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1、10申请公布号CN101994063A43申请公布日20110330CN101994063ACN101994063A21申请号200910056602822申请日20090818C22C38/50200601B21B37/7420060171申请人宝山钢铁股份有限公司地址201900上海市牡丹江路1813号南楼72发明人宋凤明温东辉李自刚钱余海屈朝霞柏明卓74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人郑立柱章承继54发明名称屈服强度在700MPA以上的耐候钢及其制造方法57摘要本发明涉及一种屈服强度在700MPA以上韧性优良的高耐蚀性含CR耐候钢及其制造方法。所述耐候钢的成分质量百分比含。
2、量WT为C002010、SI0104、MN0313、P001、S0006、CU0205、CR2510、NI0210、NB002006、AL001005、N0005、TI002010，其余为FE和不可避免的杂质。所述钢制成的钢板具有700MPA以上的屈服强度和优良的韧性，同时其相对腐蚀率在目前传统耐候钢的基础上降低了1倍，满足铁路车辆用钢提高耐腐蚀的要求，达到延长服役期限，降低维修成本的目标。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页CN101994067A1/1页21一种耐候钢，其成分质量百分比含量为C002010SI0104MN0313P0。
3、01S0006CU0205CR2510NI0210NB002006AL001005N0005TI002010余量为FE和不可避免的杂质。2制造如权利要求1所述的耐候钢的方法，包括铁水深脱S、转炉顶底复合吹炼、炉外精炼、连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却、卷取、精整，其中，所述板坯再加热的温度在1200以上，所述控制轧制包括粗轧和精轧两段轧制，所述控制冷却以1040/S的冷却速率冷却到550650。3如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粗轧控制在950以上，累计变形量80。4如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述精轧的最终温度为800900。5如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，。
4、所述精轧的最终温度不低于850。权利要求书CN101994063ACN101994067A1/5页3屈服强度在700MPA以上的耐候钢及其制造方法技术领域0001本发明属低合金钢制造领域，涉及一种屈服强度在700MPA以上的韧性优良的高耐蚀性含CR耐候钢及其制造方法。背景技术0002耐候钢，或称耐大气腐蚀钢。在大气服役环境条件下，钢中各合金元素之间发生交互作用，在表面生成以FEOOH为主要成分的致密锈层，其热力学稳定，不参与钢电化学腐蚀的阴极还原过程。锈层内铜、铬等元素的富集使锈层具有离子选择性透过特性，从而显著提高耐候钢的耐大气腐蚀性能。耐候钢因其较高的抗腐蚀性能，广泛应用于铁道车辆制造行业。
5、、集装箱制造业及桥梁工程、户外塔架等领域。0003目前，国内外已就高强度耐候钢及其制造方法申请了多项专利，如2007年公开的“一种高强度耐候钢及其生产方法”CN2006101253652、“一种高强度低合金耐大气腐蚀钢及其生产方法”CN2005101118586、日本在1992年公开的“HIGHCORROSIONRESISTANTSTEELSHEE”JP04235250A，美国在2001年公开的“ULTRALOWCARBONBAINITICWEATHERINGSTEEL”US6315946等。这几个专利申请所涉及的钢种低CR耐候钢，CR含量一般在07以下，其耐腐蚀性和强度较低，难以满足实际应用。
6、的要求。00041998年公开的“耐蚀钢”JP10025550A、2000年公开的“CORROSIONRESISTANTSTEELINTHESOIL”JP2000336463、2002年公开的“基体及热影响区韧性优良的耐腐蚀钢”JP2002363704等几个专利申请所涉及的钢种在成分上均属于高CR耐候钢，其CR含量一般在7以上，多为914之间。2002年公开的“建筑结构用含CR耐腐蚀钢”JP2002285298记载的钢种中的CR含量为510。此外，为了提高强度，这些专利申请中记载的钢种还含有不等量的MO、B、ZR、CO、W等。这些元素的添加，一方面增加了制造成本及制造难度，另一方面对钢板的焊接。
7、及韧性不利。00052004年公开的“热影响区韧性优良的耐蚀钢”JP2004162119中记载的钢种含有质量百分比含量高达045065的C，虽然提高了钢的强度，却大大影响了钢的焊接性能。0006由此可见，现有技术中的耐候钢还不能完全满足目前使用和制造的要求，需要开发一种耐腐蚀性高、强度高、生产经济的耐候钢。发明内容0007本发明的目的在于提供一种耐候钢，其韧性优良，并具有高耐蚀性高强度，可以用于铁道车辆制造行业、集装箱制造业及桥梁工程、户外塔架等领域。0008为实现上述目的，本发明所提供的耐候钢，其成分质量百分比含量WT为C002010、SI0104、MN0313、P001、S0006、CU0。
8、205、CR2510、NI0210、NB002006、AL001005、N0005、TI002010，其余为FE和不可避免的杂质。说明书CN101994063ACN101994067A2/5页40009此外，本发明还提供了上述耐候钢的一种制造方法，包括铁水深脱S、转炉顶底复合吹炼、炉外精炼、连铸、板坯再加热、控制轧制、控制冷却、卷取、精整，其中，所述板坯再加热的温度在1200以上，所述控制轧制包括粗轧和精轧两段轧制，所述控制冷却以1040/S的冷却速率冷却到550650。0010优选地，所述粗轧控制在950以上，累计变形量80；所述精轧的最终温度为800900，更优选地，所述精轧的最终温度不低。
9、于850。0011下面将进一步说明本发明。0012耐候钢要求具有较高的强度和耐腐蚀能力，同时具有良好的冲击韧性和焊接性能。在本发明中，申请人发现，提高钢中CR的含量，能够显著提高钢的耐大气腐蚀性能，如图1所示。同时，添加微量合金元素可以改善钢的韧性。钢中的微量合金元素并不是单独发挥作用的，申请人采用复合添加合金元素的方式，用较少的合金元素加入量获得最佳的效果，达到成本效益的最大化。以下将本发明合金成分的设计进行说明0013C是钢中主要的强化元素，能够显著提高钢板的强度；但较多的C对钢板焊接、韧性及塑性不利。低C设计在于限制了珠光体组织及其它碳化物的形成，保证钢的显微结构为均相组织，避免了异相之。
10、间的电位差引起原电池腐蚀，提高了钢的耐蚀性能。因此限定其质量百分比含量为002008。0014SI的含量控制在010040。SI在钢中具有较高的固溶度，能够增加钢中铁素体体积分数，细化晶粒，因而有利于提高韧性，但含量过高可导致焊接性能下降，因此其质量百分比含量控制在010040。0015MN具有较强的固溶强化作用，同时能够显著降低钢的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素。但是MN含量过多使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，所以将其质量百分比含量控制在0313。0016S的存在将恶化钢的耐大气腐蚀性能，而P能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但P含量过会高降低钢的韧性及塑性；。
11、同时，P的存在易引起偏析。因而本发明钢种设计采用极低的S、P含量，其质量百分比含量分别为P001，S0006。0017CR对改善钢的钝化能力具有显著的效果，可促进钢表面形成致密的钝化膜或保护性锈层，其在锈层内的富集能有效提高锈层对腐蚀性介质的选择性透过特性，但过高的CR一方面提高了钢板的制造成本，同时对焊接及韧性不利，所以控制其质量百分比含量在2510之间。0018NI是能够提高强度同时改善韧性的元素，并能提高淬透性，可有效阻止CU的热脆引起的网裂。由于NI为贵重金属元素，出于成本因素，且过高的NI会提高氧化皮的粘附性，压入钢中会在表面形成热轧缺陷。所以其质量百分比含量限定为0210。0019。
12、CU与NI具有大体相同的作用，有固溶和沉淀强化作用，与NI适当配比，能够显著提高钢的耐大气腐蚀性能，但过高对焊接不利，且热轧时易发生网裂，其质量百分比含量控制在020050。0020NB是强的碳化物形成元素，所形成的微细碳化物颗粒能细化组织，并产生析出强化作用，显著提高钢板的强度，但较多的NB对焊接不利，所以其质量百分比含量限定为002006。0021AL是钢中添加的脱氧剂，质量百分比含量为001005的AL有利于细化晶粒，说明书CN101994063ACN101994067A3/5页5改善钢材的强韧性能。0022添加001010的TI主要是为了抑制板坏再热过程中的奥氏体晶粒长大，同时在再结晶。
13、控轧过程中抑制铁素体晶粒长大，提高钢的韧性。0023N会降低钢的韧性和焊接性能，因此控制其质量百分含量0005。0024本发明所提供的制造方法中，铁水深脱S是为了保证钢中低的S含量；转炉顶底复合吹炼是为了控制钢中的C含量。0025综合考虑微合金元素碳氮化物在奥氏体中的溶解行为及加热过程中奥氏体晶粒长大行为，本发明特别强调板坯再加热的温度在1200以上。控制轧制工艺分为粗轧和精轧两段。其中，为保证再结晶细化晶粒效果，粗轧控制在950以上，累计变形量80；为保证形变细化晶粒效果，精轧的最终温度控制在800900，若成品厚度增加，可适当降低终轧温度，优选地不低于850。此后进行控制冷却，以1040/。
14、S的冷却速率冷却到550650，经卷取，再冷却至室温，最后精整。0026相对于传统耐候钢，本发明具有以下优点00271本发明钢种的屈服强度达到700MPA以上，属于高强度耐候钢，满足车辆降低构件自重的要求；00282中等含量合金元素CR的加入使得本发明钢种具有优良的耐大气腐蚀性能，相对于传统耐候钢，本钢种的耐大气腐蚀性能提高了一倍以上，可取代传统高强耐候钢，应用于铁路车辆、集装箱、桥梁及户外塔架等领域，以降低使用和维修成本；00293本发明钢种具有优良的低温韧性，40条件下，厚度为10MM以上的钢板的冲击功在60J以上；00304本发明钢种采用控轧控冷TMCP制造工艺生产，轧后不需要进行热处理。
15、，可热轧状态供货，有效保证了供货周期，降低了生产成本。附图说明0031图1是CR元素对提高钢耐候性的作用示意图。0032采用500KG真空感应炉实验室炼制CR的质量百分比含量在19范围内的耐候钢种，以普通碳钢Q345B，0CR及传统耐候钢Q450NQR1，05CR为比较例，按铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法TB/T237593进行72H的周期浸润循环腐蚀实验。不同CR含量钢板的相对腐蚀率如图1所示，由此可见，相对于传统耐候钢，当合金钢中CR含量超过35以后，钢的耐大气腐蚀性能有望提高1倍。具体实施方式0033按照本发明钢种的成分要求，在试验室500KG真空感应炉上冶炼本发明所述钢，各实施例的化。
16、学成分如表1所示。钢坯加热温度为1200以上，终轧温度800900，轧后冷却至550650卷取，随后空冷至室温。得到的钢的力学性能如表2所示。0034表1本发明各实施例的化学成分WT0035说明书CN101994063ACN101994067A4/5页6成分CSIMNPSALCUCRNINBTINA00260250590010003003003230030019002300035B003203065001000400240355050490038006200040C00320380350010000400230454470890048002100047D00800390950011000500。
17、150255900290038008100043E006201511500110005003704675706500540018000410036表2本发明各实施例钢的力学性能0037说明书CN101994063ACN101994067A5/5页70038以普通碳钢Q345B及高强耐候钢Q450NQR1为对比样品，按铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法TB/T237593进行72H的周期浸润循环腐蚀实验。通过计算样品单位面积腐蚀失重量求得平均腐蚀速率，进而求得钢种的相对腐蚀速率。各实施例钢种及对比钢的耐大气腐蚀性能如表3所示。0039表3本发明各实施例钢的耐大气腐蚀性能0040钢种平均腐蚀速率MG。
18、/CM2H相对腐蚀速率Q345B0480096761000Q450NQR1019749611410A011536241239596773B009856708204714478C01039275215847555D007419292154091647E0034853337238705530041按本发明钢种成分设计范围及轧制工艺控制技术所得实施例钢的屈服强度达700MPA以上，延伸率在16以上，同时具有良好的冲击韧性和较低的屈强比；耐大气腐蚀性能对比结果亦表明本发明钢种的耐大气腐蚀性能相对于传统高强耐候钢的性能要求相对腐蚀率55提高了一倍以上。因此，本发明的耐候钢可完全取代传统耐候钢和目前常用的耐候钢，应用于大气环境条件下，满足铁路车辆、集装箱制造和桥梁及户外塔架等领域的需求。说明书CN101994063ACN101994067A1/1页8图1说明书附图CN101994063A。