架等。此外，本發明還提供了上述耐候鋼的一種制造方法，包括鐵水深脫S、轉爐頂底 復合吹煉、爐外精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取、精整，其中，所述板坯 再加熱的溫度在1200°C以上，所述控制軋制包括粗軋和精軋兩段軋制，所述控制冷卻以 5-200C /s的冷卻速率冷卻到550-650°C。優選地，所述粗軋控制在950°C以上，累計變形量> 80%。所述精軋的最終溫度為800-900°C，更優選地，所述精軋的最終溫度不低于 850 "C。優選地，所述板坯再加熱的溫度1200°C -1250°C。下面將進一步說明本發明。耐候鋼要求具有較高耐腐蝕能力，優選同時具有較高的強度、良好的沖擊韌性和 焊接性能。在本發明中，申請人發現，提高鋼中Cr的含量，能夠顯著提高鋼的耐大氣腐蝕性 能，如圖1所示。添加微量合金元素可以改善鋼的韌性，鋼中的微量合金元素并不是單獨發 揮作用的，申請人采用復合添加合金元素的方式，用較少的合金元素加入量獲得最佳的效 果，達到成本效益的最大化。下面將詳細說明本發明合金成分的設計。C是鋼中主要的強化元素，能夠顯著提高鋼板的強度，但較多的C對鋼板焊接、韌 性及塑性不利。低C設計在于限制了珠光體組織及其它碳化物的形成，保證鋼的顯微結構 為均相組織，避免了異相之間的電位差引起原電池腐蝕，提高了鋼的耐蝕性能。因此限定其 質量百分比含量為0.01-0. 06%。Si在鋼中具有較高的固溶度，能夠增加鋼中鐵素體體積分數，細化晶粒，因 而有利于提高韌性，但含量過高可導致焊接性能下降，因此其質量百分比含量控制在 0. 10-0. 40%。Mn具有較強的固溶強化作用，同時能夠顯著降低鋼的相變溫度，細化鋼的顯微組 織，是重要的強韌化元素。但是Mn含量過多使淬透性增大，從而導致可焊性和焊接熱影響 區韌性惡化，所以將其質量百分比含量控制在0. 2-0. 8%。S的存在將惡化鋼的耐大氣腐蝕性能，而P能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但P 含量過會高降低鋼的韌性及塑性；同時，P的存在易引起偏析。因而本發明鋼種設計采用極 低的S、P含量，其質量百分比含量分別為P彡0. 01%，S彡0. 006%。Cr對改善鋼的鈍化能力具有顯著的效果，可促進鋼表面形成致密的鈍化膜或保 護性銹層，其在銹層內的富集能有效提高銹層對腐蝕性介質的選擇性透過特性，但過高的 Cr 一方面提高了鋼板的制造成本，同時對焊接及韌性不利，所以控制其質量百分比含量在 3. 0-7. 0%之間。Ni是能夠提高強度同時改善韌性的元素，并能提高淬透性，可有效阻止Cu的熱脆 引起的網裂。由于Ni為貴重金屬元素，出于成本因素，且過高的Ni會提高氧化皮的粘附性， 壓入鋼中會在表面形成熱軋缺陷。所以其質量百分比含量限定為0. 2-1. 2%。Cu與Ni具有大體相同的作用，有固溶和沉淀強化作用，與Ni適當配比，能夠顯著 提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但過高對焊接不利，且熱軋時易發生網裂，其質量百分比含量控制在 0. 20-0. 50%。Al是鋼中添加的脫氧劑，質量百分比含量為0. 01-0. 05%的Al有利于細化晶粒， 改善鋼材的強韌性能。添加0. 01-0. 10%的Ti主要是為了抑制板壞再熱過程中的奧氏體晶粒長大，同時 在再結晶控軋過程中抑制鐵素體晶粒長大，提高鋼的韌性。N會降低鋼的韌性和焊接性能，因此控制其質量百分含量< 0. 005%。本發明所提供的制造方法中，鐵水深脫S是為了保證鋼中低的S含量；轉爐頂底復 合吹煉是為了控制鋼中的C含量。綜合考慮微合金元素碳氮化物在奧氏體中的溶解行為及加熱過程中奧氏體晶粒 長大行為，本發明特別強調板坯再加熱的溫度在1200°C以上，優選1200°C -1250°C。控 制軋制工藝分為粗軋和精軋兩段，其中，為保證再結晶細化晶粒效果，優選粗軋控制在 950°C以上，累計變形量>80%，為保證形變細化晶粒效果，優選精軋的最終溫度控制在 800-900°C，若成品厚度增加，可適當降低終軋溫度，優選地不低于850°C。此后進行控制冷 卻，以5-20°C /s的冷卻速率冷卻到550-650°C，然后經卷取，再冷卻至室溫，最后精整。相對于傳統耐候鋼，本發明具有以下優點(1)本發明鋼種具有優良的耐大氣腐蝕性能，相對于傳統耐候鋼，本鋼種的耐大氣 腐蝕性能提高了一倍以上。(2)本發明鋼種具有優良的低溫韌性，-40°C條件下沖擊功在40J以上，即使半試 樣的沖擊功也接近40J，甚至超過100J (表2)；(3)本發明鋼種可采用控軋控冷(TMCP)制造工藝生產，軋后不需要進行熱處理， 可熱軋狀態供貨，有效保證了供貨周期，降低了生產成本。(4)本發明優選鋼種屈服強度達到460MPa以上，屬于高強度耐候鋼，可取代傳統 高強耐候鋼，應用于鐵路車輛、集裝箱、橋梁及戶外塔架等領域，以降低使用和維修成本。
圖1是Cr元素對提高鋼耐候性的作用示意圖。采用50Kg真空感應爐實驗室煉制Cr的質量百分比含量在范圍內的耐 候鋼種，以普通碳鋼(Q345B,0Cr)及傳統耐候鋼(Q450NQR1,0. 5Cr)為比較例，按TB/ T2375-93(鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法)進行72h的周期浸潤循環腐蝕實驗。不 同Cr含量鋼板的相對腐蝕率如圖1所示，由此可見，相對于傳統耐候鋼，當合金鋼中Cr含 量超過3. 0%以上，鋼的耐大氣腐蝕性能有望提高1倍。本發明將在下面通過優選的具體實施方式
進行說明，應當注意的是，這些具體實 施方式僅僅是示范性的，不對本發明的范圍進行限制。
具體實施例方式實施例化學成分見表1，按照本發明鋼種的成分要求，在500kg真空感應爐上冶 鋼，鋼坯加熱溫度控制在1200-1250°C之間，粗軋溫度控制在950°C以上，變形量> 80% ； 終軋溫度800-900°C，軋后加速冷卻至550°C _650°C卷取，隨后空冷至室溫。具體的操作參 數和所得耐候鋼的力學性能見表2。成分檢測根據JIS G 1253-2002(鐵和鋼-光電發射光譜分析方法)和GB/T20124-2006 (鋼鐵氮含量測定的惰性氣體熔融熱導法)進行，拉伸 性能測試根據GB/T228-2002 (金屬材料室溫拉伸試驗方法)進行，沖擊性能測試根據GB/ T229-2007 (金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法)進行。表1本發明各實施例的化學成分)
成分CSiMnPSAlCuCrNiTiNA0.020.20.540.0080. 0040. 0370. 45. 960. 320. 0230. 0037B0.0250.290.680. 0090. 0030. 0280. 313. 460. 390. 0230. 0044C0.0270.320. 610. 010. 0030. 0360. 324. 490. 310. 0230. 0029D0.0260. 30. 790. 010. 0030. 0370. 325. 380. 30. 0230. 0035E0. 0180. 270. 330. 010. 0030. 0450. 333. 760. 310. 0260. 0046F0.050. 190.400.0090.0040. 0390. 3554. 390. 2590. 0250. 0031 表2本發明各實施例耐候鋼的力學性能
權利要求
1.一種耐候鋼，其成分質量百分比含量為 C 0. 01-0. 06Si 0. 1-0. 4 Mn 0. 2-0. 8 P 彡 0. 01 S 彡 0. 006 Cu 0. 2-0. 5 Cr 2. 5-7. 0 Ni 0. 2-1. 2 Al 0. 01-0. 05 N 彡 0. 005 Ti 0. 01-0. 10余量為Fe和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的耐候鋼，其特征在于，C0. 02-0. 05。
3.如權利要求1或2所述的耐候鋼，其特征在于，S彡0.005、Cu 0. 2-0. 4以及Cr : 3. 0-7. O0
4.如權利要求1-3任何一項所述的耐候鋼，其特征在于，所述耐候鋼的屈服強度為 460MPa 以上。
5.如權利要求1-4任何一項所述的耐候鋼，其特征在于，所述耐候鋼的屈服強度為 460-540MPao
6.制造如權利要求1-5任何一項所述的耐候鋼的方法，包括鐵水深脫S、轉爐頂底復合 吹煉、爐外精煉、連鑄、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻、卷取、精整，其中，所述板坯再加熱 的溫度在1200°C以上，所述控制軋制包括粗軋和精軋兩段軋制，所述控制冷卻以5-20°C /s 的冷卻速率冷卻到550-650°C。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述粗軋控制在950°C以上，累計變形量 彡 80%。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述精軋的最終溫度為800-900°C。
9.如權利要求6-8任何一項所述的方法，其特征在于，所述精軋的最終溫度不低于 850 "C。
10.如權利要求6-9任何一項所述的方法，其特征在于，所述板坯再加熱的溫度 12000C -1250°C。
全文摘要
本發明涉及一種高耐蝕性含Cr耐候鋼及其制造方法。所述耐候鋼的成分質量百分比含量(wt％)為C0.01-0.06、Si0.1-0.4、Mn0.2-0.8、P≤0.01、S≤0.006、Cu0.2-0.5、Cr2.5-7.0、Ni0.2-1.2、Al0.01-0.05、N≤0.005、Ti0.01-0.10，余量為Fe和不可避免的雜質。所述耐候鋼的相對腐蝕率在目前傳統耐候鋼的基礎上降低了1倍，能夠在大氣環境下服役，優選的耐候鋼具有460MPa以上的屈服強度，并且韌性優良的可滿足鐵路車輛用鋼的要求，并且達到延長服役期限，降低維修成本的目標。
文檔編號C22C38/50GK102127717SQ20101002291
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月18日 優先權日2010年1月18日
發明者宋鳳明, 屈朝霞, 李自剛, 溫東輝, 王天柱, 胡曉萍, 錢余海 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司