專利名稱：：一種高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼。技術(shù)背景隨著集裝箱業(yè)的不斷發(fā)展，集裝箱制造廠家釆用了高強(qiáng)度鋼(屈服強(qiáng)度^S50MPa、抗拉強(qiáng)度^600MPa)制作出口歐、美、加的集裝箱半掛車，以降低箱體自重，增強(qiáng)抗沖擊性能，提高裝載重量。目前所用高強(qiáng)度鋼種都不具有耐候性，在強(qiáng)度增加，箱體厚度減薄的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生箱體在厚度減薄的情況下使用壽命降低的負(fù)面效應(yīng)。為了顯著提高鋼的耐大氣腐蝕性能，一般地采用在鋼中添加一定量的Cu、P等合金元素，如美國(guó)研制的高磷、銅加鎳、鉻耐大氣腐蝕鋼COR-TENA(ASTMA242)系列，其主要化學(xué)成分按重量百分比為C《0.12%,Mn:0.20—0.50%,Si:0.25~0.75%,Cu:0.25—0.60%,S《0.04%,P《0.07~0.15%,Cr:0.30-1.25%,Ni《0.65%,余為Fe。該耐大氣腐蝕鋼的屈服強(qiáng)度>345MPa，抗拉強(qiáng)度>490MPa。另外還研制了以Cr、Mn、Cu為主的COR-TENB(ASTMA588)系列耐大氣腐蝕鋼及改良型COR-TENB耐大氣腐蝕鋼，即COR-TENB-QT70(ASTMA852),該鋼碳含量為0.12-0.20°/。。在本發(fā)明申請(qǐng)之前，公開號(hào)CN1800428A的《一種經(jīng)濟(jì)型耐候鋼》專利，其成份設(shè)計(jì)在常規(guī)元素的基礎(chǔ)上，加入了耐大氣腐蝕元素Cu和P。雖然該鋼考慮了使用環(huán)境的要求，但對(duì)強(qiáng)度級(jí)別的要求較低，屈服強(qiáng)度僅有345MPa。對(duì)于目前對(duì)鋼鐵材料高強(qiáng)度級(jí)別的要求來說，該鋼的強(qiáng)度級(jí)別偏低,.使得其應(yīng)用也存在很大的局限性。另一項(xiàng)美國(guó)專利號(hào)為US6，315,946的專利，介紹一種超低碳貝氏體耐大氣腐蝕鋼(Ultralowcarbonbainiticweatheringsteel),其化學(xué)成分按重量百分比為C:0.015~0.035%;Cu:0.20~0.40%;Cr:0.40~0.70%;Ni:0,20—0.50%;Ti:0.02~0.05%;Nb:0.03~0.06%;B:0,0015~0.003%;Mn<2.0%;P<0.012%;S《0.005%;Si《0.40%;Mo<0.50%;V《0.10%;A1《0.03%;N<0.006%;余為Fe和微量雜質(zhì)。經(jīng)控軋控冷后屈服強(qiáng)度僅^450MPa,而且該專利公開文件中并沒有公開一種鋼成分中含Mo的具體方案。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種低碳-錳為基的Cu-Cr-Ni-Nb系列的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，該鋼的屈服強(qiáng)度UeL)>550MPa、抗拉強(qiáng)度(Rm)>650MPa,延伸率(A)>18%，其耐蝕性能與以前集裝箱用SPA-H鋼相當(dāng)，并具有優(yōu)良的焊接性能、冷彎成型性能及低溫沖擊韌性。為實(shí)現(xiàn)上述目的所釆用的技術(shù)方案如下一種高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，由下述重量百分比的成分組成C:0.04—0.09%、Si:0.10~0.50%、Mn:1,20~1,70%、P:<0.020%、S:《0.010%、Cu:0.20~0.60%、Cr:0.40~0.80%、Ni:0.20~0.50%、Nb:0.03~0.07%，還含有下述成分的一種或多種Mo:《0.20°/。、Ti:<0.03%、Als:《0.035%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。上述成分中，優(yōu)選采用下述重量百分比C:0.06~0.09%;Mn:1.30—1.60%;Cu+Cr+Ni:0.9%<Cu+Cr+Ni<1.6%;Ni/Cu的重量比為0.80-1.20;Nb:0.04~0.07%。上述成分中，還可以優(yōu)選下述重量百分比C:0.04~0.07%;Si:0.20~0.40%;Mn:1.50~1.70%;P:《0.020%;S:<0.010%;Cu:0.30~0.40%;Cr:0.50—0.70%;Ni:0.30—0.40%;Nb:0.05~0.06%。為提高鋼材的低溫韌性，還可以按噸鋼《200克喂入RE絲或噸鋼500800克喂入Ca-Si絲進(jìn)行處理。本發(fā)明主要合金元素含量的設(shè)定是基于以下原理本發(fā)明的碳(C)含量為0.04-0.09%,碳是鋼中不可缺少的提高鋼材強(qiáng)度的元素之一，如果溶入基體，能夠起到固溶強(qiáng)化的作用，增加碳含量會(huì)促進(jìn)形成碳化物及馬氏體。為了保證高軔性、優(yōu)良的冷成型性和焊接性能，將碳含量限制在0.09%以下，既可提高鋼的強(qiáng)度又適合生產(chǎn)操作。本發(fā)明的硅(Si)含量為0.10%-0.50%,Si主要是以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，但含量不可過高，以免降低鋼的韌性和焊接性能。本發(fā)明的錳(Mn)含量是根據(jù)產(chǎn)品軋制時(shí)的冷卻速度、規(guī)格和性能而確定的，添加1.20%~1.70%的錳，可降低奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的相變溫度，擴(kuò)大鐵碳相圖中的奧氏體區(qū)域，促進(jìn)鋼的中溫組織轉(zhuǎn)變，得到均勻的微觀組織，從而使鋼具有優(yōu)良的耐候性能，高的強(qiáng)度和優(yōu)異的低溫韌性。太高的Mn有損于鋼的軔性，而太低的Mn則不能保證鋼板的強(qiáng)度。本發(fā)明的磷(P)含量《0.020%、硫(S)含量<0.010%。較高的磷含量可以大幅度提高鋼的耐候性，但是磷在鋼中容易造成偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以，考慮到本發(fā)明鋼強(qiáng)度較高，控制磷含量<0.020%。硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜，硫還影響鋼的低溫沖擊軔性。因此，本發(fā)明應(yīng)盡量減少磷、硫元素對(duì)鋼性能的不利影響，通過對(duì)鐵水進(jìn)行深脫硫預(yù)處理、真空處理等手段，控制磷、硫含量，從而減輕其不利影響。本發(fā)明的銅(Cu)含量為0.20%~0.60%,銅能提高鋼的淬透性，在鋼中主要起固溶及沉淀強(qiáng)化作用，同時(shí)通過Cu-Cr-Ni的適當(dāng)配比，可以顯著提高鋼的耐候性能，此外還有利于獲得良好的低溫軔性，增加鋼的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力。Cu含量小于0.15%時(shí)，其沉淀強(qiáng)化作用不明顯，Cu含量大于0.60%時(shí)，鋼板焊接熱影響區(qū)軔性會(huì)降低，且在鋼坯加熱過程中易產(chǎn)生網(wǎng)裂。Cr、Ni都可以提高鋼的耐腐蝕性。鋼中同時(shí)加入幾種提高耐腐蝕性元素有特別良好的作用，含Cu鋼在腐蝕過程中，Cu、Cr、Ni等元素富集于靠近基體的金屬銹層中，降低了Fe304的結(jié)晶化程度，形成致密、接近于非晶態(tài)的穩(wěn)定銹層。此種銹層能夠阻礙帶有腐蝕性的介質(zhì)向基體滲透，使鋼的耐大氣腐蝕性能提高。同時(shí)Ni還能顯著改善鋼的低溫韌性，使基材和焊接熱影響區(qū)低溫韌性大幅度提高。Ni/Cu的重量比為0.80-1.20，Ni能有效阻止Cu的熱脆引起的網(wǎng)裂。Ni加入量小于O.10%,Ni起不到作用，但含量過高易造成鋼板氧化鐵皮難以脫落。本發(fā)明Ni的含量為0.20-0.50%，Cr的含量為0.40~0.80%。本發(fā)明的Nb含量為0.03-0.07%，Nb是強(qiáng)碳氮化物形成元素，能提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，利于本發(fā)明鋼在較高軋制溫度下進(jìn)行軋制。同時(shí)，Nb能顯著細(xì)化晶粒并提高本發(fā)明鋼的抗拉強(qiáng)度，在控軋過程中，通過抑制再結(jié)晶和阻止晶粒長(zhǎng)大，可細(xì)化奧氏體晶粒尺寸。在軋后冷卻過程中，NbC和NbN微小質(zhì)點(diǎn)析出，可起沉淀強(qiáng)化的作用。本發(fā)明鋼中還含有Ti、Mo、Als中的一種或一種以上及RE或Ca-Si。本發(fā)明的Ti含量為《0.03%,Ti是一種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，在鋼重新加熱中阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時(shí)TiN和TiC析出，可有效地釘扎奧氏體晶界，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，另外鋼板在焊接過程中，鋼中的TiN和TiC粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，從而改善鋼板焊接性能。本發(fā)明的Mo的含量為《0.20%。Mo能增加淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度。同時(shí)，Mo也能有效的提高鋼的耐腐蝕能力。但過高的Mo會(huì)使鋼的低溫韌性顯著惡化。過量的Mo也會(huì)在焊接時(shí)形成馬氏體，導(dǎo)致焊接接頭脆性的增加。故適宜的上限控制為0.20%。本發(fā)明的Als含量控制在《0.035%，Al是鋼中的主要脫氧元素。Al含量大于0.035%,將導(dǎo)致A1的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性及耐候性能。Al的熔點(diǎn)較高，在生產(chǎn)中，Al可以用來組織晶粒長(zhǎng)大。本發(fā)明鋼在生產(chǎn)中進(jìn)行稀土(RE)或硅鈣(Ca-Si)處理，其主要作用都是球化本發(fā)明鋼中硫化物夾雜，以改善鋼的橫向性能。并通過降低硫化物與周圍基體的電極電位差異以提高抗腐蝕性能。進(jìn)行稀土處理時(shí)，在鋼板表面形成一層稀土保護(hù)膜，提高鋼的耐候性能。本發(fā)明所述鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明鋼屈服強(qiáng)度UeL)>550MPa,抗拉強(qiáng)度(Rm)>650MPa,延伸率(A)>18%，屬于高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼。2、本發(fā)明鋼成份設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，鋼的成份設(shè)計(jì)為低碳_錳為基的Cu-Cr-Ni-Nb系列的無P高強(qiáng)耐候鋼，與高P耐候鋼相比，本發(fā)明鋼克服了由于強(qiáng)度提高而對(duì)成型性能的影響，因此確保了鋼具有優(yōu)良的成型性能。3、本發(fā)明鋼具有極佳的強(qiáng)軔性匹配，優(yōu)良的低溫韌性，同時(shí)具有優(yōu)良的焊接性能，可簡(jiǎn)化焊接工藝，提高焊接效率，本發(fā)明的鋼可廣泛用于制造集裝箱及其它工程用耐腐蝕構(gòu)件。根據(jù)巿場(chǎng)用非耐候高強(qiáng)度鋼制作集裝箱半掛車的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)開發(fā)出一種具有高強(qiáng)度、高耐候性、優(yōu)良成型性及焊接性的集裝箱專用鋼，其必將取代目前的非耐候高強(qiáng)度鋼。同時(shí)，隨著成型、焊接、加工工藝及設(shè)備的提高和改善，使用高強(qiáng)度耐候鋼制作集裝箱也是未來的發(fā)展趨勢(shì)。其主要目的意義在于其一，隨著用鋼強(qiáng)度提高，根據(jù)公式t產(chǎn)t^(Rell/Rel2)"2(其中t,一原用材料厚度，12—高強(qiáng)度材料厚度，Rel1—原用材料屈服強(qiáng)度，Rel2一高強(qiáng)度材料屈服強(qiáng)度)，使用高屈服點(diǎn)鋼可明顯降低鋼材厚度，減輕集裝箱重量，增強(qiáng)箱體在運(yùn)輸過程中抗沖擊能力，從而降低運(yùn)輸成本，延長(zhǎng)箱體壽命。對(duì)用戶來說，一次性少量投入增加，但提高裝載能力的效益卻是長(zhǎng)期的。其二，鋼廠大功率熱連軋機(jī)的建成投產(chǎn)又給生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼提供了有利條件，可以充分發(fā)揮大功率熱連軋機(jī)的設(shè)備優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)高級(jí)別鋼種。其三，屈服強(qiáng)度^550MPa、抗拉強(qiáng)度^650MPa高強(qiáng)度高耐候易成型集裝箱鋼有著巨大的巿場(chǎng)潛力，保守估計(jì)全國(guó)每年至少需求8萬噸。其四，可減少進(jìn)口。其五，本發(fā)明鋼還可應(yīng)用于建筑、工程機(jī)械等領(lǐng)域，利于推廣應(yīng)用。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。表1列出了本發(fā)明可用于集裝箱及其它工程用耐腐蝕構(gòu)件制造的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼的幾種具體實(shí)施例的化學(xué)成分。這幾種鋼的生產(chǎn)方法如下在煉鋼廠80噸轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行頂?shù)讖?fù)合吹煉，釆用鐵水深脫硫、脫磷技術(shù)，使鐵水中的S<0.01%，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑?、喂A1絲脫氧，爐后真空處理，使鋼中的化學(xué)成分滿足表l的要求，余量為Fe及不可避免的夾雜。連鑄在結(jié)晶器喂稀土絲或在LF爐進(jìn)行鈣處理。再將滿足表l要求的鋼水澆注成2QG~3G0mmx1300mm斷面的板坯。然后將該板坯送至熱軋廠，在2250mm軋機(jī)上釆用控軋控冷技術(shù)進(jìn)行熱連軋軋制，軋制成熱軋板(卷)。釆用控軋控冷技術(shù)進(jìn)行熱連軋生產(chǎn)時(shí)，為了充分發(fā)揮微合金元素在鋼中的作用，充分利用大功率軋機(jī)的設(shè)備能力，減少軋制道次，提高道次壓下率，先將板坯加熱至1230127(TC,使得微合金元素充分固溶，粗軋開軋溫度》115(TC,粗軋?jiān)趭W氏體再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行，由于本發(fā)明鋼添加了較高的Nb，顯著提高了鋼的再結(jié)晶溫度，便于實(shí)現(xiàn)奧氏體再結(jié)晶區(qū)高溫大壓下札制，粗軋每道次壓下率為20~30%,累計(jì)壓下率為80~90%，粗軋結(jié)束溫度為1000~1100°C;再精軋，精軋開軋溫度為950~1030°C,中間道次壓下率為20~25%,最后兩道次壓下率為10~15%,終軋溫度為820~89(TC;鋼板軋后釆用層流冷卻，冷卻速度為15~40°C/s,卷取溫度為570~640°C，制得板厚為2~12mm的熱軋板(卷)。本發(fā)明高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼熱連軋生產(chǎn)工藝參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果列于表2和表3。實(shí)施例列舉了上、中、下限三種成分的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，分別對(duì)應(yīng)于各表中的成分l、2、3,其中上、下限成分每種工藝軋制了較厚和較薄的兩種規(guī)格。從表3反映出的性能看，各成分的2~12mm厚熱軋板都能滿足屈服強(qiáng)度(ReL)>550MPa,抗拉強(qiáng)度(Rm)>650MPa,延伸率(A)>18%,同時(shí)，該鋼-40°C夏比沖擊功(AKv)>100J，d=0，180°冷彎全部合格，表明本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的成型性。表l本發(fā)明鋼的化學(xué)成分(Wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2本發(fā)明鋼熱連軋生產(chǎn)工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3本發(fā)明鋼力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注表2、3的成分1、2、3與表1中的成分1、2、3為對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)，成分1按噸鋼150克喂入RE絲，成分2按噸鋼600克喂入Ca-Si絲，成分3按噸鋼180克喂入RE絲；表3中的夏比沖擊功為折算成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣(試樣規(guī)格10xl0x55mm)的-4(TC沖擊功值的平均值。對(duì)用本發(fā)明實(shí)施例2、4、5鋼制成的熱軋板和目前國(guó)內(nèi)制造集裝箱用的SPA-H鋼進(jìn)行腐蝕率、相對(duì)耐蝕性的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表4、表5。表4腐蝕率(g/nf.h)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表5相對(duì)耐蝕性(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明實(shí)施例2、4、5鋼的耐候性，比SPA-H鋼略有提高，有效地保證了鋼板厚度減薄使用時(shí)的使用壽命。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，其特征在于由下述重量百分比的成分組成C0.04～0.09％、Si0.10～0.50％、Mn1.20～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cu0.20～0.60％、Cr0.40～0.80％、Ni0.20～0.50％、Nb0.03～0.07％，還含有下述成分的一種或多種Mo≤0.20％、Ti≤0.03％、Als≤0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，其特征在于一種或多種下述成分按下述重量百分比C:0.06-0.09%;Mn:1.30-1.60%;Cu+Cr+Ni:0.9%<Cu+Cr+Ni<1.6%;Ni/Cu的重量比為0.80-1.20;Nb:0.04~0.07%。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，其特征在于一種或多種下述成分按下述重量百分比C:0.04-0.07%;Si:0.20~0.40%;Mn:1.50—1.70%;P:《0.020%;S:《0.010%;Cu:0.30—0.40%;Cr:0.50—0.70%;Ni:0.30—0.40%;Nb:0.05~0.06%。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，其特征在于按噸鋼《200克喂入RE絲或噸鋼500-800克喂入Ca-Si絲進(jìn)行處理，以提高鋼材低溫韌性。全文摘要本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼。針對(duì)現(xiàn)在鋼存在耐候性差、厚度減薄的情況下使用壽命降低的問題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度易成型耐大氣腐蝕鋼，由下述重量百分比的成分組成C0.04～0.09％、Si0.10～0.50％、Mn1.20～1.70％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cu0.20～0.60％、Cr0.40～0.80％、Ni0.20～0.50％、Nb0.03～0.07％，還含有下述成分的一種或多種Mo≤0.20％、Ti≤0.03％、Als≤0.035％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所述鋼的屈服強(qiáng)度≥550MPa、抗拉強(qiáng)度≥650MPa，延伸率≥18％，其耐蝕性能與以前集裝箱用SPA-H鋼相當(dāng)，并具有優(yōu)良的焊接性能、冷彎成型性能及低溫沖擊韌性，利于推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)C22C38/58GK101235469SQ20081004696公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年2月28日優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日發(fā)明者劉志勇,周一中,孔勇江,宋育來,楊程,敏胡,華鄭,陳吉清,陳邦文申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司