专利名称：一种Ca加RE复合变质处理的高强耐候钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐候钢技术领域，特别是提供了一种Ca加RE复合变质处理的高强耐候钢及其制备方法。
背景技术：
最近几年来，韩国和日本研究发现通过钢中添加微量Ca元素，可以极大地提高耐候钢的耐蚀性能(文献出处1.K.Y.Kim，Y.H.Hwang，and J.Y.Yoo.Effect of SiliconContent on the Corrosion Properties of Calcium-Modified Weathering Steel in a ChlorideEnvironment.CORROSION，2002，Vol.58，No.7570-585；2.K.Y.Kim，Y.H.Chung，Y.H.Hwang，and J.Y.Yoo.Effect of Calcium Modification on the Electrochemical andCorrosion Properties of Weathering Steel.CORROSION，2002，Vol.58，No.6479-489)。合金元素Ca对耐大气腐蚀方面的作用主要有两点一是使得钢中形成有利于提高耐腐蚀性能的Al2O3-CaO和CaS-MnS的复合夹杂物，而这些碱性夹杂物一旦遇水就会提高钢表面的碱度，从而阻止大气中酸性物质对钢基体的近一步腐蚀，其机理为CaO+H2O→Ca2++OH-CaS+2H2O→Ca2++2OH-+H++HS-另一方面，钢中添加Ca有利于在锈层内层形成可以阻止大气腐蚀的α-FeOOH，在锈层中α-FeOOH是一种稳定致密的物质，在热力学上比β-FeOOH和γ-FeOOH更加稳定，因此α-FeOOH由于本身组织致密稳定的特性因而具有良好耐大气腐蚀性。
从国内外关于Ca变质处理耐候钢研究开发的应用现状来看，基本上是微量Ca变质处理(Ca的含量通常在20～60ppm)，进行钢的夹杂物变质，生成对钢的耐候性有利的物质，并有利于耐候钢的锈层形成可以阻止大气腐蚀的α-FeOOH。
根据国际联机检索(使用了美国Dialog系统)、国内联机检索和网络数据库检索，查找了32个有关数据库，从其存储的国内外文献和专利中通过检索、比较、分析，未见国内外有关于Ca和RE复合变质处理耐候钢的文献与专利报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ca加RE复合变质处理的高强耐候钢的方法，解决了普通Cu-P-Cr-Ni系耐候钢无法达到的耐候程度，具有很高的耐候性能。
本发明在满足强度、延伸率条件下，为了获得更好的成形性和耐蚀性，对于原有的Cu-P-Cr-Ni系耐候钢不加Cr而加入微量Nb、Ti，并添加Ca和RE复合变质处理，其合金成分如表1所示。其中Nb、Ti主要起细晶强化、析出强化的作用以满足强度和韧性，达到高强钢的水平；Ca和RE主要是变质处理作用，以提高钢的耐候性能，达到高耐候的目的。此外，北京科技大学在国家973项目“800MPa低碳贝氏体耐候钢研究”发现Nb除了起细化晶粒以外，在提高钢材耐蚀性方面是一种很好的元素，而Ca和RE一方面能提高耐蚀性能，另一方面它们还可以改变钢中夹杂物的形状，提高耐候钢的低温冲击韧性。
表1Ca和RE复合变质处理耐候钢的合金成分(wt.％)
注余量为Fe，表中RE为稀土Ce和La的混合物，其中，Ce为50％，La为50％Ca和RE复合变质处理耐候钢的生产工艺如下(1)通过电炉或转炉冶炼、精炼、板坯连铸。首先在炉中装上原料纯铁，抽真空度至10-2Torr，开始送电加功率冶炼，待溶清后5～10min充高纯氩气，之后开始加入合金元素，合金的加入顺序为Ni、P、Cu、Si全部加入料中，化完精炼10～15min后加入Mn，再加Nb、Ti，搅拌10～15min后加入Ca和RE，加Ca采用喂钙线，RE则用铝薄包着加入，起到变质处理作用，球化夹杂物，并使得钢中形成有利于提高耐腐蚀性能的复合夹杂物，接着再搅拌10～15min后连铸成板坯，板坯温度在1180～1210℃。冶炼的工艺流程如图1所示。
(2)然后连续热轧。铸坯加热(均热)温度为1180～1210℃，热轧终轧温度为880～850℃，层流冷速控制在20～30℃/s，卷取温度控制在580～650℃，最后在空气中缓冷至室温即得成品钢卷。
冶炼过程中各元素加入量为Ni0.3～0.4％，P0.08～0.10％，Cu0.45～0.55％，Si0.2～0.4％，Mn0.5～0.8％，Nb0.02～0.03％，Ti0.02～0.03％，Ca0.002～0.006％，RE0.01～0.03％；均为重量百分比。
本发明耐候钢中Ca+RE复合变质处理是本发明的主要特点，Ca元素的变化范围在20～60ppm，RE元素的含量在0.01～0.03％左右，使得其耐候性能良好，失重率最低可到达SPHC钢的35％左右。此外，Ca+RE复合变质处理耐候钢有着良好的力学性能，其屈服强度达到或超过500MPa，总延伸率超过26％。
采用该发明，Ca和RE复合变质处理耐候钢的屈服强度可达到500MPa，抗拉强度达到590MPa，总延伸超过26％，在耐候性能方面失重率约为SPHC钢的35％。其合金化成本较低，可获得高强度、高耐候性钢板，是用于生产铁路车厢、集装箱和工业设施建设的理想板材。
图1为本发明Ca+RE复合变质处理耐候钢的冶炼工艺图。
图2为本发明周期浸润实验中实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢的失重率变化曲线。
图3为本发明周期浸润实验240h时实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢的失重率对比。
图4为本发明周期浸润实验240h时B1，B2，B3的失重率对比。
具体实施例方式
通过实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢。采用德国宝莱公司的真空炉冶炼，合金的加入顺序为Ni、P、Cu、Si全部加入料中，化完精炼后10min加Mn，然后加Nb、Ti，不加Al是因为原料纯铁中含酸溶铝Als0.037％，搅拌15min后加入Ca和RE，在搅拌15min后浇注成约7Kg重的钢锭，钢锭温度在1200℃，最后冷却至室温，冷却速度控制在2.5℃/s。按Ca含量的不同炼出三炉钢，钢号为B1、B2、B3，冶炼过程中各元素加入量为Ni25g，P7g，Cu33g，Si23g，Mn35g，Nb2.5g，Ti1.6g，RE1.5g，Ca分别为0.2g、0.35g、0.5g。
然后热轧，在给铸坯加热时要考虑到耐候钢均含有Cu元素，因此在制定加热工艺时既要避开铜的熔点附近的裂纹敏感区即1083℃，又要考虑生产实际即加热能力和轧制能力，为了实现高温快烧，须在热处理炉中将钢坯加热到900℃保温30min，然后将坯放入炉温为1200℃的加热炉中，加热到1200℃，并保温1小时。终轧温度是850℃，冷却速度约控制在25℃/S，终冷温度控制在600～650℃，最终将铸坯轧制成4mm厚的钢板。为了模拟卷曲后的冷却情况，在北京科技大学热处理炉中缓冷(开始冷却温度600℃，冷速50℃/h)中缓冷4小时。
实验室试制钢的合金成分含量如表2所示，并且对实验室试制的钢板进行了力学和耐候性能的测试，其力学性能见表3，其耐候性能见表4、图2、图3、图4。
从合金成分来看，试制钢的成分控制得较好，都在设计范围以内。从力学性能看，其屈服强度都到达500MPa，且有较好的延伸率，最大可以达到30.5％。在耐候性能方面，其失重率最低约为SPHC钢的35％，而且可以看到Ca和RE复合变质处理耐候钢的失重随着Ca含量的增加而增加，Ca含量是23ppm的试制耐候钢的失重率最低。
表2实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢的合金成分(Wt.％)
注余量为Fe，表中RE为稀土Ce和La的混合物，其中，Ce为50％，La为50％表3实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢的力学性能测试结果
表4周期浸润实验中实验室试制Ca和RE复合变质处理耐候钢的失重率
注
SPHC钢是用作对比的普碳钢。
权利要求
1.一种Ca加RE复合变质处理的高强耐候钢，其特征在于，成分为C0.04～0.07％，Si0.2～0.4％，Mn0.5～0.8％，S≤0.01％，P0.08～0.10％，Cu0.45～0.55％，Ni0.3～0.4％，Nb0.02～0.03％，Ti0.02～0.03％，Ca0.002～0.006％，RE0.01～0.03％，余量为Fe；均为重量百分比。
2.按照权利要求1所述的耐候钢，其特征在于，RE为稀土Ce和La的混合物，其中，Ce为50％，La为50％均为重量百分比。
3.一种制备权利要求1所述的耐候钢，其特征在于，工艺为(1)通过电炉或转炉冶炼、精炼、板坯连铸首先在炉中装上原料纯铁，抽真空度至10-2Torr，开始送电加功率冶炼，待溶清后5～10min充高纯氩气，之后开始加入合金元素，合金的加入顺序为Ni、P、Cu、Si全部加入料中，化完精炼10～15min后加入Mn，再加Nb、Ti，搅拌10～15min后加入Ca和RE，加Ca采用喂钙线，RE则用铝薄包着加入，起到变质处理作用，球化夹杂物，再搅拌10～15min后连铸成板坯，板坯温度在1180～1210℃；(2)连续热轧铸坯加热温度为1180～1210℃，热轧终轧温度为880～850℃，层流冷速控制在20～30℃/s，卷取温度控制在580～650℃，最后在空气中缓冷至室温为成品钢卷。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，元素加入量为Ni0.3～0.4％，P0.08～0.10％，Cu0.45～0.55％，Si0.2～0.4％，Mn0.5～0.8％，Nb0.02～0.03％，Ti0.02～0.03％，Ca0.002～0.006％，RE0.01～0.03％；均为重量百分比。
全文摘要
一种Ca加RE复合变质处理的高强耐候钢及其制备方法，属于耐候钢技术领域。耐候钢的成分为C0.04～0.07％，Si0.2～0.4％，Mn0.5～0.8％，S≤0.01％，P0.08～0.10％，Cu0.45～0.55％，Ni0.3～0.4％，Nb0.02～0.03％，Ti0.02～0.03％，Ca0.002～0.006％，RE0.01～0.03％，余量为Fe；均为重量百分比。制备工艺为通过电炉或转炉冶炼、精炼、板坯连铸，然后连续热轧。优点在于，采用该发明，Ca和RE复合变质处理耐候钢的屈服强度可达到500MPa，抗拉强度达到590MPa，总延伸超过26％，在耐候性能方面失重率约为SPHC钢的35％。其合金化成本较低，可获得高强度、高耐候性钢板，是用于生产铁路车厢、集装箱和工业设施建设的理想板材。
文档编号C22C33/04GK101092675SQ20071011954
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者康永林, 周志伟, 张建, 马玉平 申请人:北京科技大学