專利名稱：熱軋雙相耐候鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有良好力學(xué)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(shù)，尤其涉及一種屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度高、無不連續(xù)屈服現(xiàn)象、加工硬化指數(shù)高、均勻變形延伸率和總延伸率大、綜合力學(xué)性能及可焊性好，同時(shí)具有高耐候性，以及可以熱軋生產(chǎn)雙相組織的耐候鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
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(qiáng)度鋼，因含有Cu、P等合金元素，而具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，即耐候性。Cu元素對(duì)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(dāng)?shù)膹?qiáng)度。目前，我國鐵路客、貨車輛車體的結(jié)構(gòu)件主要由耐候鋼板經(jīng)冷沖壓、焊接制成，隨著對(duì)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(jīng)受風(fēng)吹雨打、陽光暴曬以及溫度變化大的惡劣服役條件，同時(shí)，還要求所用板材既具有較高的強(qiáng)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(shù)，以滿足加工制造過程中對(duì)板材冷成形工藝性的要求。
由低碳鋼或低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制而得到的、主要由鐵素體(F)和少量轉(zhuǎn)變相(一般為馬氏體，M)所組成的鋼叫雙相鋼。實(shí)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(qiáng)度、低的屈強(qiáng)比、無不連續(xù)屈服現(xiàn)象、初始加工硬化速率高以及強(qiáng)度和延性匹配好等特點(diǎn)，這不僅解決了沖壓構(gòu)件長期存在的冷成形性與強(qiáng)度之間的矛盾，而且可使構(gòu)件的重量大大減小?？梢姡瑢鹘y(tǒng)耐候鋼板材雙相化，使之成為雙相耐候鋼，是車體材料創(chuàng)新的重要途徑之一。
鐵道部工業(yè)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(shù)千輛。以C64型敝車的現(xiàn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為例，制造一輛貨車的沖壓結(jié)構(gòu)件需要各種規(guī)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(xiàn)行傳統(tǒng)耐候鋼，假設(shè)雙相化可使耐候鋼強(qiáng)度提高30％以上，節(jié)材率按20％計(jì)算，那么全路每年可節(jié)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(jié)約運(yùn)營能耗，減輕車輛對(duì)鋼軌和路基的損耗?？梢姡p相耐候鋼在鐵路客、貨車輛制造上的應(yīng)用有著廣闊的市場(chǎng)前景及十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
根據(jù)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(qū)而后進(jìn)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(chǎn)雙相鋼需要將鋼板重新加熱，不僅增加了生產(chǎn)工序，而且還需配置先進(jìn)的連續(xù)爐，因而增加了雙相鋼的生產(chǎn)成本。而熱軋法生產(chǎn)雙相鋼的生產(chǎn)效率高，節(jié)約能源，并且產(chǎn)品的性能穩(wěn)定。
所以，開發(fā)出在現(xiàn)有連鑄連軋生產(chǎn)線上可實(shí)現(xiàn)熱軋雙相化的新型雙相耐候鋼，具有重要的工程價(jià)值，同時(shí)對(duì)于相關(guān)雙相鋼的生產(chǎn)及開發(fā)具有一定的理論參考價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度高、無不連續(xù)屈服現(xiàn)象、加工硬化指數(shù)高、均勻變形延伸率和總延伸率大、綜合力學(xué)性能及可焊性好，同時(shí)具有高耐候性；本發(fā)明的第二目的在于提供合金化處理方法，在現(xiàn)有耐候鋼體系基礎(chǔ)上開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)熱軋雙相化的新一代耐候鋼；本發(fā)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(xiàn)有商用耐候鋼“屈強(qiáng)比高、加工硬化指數(shù)低、不連續(xù)屈服、強(qiáng)度低”的弱點(diǎn)，并最終通過熱軋方法制造出具有良好綜合力學(xué)性能的雙相耐候鋼板的工藝方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種具有良好力學(xué)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(qiáng)度大于700MPa，屈服強(qiáng)度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數(shù)n值大于0.20，屈強(qiáng)比小于0.60，耐候性能優(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)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?jǐn)?shù)為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分?jǐn)?shù)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(zhì)；以上均為質(zhì)量百分比。
其中，進(jìn)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(jìn)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(xué)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(qiáng)度大于680MPa，屈服強(qiáng)度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數(shù)n值大于0.20，屈強(qiáng)比小于0.60，耐候性能優(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPTiRE耐候鋼，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)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?jǐn)?shù)為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分?jǐn)?shù)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(zhì)量百分比。
其中，進(jìn)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(jìn)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(fā)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(jìn)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(jìn)行卷?。贿M(jìn)一步，按照本發(fā)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(qū)間，也可以將連鑄坯直接冷卻到上述溫度區(qū)間，為了降低奧氏體晶粒度，也可以將保溫溫度適當(dāng)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(jìn)行卷取，也可以不進(jìn)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(shí)施例方式
實(shí)施例1實(shí)施過程在連鑄連軋生產(chǎn)線上進(jìn)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(jī)上鑄造板坯，經(jīng)輥底爐加熱至1150℃；然后進(jìn)行兩道次粗軋，再進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度780MPa，屈服強(qiáng)度420MPa，延伸率28％，加工硬化指數(shù)n值為0.21，屈強(qiáng)比0.54，無不連續(xù)屈服現(xiàn)象，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)度630MPa；鹽霧試驗(yàn)結(jié)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(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實(shí)施例2實(shí)施過程在連鑄連軋生產(chǎn)線上進(jìn)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(jī)上鑄造板坯，經(jīng)輥底爐加熱至1150℃；然后進(jìn)行兩道次粗軋，再進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度750MPa，屈服強(qiáng)度415MPa，延伸率26％，加工硬化指數(shù)n值為0.21，屈強(qiáng)比0.55，無不連續(xù)屈服現(xiàn)象；鹽霧試驗(yàn)結(jié)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(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實(shí)施例3實(shí)施過程在連鑄連軋生產(chǎn)線上進(jìn)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(jī)上鑄造板坯，經(jīng)輥底爐加熱至1200℃；然后進(jìn)行兩道次粗軋，再進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度770MPa，屈服強(qiáng)度420MPa，延伸率28％，加工硬化指數(shù)n值為0.22，屈強(qiáng)比0.545，無不連續(xù)屈服現(xiàn)象；鹽霧試驗(yàn)結(jié)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(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實(shí)施例4實(shí)施過程在連鑄連軋生產(chǎn)線上進(jìn)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(jī)上鑄造板坯，經(jīng)輥底爐加熱至1200℃；然后進(jìn)行兩道次粗軋，再進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度740MPa，屈服強(qiáng)度410MPa，延伸率29％，加工硬化指數(shù)n值為0.21，屈強(qiáng)比0.554，無不連續(xù)屈服現(xiàn)象；鹽霧試驗(yàn)結(jié)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(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼。
實(shí)施例5實(shí)施過程在連鑄連軋生產(chǎn)線上進(jìn)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(jī)上鑄造板坯，經(jīng)輥底爐加熱至1200℃；然后進(jìn)行兩道次粗軋，再進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度760MPa，屈服強(qiáng)度425MPa，延伸率26％，加工硬化指數(shù)n值為0.24，屈強(qiáng)比0.559，無不連續(xù)屈服現(xiàn)象；鹽霧試驗(yàn)結(jié)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(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼。
權(quán)利要求
1.一種具有良好力學(xué)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(qiáng)度大于700MPa，屈服強(qiáng)度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數(shù)n值大于0.20，屈強(qiáng)比小于0.60，耐候性能優(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)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?jǐn)?shù)為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分?jǐn)?shù)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(zhì)；以上均為質(zhì)量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其更進(jìn)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(xué)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(qiáng)度大于680MPa，屈服強(qiáng)度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數(shù)n值大于0.20，屈強(qiáng)比小于0.60，耐候性能優(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPTiRE耐候鋼，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)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?jǐn)?shù)為70-85％，第二相主要是馬氏體，體積分?jǐn)?shù)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(zhì)量百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是其進(jìn)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(jù)權(quán)利要求4或5所述的熱軋雙相耐候鋼板，其特征是再進(jìn)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(quán)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(jìn)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(jìn)行卷取。
8.根據(jù)權(quán)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(qū)間，也可以將連鑄坯直接冷卻到上述溫度區(qū)間；軋制可以采用單道次，也可以采用多道次。
9.根據(jù)權(quán)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(jìn)行卷取，也可以不進(jìn)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(fā)明涉及一種具有良好力學(xué)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(qiáng)度大于680MPa，屈服強(qiáng)度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指數(shù)n值大于0.20，屈強(qiáng)比小于0.60，耐候性能優(yōu)于現(xiàn)有商用09CuPCrNi耐候鋼，焊接熱影響區(qū)抗拉強(qiáng)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?jǐn)?shù)為70－85％，第二相主要是馬氏體，體積分?jǐn)?shù)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(jìn)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(jìn)行卷取或快速冷卻至室溫。
文檔編號(hào)C22C38/44GK1752260SQ20051001289
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者廖波, 張春玲, 蔡大勇, 樊云昌, 趙田臣 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)