专利名称：耐候钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及低合金钢板制造领域，特别是涉及一种高强度、高韧性耐候钢板及其制造方法。
背景技术：
耐候钢具有优良的耐大气腐蚀性能，在一定条件下可以不用涂装，大大减少了钢结构的运行和维护成本，具有显著的环保效应。因此，耐候钢相比于普通钢在桥梁、建筑结构等大型钢结构工程的应用中具有显著的优势。美国标准将耐候性指数I大于等于6. 0的钢称之为耐候钢，而耐候性指数I是由如下公式来定义的I = 26. OlCu+3. 88Ν +1. 2Cr+l. 49Si+17. 28P-7. 29CuNi_9. lNiP-33. 39Cu2。目前应用的耐候钢强度级别通常较低，屈服强度达到690MPa级别的耐候钢较少。 虽然美国联邦公路管理局、美国钢铁协会和海军部研发了 HPS100W(屈服强度690MPa高性能耐候钢)钢种，并在美国的桥梁建设中得到了应用，但HPS 100W耐候钢中合金元素Cu、 Ni、Cr和Mo的含量非常高，例如Cu :0. 90 1. 20%,Ni :0. 65-0. 90%等。如此高的合金元素含量不仅增加制造成本，而且其提高了碳当量的值，对耐候钢的焊接性也产生了不利的影响。另外，公开号为CN 1970818A的武汉钢铁有限公司的专利申请公开了一种抗拉强度700MPa级的高强度耐候钢，其采用低温控轧+淬火回火工艺生产，采用超低碳成分，添加一定量的Cu、Cr和Ni，并添加少量的&。该耐候钢的合金元素含量较低，如C、Cu、Cr、Ni 等元素的含量均相对目前常用的345MPa级别的耐候钢少，但该耐候钢中P含量较高，其通过较高的P含量来提高耐腐蚀性能，而过高的P含量会恶化钢的韧塑性。另外，该耐候钢中 Nb含量较高，增加了制造成本，且制造工艺过程也较复杂。公开号为CN 1609257A的另一份武汉钢铁有限公司的专利申请公开了一种屈服强度485MPa级别的高强度耐候钢，该耐候钢的Cu、Cr、Ni含量较少，P含量较高，其也是通过较高的P含量来提高耐腐蚀性能。另外，该耐候钢中的Nb、V含量较高，且添加了一定量的稀土元素，增加了制造成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种耐候钢板及其制造方法，所述耐候钢板具有较高的强度和低温韧性，耐大气腐蚀性能优良，并具有较好的焊接性，可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。为解决上述问题，本发明提供一种耐候钢板，其成分的质量百分比为C:0.02 0. 10，Si 0. 10 0. 40，Mn :1. 0 1. 6，P 彡 0. 025，S ^ 0. 015，Cu 0. 20 0. 50，Cr 0. 30 0. 60,Ni 0. 10 0. 50,Mo 彡 0. 40,Nb 彡 0. 060, V 彡 0. 060, Ti 0. 010 0. 035， B ^ 0. 0030，Ca ^ 0. 0050，Al 0. 015 0. 050，其余为Fe和其他不可避免的杂质。可选地，所述耐候钢板的碳当量的值< 0. 55%。
本发明所提供的耐候钢板的成分及其质量百分比是这样选择的 本发明中C含量控制在0. 02 0. 10 %。C是钢中有效的强化组元，可以溶入基体中起到固溶强化的作用，且能够形成细小的碳化物析出粒子，起到析出强化的作用，因而C 含量不应该低于0.02%。但是，C含量过高将使钢在冷却相变过程中形成C含量高的残余奥氏体，显著恶化钢材低温冲击韧性，并且由于钢的组织不均勻性可能导致微区腐蚀过程加剧，从而降低钢的耐腐蚀性能，因而C含量的上限定为0. 10%。本发明中Si含量控制在0. 10 0.40%。Si是炼钢脱氧的必要元素之一，而且Si 可以通过固溶强化方式提高钢的强度。但Si含量不宜过高，以免恶化钢的焊接性能以及低温韧性。本发明中Mn含量控制在1. 0 1. 60%。Mn也是炼钢脱氧的必要元素之一，而且Mn 成本低廉，是提高强度的有效元素。为了实现足够高的拉伸强度，Mn含量不应低于1.0%。 此外，Mn是奥氏体稳定元素，能够扩大奥氏体区，降低过冷奥氏体的转变温度，促进钢的中低温组织转变。但Mn含量过高会对钢的焊接性能和低温韧性有不利影响，因而Mn含量的上限定为1.60%。本发明中P含量控制为< 0.025%，S含量控制为<0.015%。P能够提高钢的耐候性，但是当P含量较高时会大大恶化钢的韧塑性，因而本发明不采用高含量的P来增加耐候性，而是通过其它合金元素的合理组合来达到高的耐大气腐蚀的性能。S是钢中的有害杂质元素，含量过高会恶化钢的韧塑性、冷成型性和焊接性。因此应尽量降低钢中的P、s含量。本发明中Cu含量控制在0. 20 0. 50%。Cu也是提高钢耐候性的有效元素之一。 Cu的电化学电位比Fe高，能够使得钢板表面的铁锈致密化，促进稳定锈层的形成。为了发挥Cu提高耐大气腐蚀性能的作用，Cu含量不应低于0. 20%。但Cu含量过高时将引起钢坯在加热或热轧过程中产生裂纹，恶化钢板表面性能，因而其上限定为0. 50%。本发明中Cr含量控制在0.30 0.60%。Cr是提高钢耐候性的有效元素之一， 本发明未采用高含量的P来提高钢的耐候性，因此必须保证较高的Cr含量，其下限控制为 0.30%。另一方面，Cr含量过高将影响钢的韧性，且钢的焊接性也明显变差，因而Cr含量的上限定为0.60%。本发明中Ni含量控制在0. 10 0. 50%。Ni也是提高钢耐候性的有效元素之一， 能够促进锈层的稳定。此外，M可以防止Cu所带来的热加工脆性等问题。为了发挥这些效果，Ni含量不应低于0. 10%。但Ni为贵重元素，为了控制制造成本，因而Ni含量的上限定为0. 50%。本发明中Mo含量控制为< 0. 40%。Mo能够有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在较大冷却速度范围内形成晶体内有大量位错分布的贝氏体，产生相变强化和位错强化的作用。在高强度低合金钢中，钢板的强度随着Mo含量的增加而显著提高。但Mo元素成本较高，且可降低钢的可焊性，因而Mo含量的最大值控制在0. 40%。本发明中Nb含量控制为< 0. 060%。Nb是强碳氮化合物形成元素，通过在轧后冷却过程中析出碳氮化合物，产生细晶强化和析出强化作用来提高钢的强度。此外，Nb是提高奥氏体再结晶温度的元素，可在较高的温度下实现非再结晶区轧制，因而适当地加入Nb 能够提高钢的强度。但通常Nb含量超过0. 060%以后，其对钢的强度的提高作用较小，因而Nb含量控制为< 0. 060%。本发明中V含量控制为< 0. 060%。V也是强碳氮化合物形成元素，可在冷却相变过程中析出，进而提高钢的强度。但V含量较高时会明显恶化钢的低温韧性，尤其对焊接热影响区的低温韧性有不利影响，因而V含量控制为彡0. 060%。本发明中Ti含量控制在0. 010 0. 050 %。Ti是一种强烈的碳氮化物形成元素，其碳氮化物具有较高的熔点，对加热时奥氏体晶粒的长大有阻碍作用，而且其在轧后冷却过程中的析出将提高钢的屈服强度。另一方面，钢中的TiN或TiC粒子能显著阻止焊接热影响区的晶粒长大，从而改善其焊接接头的力学性能。因而Ti的适宜含量为0.010 0. 050%。本发明中B含量控制为< 0. 0030%。B是显著提高钢淬透性的元素，微量的B就能够有效地提高钢的强度。但B含量较高时，不仅提高强度的效果不再随之明显增加，而且 B容易在晶界发生聚集，产生脆化，因而B含量控制为< 0. 0030%。本发明中Ca含量控制为< 0. 0050%。Ca能够使钢中的夹杂物球化，从而改善钢的韧塑性。但是Ca含量超过0. 0050%容易产生粗大的夹杂物，反而会劣化焊接热影响区的韧性，因而Ca含量控制为彡0. 0050%。本发明中Al含量控制在0.015 0.050%。Al是有效脱氧元素之一，而且可形成氮化物来细化晶粒。但Al含量过高将损害钢的韧性，而且焊接热影响区的韧性也变差，因而Al含量控制在0.015 0. 050%。在本发明的钢中，上述成分之外是由!^e和不可避免的杂质元素组成。但是，也可以含有其他不妨碍其特性的微量的成分，这样的耐候钢板也包含于本发明的范围内。本发明还提供一种制造耐候钢板的方法，包括提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1100 1300°C ；将所述铸坯粗轧；将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板， 其中精轧开始温度< 950°C，精轧结束温度< 900°C ；将精轧后的钢板水冷至400 600°C ； 将所述钢板空冷至室温。可选地，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率> 50%。可选地，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率> 40%。可选地，所述铸造方法为连铸法或模铸法。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明不采用高含量的P，而是通过合理的合金成分配比，能够获得耐大气腐蚀性能好、屈服强度> 690MPa、抗拉强度> 780MPa、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板，实现了超高强度和高低温韧性的良好匹配。由于其碳当量<0. 55%，因而又具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。在本发明所提供的制造耐候钢板的方法中，采用了控制热轧温度和控制冷却温度的工艺进行生产，无需淬火和回火等热处理工序，降低了生产成本，缩短了生产周期。
图1为本发明的一个实施例的制造耐候钢板的方法流程示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。图1为本发明的一个实施例的制造耐候钢板的方法流程示意图。如图1所示， 包括执行步骤201，提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；执行步骤202，将所述铸坯加热到 1100 1300°C ；执行步骤203，将所述铸坯粗轧；执行步骤204，将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板，其中精轧开始温度< 950°C，精轧结束温度< 900°C ；执行步骤205，将精轧后的钢板水冷至400 600°C ；执行步骤206，将所述钢板空冷至室温。其中，碳当量的值与各化学成分之间的计算公式为Ceq = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。实施例1在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为C 0. 082，Si 0. 30，Mn :1· 0，P 0. 011，S 0. 005，Cu 0. 30，Cr 0. 35，Ni 0. 40，Nb 0. 045，V 0. 045，Ti 0. 015, B 0. 0010，Ca 0. 0030, Al 0. 035，其余为 Fe 和其他不可避免的杂质。本实施例中的耐候钢板的生产过程为提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1250°C;将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率> 50%;将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率>40%，其中精轧开始温度为930°C，精轧结束温度为870°C ；将精轧后的钢板水冷至550°C ；将所述钢板空
冷至室温。本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq = 0. 37%，耐候性指数I = 6. 5，屈服强度为 725Mpa，抗拉强度为835Mpa，延伸率为16%，冲击功为86J(_40°C )。实施例2在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为C 0. 032，Si 0. 19, Mn 1. 58, P 0. 012，S 0. 003，Cu 0. 25, Cr 0. 45, Ni 0. 31, Mo 0. 40，Ti 0. 024，B 0. 0025，Ca 0. 0008，Al 0. 028，其余为 Fe 和其他不可避免的杂质。本实施例中的耐候钢板的生产过程为提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1150°C ；将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率彡50% ；将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率彡40%，其中精轧开始温度为950°C，精轧结束温度为840°C ；将精轧后的钢板水冷至480°C ；将所述钢板空冷至室温。本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq = 0. 50%，耐候性指数I = 6. 1，屈服强度为 770Mpa，抗拉强度为937Mpa，延伸率为22%，冲击功为241J(_40°C )。实施例3在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为C 0. 061，Si 0. 34，Mn 1. 33，P 0. 010，S 0. 0024，Cu 0. 40，Cr 0. 55，Ni 0. 20， Nb 0. 040，V 0. 031，Ti 0. 0023，Al 0. 040，其余为Fe和其他不可避免的杂质。本实施例中的耐候钢板的生产过程为
提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1200°C;将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率> 50%;将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率>40%，其中精轧开始温度为900°C，精轧结束温度为880°C ；将精轧后的钢板水冷至500°C ；将所述钢板空
冷至室温。本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq = 0. 44%，耐候性指数I = 6. 6，屈服强度为 705Mpa，抗拉强度为872Mpa，延伸率为25%，冲击功为120J(_40°C )。实施例4在本实施例中，耐候钢板的成分的质量百分比为C 0. 041，Si 0. 20, Mn 1. 40, P :0. 012，S :0. 005，Cu :0. 35, Cr :0. 35, Ni :0. 25, Mo 0. 20，Nb 0. 025，V :0. 045，Ti :0. 018，B :0. 0017，Ca :0. 0012，Al :0. 032，其余为 Fe 和其他
不可避免的杂质。本实施例中的耐候钢板的生产过程为提供经过500kg真空感应炉冶炼并采用连铸法或模铸法铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1200°C;将所述铸坯粗轧，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率> 50%;将粗轧后的铸坯精轧，形成30cm厚钢板，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率>40%，其中精轧开始温度为850°C，精轧结束温度为810°C ；将精轧后的钢板水冷至450°C ；将所述钢板空
冷至室温。本实施例中的耐候钢板碳当量Ceq = 0. 43%，耐候性指数I = 6. 2，屈服强度为 730Mpa，抗拉强度为845Mpa，延伸率为21%，冲击功为165J(_40°C )。 本发明不采用高含量的P，而是通过合理的合金成分配比，能够获得耐大气腐蚀性能好、屈服强度> 690MPa、抗拉强度> 780MPa、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板，实现了超高强度和高低温韧性的良好匹配。由于其碳当量<0. 55%，因而又具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。在本发明所提供的制造耐候钢板的方法中，采用了控制热轧温度和控制冷却温度的工艺进行生产，无需淬火和回火等热处理工序，降低了生产成本，缩短了生产周期。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种耐候钢板，其成分的质量百分比为 C 0. 02 0. 10，Si 0. 10 0. 40，Mn 1. 0 1. 6，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，Cu 0. 20 0. 50，Cr 0. 30 0. 60，Ni 0. 10 0. 50，Mo 彡 0. 40，Nb 彡 0. 060，V 彡 0. 060，Ti 0. 010 0. 035，B ^ 0. 0030，Ca 彡 0. 0050，Al 0. 015 0. 050，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐候钢板，其特征在于，所述耐候钢板的碳当量的值彡 0. 55%。
3.—种制造权利要求1或2所述的耐候钢板的方法，包括 提供经过冶炼、铸造后得到的铸坯；将所述铸坯加热到1100 1300°C ； 将所述铸坯粗轧；将粗轧后的铸坯精轧，形成钢板，其中精轧开始温度< 950°C，精轧结束温度< 900°C ； 将精轧后的钢板水冷至400 600°C ； 将所述钢板空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸坯在粗轧过程中的累计压下率彡50%。
5.根据权利要求3或4所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸坯在精轧过程中的累计压下率> 40%。
6.根据权利要求3 5中任一项所述的耐候钢板的制造方法，其特征在于，所述铸造方法为连铸法或模铸法。
全文摘要
本发明提供一种耐候钢板，其成分的质量百分比为C0.02～0.10，Si0.10～0.40，Mn1.0～1.6，P≤0.025，S≤0.015，Cu0.20～0.50，Cr0.30～0.60，Ni0.10～0.50，Mo≤0.40，Nb≤0.060，V≤0.060，Ti0.010～0.035，B≤0.0030，Ca≤0.0050，Al0.015～0.050，其余为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还提供一种制造耐候钢板的方法。本发明通过合理的合金成分配比，能够获得耐腐蚀性能好、屈服强度和抗拉强度高、低温冲击韧性优良的高强度高韧性耐候钢板。所述钢板还具有优良的焊接性，可不预热焊接或采用较低的预热温度焊接。本发明中的钢板可广泛应用于建筑结构和桥梁等大型钢结构工程中。
文档编号C22C38/54GK102168229SQ201010113848
公开日2011年8月31日 申请日期2010年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者刘刚, 宋凤明, 柏明卓, 温东辉, 胡晓萍 申请人:宝山钢铁股份有限公司