专利名称：：一种600MPa级热轧薄钢板及其制造方法
技术领域：
：本发明属于低合金钢
技术领域：
，具体涉及一种低成本、高强度的600MPa级热轧薄钢板及其制造方法。
背景技术：
：在集装箱制造行业，目前普遍采用345MPa级的以Cu、P、Cr、Ni为主要合金成分的具有耐大气腐蚀性能的热轧薄钢板(高耐侯钢板)制造外板和内部框架，由于这种钢的强度低，要想达到设计要求就要采用较厚的尺寸，这样就会使集装箱的自身重量增加，成本增加。现用于集装箱制造的钢板达到300万吨以上，而且伴随集装箱运输业的发展，这个行业所需要的钢材的数量也是逐年增加的。随着人们对矿产资源、能源、制造成本等问题的日益关注，集装箱轻量化、长寿命化成为一种趋势，在这种情况下，已经开始出现使用密度小的铝材料制作集装箱的苗头。但是，由于受到价位高、强度低等原因的限制，铝材还不能成为集装箱制造的主流材料，要想真正实现集装箱的轻量化，还需要从钢材入手。如果集装箱用钢板的屈服强度达到600MPa以上，就可以减少集装箱结构材料的厚度15%~40%，在保障结构的整体刚度的前提下，能够有效降低单位箱体的自重，对降低集装箱的单位用钢量、提高集装箱的运载效率、节约集装箱制造成本有着重要的现实意义。由于制造集装箱结构件时需要大量的冷弯成型过程，因此对于钢材的要求必然是强度要高，且冷弯成型性要好，能够稳定成型而不发生开裂。也就是需要钢材具有高强度、高的冷变形延展性，另外从经济方面考虑，这种集装箱钢板应具有易于生产，成本低廉的特点。现有屈服强度到600MPa以上的钢板在这方面还达不到要求。在日本特开昭63—72853号公报中，曾经公开了在高P钢中添加Nb、Ti、V、B以实现集装箱用结构材料的轻量化和长寿命化。但是这种成分体系可以保障强度、耐候性，无法保障弯曲成型的稳定性。在日本特开平3^2321号公报中曾经公开最大拉伸强度在590MPa或以上的冷加工性优良的耐候性热轧钢板的制造方法。但是，这种钢板屈服强度还是偏低，不能满足集装箱进一步轻量化的要求。在公开号CN1639371A的专利中，提出一种700MPa级的耐大气腐蚀钢板，其实例中的强度和延伸率很高，但是其设计思路中的合金很高，成本上没有优势。在轧制中，精轧的温度范围狭窄，对轧机的轧制控制要求高，生产适应性差。珠钢专利CN1785543A，提出用薄板坯连铸连轧生产高强度集装箱钢板。其适用于薄板坯，没有明确是否适用于厚板坯，具有应用的局限性，且贵金属Ni等合金成分较高，合金成本还未达到理想程度。如上所述，所期望的屈服强度在600MPa以上，延伸率高、冷弯成型性好，且具有耐大气腐蚀性能的成本低廉、适于的集装箱制造的专用钢板，过去还没有更适宜的生产技术。
发明内容本发明的目的是提供一种成本低廉、屈服强度在600MPa或以上的具有高强度、高延伸率、良好冷弯成型性的热轧耐候钢板及其制造方法。由于强度的提高，可实现钢板厚度减薄，在制造集装箱时，可以节约钢材消耗量，并大幅度减轻箱体自重，提高集装箱运输效率。本发明提出一种600MPa级热轧薄钢板，其化学成分的重量百分比为C:0.02%0.09%、Si:0.01%0.35%、Mn:0.20%~0.卯％、P:0.04%以下、S:0.005%以下、Ni:0.20%以下、Cu:0.2%~0.4%、Cr:0.30%0.45%、Als:0.005%0.050%、Ca:0.0005%~0.005%、Ti:0.02o/o0.15%且含有Nb:0%0.070%、Bs:0%0.003%中的一种或一种以上，余量为Fe以及不可避免的杂质。该钢板的生产工艺特征为对所述钢经连铸成120300mm厚度的板坯后，在1260120(TC加热均匀后、于高于104(TC的温度范围内进行粗轧，在1100100(TC开始精轧，在950880。C结束轧制、在轧后10s以内以20。C/s以上的冷却速度冷却后，在550650"C进行巻取。技术特征的详细说明(1)本发明目的是为实现集装箱的轻量化和制造成本低廉化，提供一种以中厚板坯为原料，确保屈服强度在600MPa或以上的高强度、延伸率高、冷弯成型性好，同时易于生产的、成本低廉的，产品厚度在L06.0mm的热轧耐候钢板及其制造方法。(2)本发明的重要特点之一是Ti元素的选择。Ti在本发明中是重要的微合金强化元素，除可有效细化晶粒外，其形成的低于10nm的微小TiC析出相具有很高的沉淀强化作用，可大幅度提高钢板强度。低于0.07%，沉淀强化作用不足，高于0.15%对连铸的影响增大，会导致铸坯纵裂发生率上升，因此限定其范围为0.07%0.15%。但在加入B时，由于B提高了组织强化作用，Ti的下限可以放宽到0.020%。(3)Ni是贵金属元素，其起到明显耐腐蚀作用的范围是1.0°/。以上。本发明不将Ni元素作为耐腐蚀元素，适当加入这种元素主要是为了防范板坯加热时表面Cu裂纹现象。为控制成本，限定其低于0.12%。(4)Cu是保障耐腐蚀性能的元素，其达到0.20%时，作用已接近饱和，而超过0.40%成本升高过多，所以限定其范围在0.20%0.40%。(5)Cr作为耐大气腐蚀元素与Cu配合使用，必要的量是0.30%，超过0.45%成本增加过多，因此限定其含量范围为0.30%0.45°/。。(6)C元素是强化元素，其低于0.02%时，固溶强化作用不足。超过0.09%，碳当量提高，焊接性不利，同时析出的Ti的碳化物易于粗化，降低了TiC的沉淀强化作用，因此限定其范围为0.02%0.09%。(7)Mn是强化元素，又是钢中冶炼时必然存在的元素。根据要达到的强度级别水平确定其含量范围，但使其低于0.20%对冶炼要求高，增加成本。限定其不超过0.90%，主要是考虑成本因素，并且过高也不利于焊接，延伸率等也受到影响，因此确定其范围为0.20%~0.90%。(8)Si是具有脱氧作用的元素，低于0.01%，会增加炼钢工序成本。高于0.35%，易使板坯产生难以去除的再生铁皮，影响成品钢板的表面质量。因此确定其范围为0.01%~0.35%。(9)Ca除了球化S化物，使夹杂物细小而均匀分布，减少不均匀腐蚀发生外，生成的CaS也具有改善钢板与锈层界面PH值的作用，0.0005%是其必要的量。由于S含量最高不超过0.005%，使Ca在钢中残余含量超过0.005%时，加入有难度，也没有必要。卿P易于导致偏析，对焊接性和冷弯成型性能不利。为保证焊接性要求和冷弯成型性能，本发明控制其低于0.04%。(IDS是有害元素，从力学性能上来说，自然是越低越好，但过低会导致工序成本增加，而超过0.005%使钢板产生横\纵向性能差异大，使钢板横向延伸率降低，所以限定其上限为0.005%。似Nb是细化晶粒的元素，加入其可以明显提高奥氏体未再结晶区的温度，从而减小成品的晶粒尺度，增加组织的位错密度。由于Nb需要充分固溶到奥氏体中才能起到作用，而当含量达到0.07%时其在选定的加热温度和加热时间下，固溶度基本达到饱和，再增加含量也没有作用，反而造成浪费，所以上限确定为0.07%。在本发明中，由于Ti有很强的沉淀强化作用。当冷速足够快，而且巻取温度适当时，由于Ti析出粒子的沉淀强化，即使不添加Nb，钢板的屈服强度也能够达到600MPa以上。所以仅限定其上限，对其下限不予限定。其范围为0%0.07%。(13)B是推迟铁素体转变，提高贝氏体组织强化幅度的元素。B只有以Bs形式存于钢中时才会起到作用。所以本发明中仅对Bs含量做了规定。Bs含量达到0.0005%时，将发挥有效作用，其含量超过0.003%，作用已经饱和。所以选择添加B时的范围限定为Bs:0.0005~0.003%。而当添加Ti+Nb的含量不低于0.09%时，不用添加B，钢板的屈服强度也能够达到600MPa以上。以本发明限定的成分，通过中厚板坯铸机连铸成120~300mm的板坯后，采用直接热装、冷装进入加热炉均热，通过热连轧生产线进行生产。对各阶段温度进行限定的理由如下(W)加热温度限定在120(M26(TC，是因为钢中加入较高的Ti，要使Ti充分发挥沉淀强化作用而不影响延伸率，需要其充分固溶于奥氏体中，120(TC是必要的温度，而超过126(TC，能耗升高，钢坯的氧化损失大。所以确定加热温度为12001260°C。(15)粗轧是为精轧做准备，开轧温度限定在104(TC以上，钢的塑性好，强度低，易于轧制，不会因中间坯的头尾温差而导致尺寸不良以及发生翘头、瓢曲等形状不良问题而影响下步工序的正常进行。低于1040°C，会使粗轧钢坯发生形状不良的几率增大。(16)精轧温度高于IIO(TC，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好。低于IOO(TC，则增加精轧机架的负荷，容易导致事故。在1100~1000°C进精轧机架开始轧制，即可使轧机负荷不过高，又能有效细化晶粒。(17)由于含有Ti，而且期望Ti的碳化物尽量少地在轧制过程中析出，影响最终的沉淀强化效果。确定轧制终了温度在950~880°C。终轧温度高于95(TC，晶粒细化不足，影响强化效果。低于880。C，会因轧制变形的能量贮存，诱导析出Ti的碳化物。这些先析出的碳化物较粗大，对屈服强度的贡献小，但却导致延伸率的下降。同时，终轧温度过低，轧机的负荷会增加，导致事故率上升。而钢板的横纵向性能差异也升高。(18)巻取温度确定在550650°C，因为高于650°C，相变后的铁素体仍有长大倾向而影响晶粒细化效果，并且析出的TiC沉淀相会粗大化，而降低沉淀强化效果。低于55(TC，Ti的碳化物的析出会被抑制。TiC析出相的强化作用不会充分发挥。(19)确定轧后在10s内冷却，是为了确保轧后的变形奥氏体中有足够的位错密度。这些高密度的位错是提高相变形核率的基本因素。超过10s，位错密度降低，先析出的粗大的TiC会增加，成品晶粒细化、沉淀强化的效果都会受到较大影响。冷却速度要求高于20°C/S，是因为高的冷却速度可以实现更大的相变过冷度，抑制在相界析出粗大的Ti的碳化物，并确保细化晶粒。冷速低于2(TC/s，晶界析出的粒子增加，对成品的力学性能和冷弯成型性能不利。本发明的的优点及效果在于，合金成本低，生产工艺简单易行。由于屈服强度达到600MPa以上仍然具有良好的冷成型性能，可以替代现在的345MPa级的集装箱用钢板，使结构件重量减轻15%40%。应用本发明的钢板能大幅度降低制造集装箱的钢材消耗量，从而降低集装箱的生产成本，用这种钢板制成的集装箱自重小，可以提高装载效率、降低运输成本。由于钢板还具有耐大气腐蚀性能，且抗磨、抗划、抗压能力更强，可以使集装箱具有更长的使用寿命。具体实施例方式下面介绍本发明的具体实施例方式本发明钢化学成分的重量百分比为.-C:0.02%~0.09%、Si:0.01%0.35%、Mn:0.20o/o~0.90%、P:0.04%以下、S:0.005%以下、Ni:0.20%以下、Cu:0.2%0.4%、Cr:0.30%0.45%、Als:0.005%0.050%、Ca:0.0005%0.005%、Ti:0.02%0.15%且含有Nb:0%0.070%、Bs:0%0.003。/0中的一种或一种以上，余量为Fe以及不可避免的杂质。应用上述化学成分的钢，经连铸成120~300mm厚度的板坯后，其生产工艺的特征为，在1260120(TC加热均匀后、在高于1040。C的温度范围内进行粗轧，在1100100(TC开始精轧，在95088(TC结束轧制、在轧后10s内以20'C/s以上的冷却速度冷却后，在55065(TC进行巻取。表1~3是按照上述的化学成份范围生产的几个实施例及与345、450、550MPa级耐候钢的成分、性能对比。表l实施例的成分样号熔炼化学成分，Wt%CSiMnPSAlsCuNiCaCrNbTiBs实施例10.080.010.900.010.0030.020.210.190.0010.31-0.020.0029本实施例20.050.250.250.030.0040.030.33-0.0020.41-0.100.0006发实施例30.040.130.510.020.0020.010.20-0細80.300.050.14-明实施例40.030.350.680.010遠0.020.380.070.0010.330.040.07-钢实施例50.090.220.900.040.0010.010.300.090細0.35-0.110.0015实施例60.070.180.810.020.0010.040.250.060細70.310.060.12-对G345GNHL0.070.330.440.070.0060.030.280.16-0.52---比Q450NQR10.080.191.100.010.0050.030.310.180.0010.550.040.015-钢Q550NQR10.080.241.330.010.0040.040.320.200.0010.510.050.012-(2)热轧工艺控制实施例本发明成品的厚度范围在1.0mm6.0mm，是通过平整、开平工序所生产的平板。钢板在热连轧生产线生产，具体的工艺控制实例如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种600MPa级热轧薄钢板，其特征在于，其化学成分的重量百分比为，C0.02％～0.09％、Si0.01％～0.35％、Mn0.20％～0.90％、P0.04％以下、S0.005％以下、Ni0.20％以下、Cu0.2％～0.4％、Cr0.30％～0.45％、Als0.005％～0.050％、Ca0.0005％～0.005％、Ti0.02％～0.15％，且含有Nb0％～0.070％、Bs0％～0.003％中的一种或一种以上，余量为Fe以及不可避免的杂质。2、按权利要求1所述的一种600MPa级热轧薄钢板的制造方法，其特征为对所述成分的钢在连铸成120~300mm厚度的板坯，在12601200'C加热均匀后、高于104(TC的温度范围内进行粗轧，在1100100(TC开始精轧，在95088(TC结束轧制，在轧后10s内，以20°C/s以上的冷却速度冷却，在550650。C进行巻取。全文摘要本发明公开一种600MPa级热轧薄钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分比为C0.02％～0.09％、Si0.01％～0.35％、Mn0.20％～0.90％、P0.04％以下、S0.005％以下、Ni0.20％以下、Cu0.2％～0.4％、Cr0.30％～0.45％、Als0.005％～0.050％、Ca0.0005％～0.005％、Ti0.02％～0.15％，且含有Nb0％～0.070％、Bs0％～0.003％中的一种或一种以上，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明所述钢连铸成120～300mm板坯后，在1260～1200℃加热均匀、高于1040℃的范围内粗轧，在1100～1000℃开始精轧，在950～880℃结束轧制、在轧后10s内以20℃/s以上的冷却速度冷却，550～650℃卷取。用这种钢板制造集装箱使其重量减轻15％～40％，从而降低生产成本。文档编号C22C38/54GK101550520SQ200810010899公开日2009年10月7日申请日期2008年3月31日优先权日2008年3月31日发明者刘凤莲,刘志伟,朱克永,王东明,董恩龙,谷春阳,郭晓宏申请人:鞍钢股份有限公司