一种低屈强比高强耐候钢及其生产方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低屈强比高强耐候钢及其生产方法。

背景技术：

钢铁材料的腐蚀问题一直是一个世界性难题，它不仅导致金属设备及材料的报废，造成重大的经济损失，甚者带来环境污染、人员伤亡等严峻的社会问题。

现今社会研究和应用的热点产品耐候钢即一种耐大气腐蚀钢，其耐候性能为普通碳素钢的2～8倍，对腐蚀有明显的防护作用。作为新一代先进钢铁材料，耐候钢还具有免涂装、减薄降耗、省工节能等特点，因此已被广泛应用于建筑、铁道车辆、桥梁等领域。随着社会的进步和时代的发展，人们对耐候钢的需求日益增多，相应对其要求也逐渐提高。

目前大多传统耐候钢屈服强度以345mpa级别为主，强度级别较低，这制约着耐候钢的推广和应用；另一方面由于我国地震频发，强度较高的耐候钢，屈强比较高，抗震性较差，在地震中容易发生脆性破坏，不适用于建筑等领域。因此低屈强比高强耐候钢的开发具有十分重要的实用意义和经济价值。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种低屈强比高强耐候钢及其生产方法，该方法通过添加适量cu、cr、ni等化学元素来实现钢材的耐蚀性能，通过控轧控冷得到铁素体+贝氏体+珠光体组织来实现钢材高强、低屈强比的性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种低屈强比高强耐候钢，所述耐候钢化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.08～0.10%，si：0.25～0.30%，mn：1.30～1.50%，p≤0.010%，s≤0.010%，ni：0.25～0.30%，cr：0.45～0.50%，cu：0.25～0.35%，al：0.02～0.04%，nb：0.020～0.030%，ti：0.010～0.020%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

本发明所述耐候钢厚度为6～12mm；耐候钢组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

本发明所述耐候钢性能，屈服强度：428.5～444.3mpa，抗拉强度：663.2～673.3mpa，屈强比≤0.66，断后延伸率≥21%，-40℃纵向冲击功≥66j。

本发明还提供了一种低屈强比高强耐候钢的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序；所述控制轧制工序，粗轧开轧温度为1050～1150℃，粗轧单道次压下率为20～30%，精轧开轧温度为950～980℃、精轧单道次压下率为20～25%；所述控制冷却工序，冷却速率为15～20℃/s，终冷温度为610～640℃。

本发明所述铸坯加热工序，铸坯加热温度1200～1250℃，保温时间1～2h。

本发明所述控制轧制工序，粗轧开轧温度为1050～1150℃，粗轧单道次压下率为20～30%，粗轧累积压下率≥80%，粗轧终轧温度993～1088℃。

本发明所述控制轧制工序，精轧开轧温度为950～980℃，精轧单道次压下率为20～25%，精轧终轧温度为800～850℃。

本发明所述控制冷却工序，控制冷却采用层流冷却，冷却速率为15～20℃/s，终冷温度为610～640℃，之后空冷至室温。

本发明各化学成分作用及含量：

c在钢中起到固溶强化的作用，对钢的强度影响很大；但含量过高会对塑韧性、耐蚀性能等不利，因此控制含量为0.08～0.10%。

si能够起到细化晶粒的作用，有利于提高钢的韧性；但含量过高会导致焊接性能下降，因此控制含量为0.25～0.30%。

mn可以细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素；但含量过高会使钢的可焊性和焊接热影响区韧性恶化，因此控制含量为1.30～1.50%。

p、s作为有害杂质元素，分别控制其含量p≤0.010%、s≤0.010%。

ni能显著改善钢的耐蚀性能和低温韧性，同时可有效阻止cu的热脆；但成本太高，因而控制含量为0.25～0.30%。

cr能在钢表面形成致密的氧化膜，可有效提高钢的耐蚀性能，当其与cu同时加入钢中时，效果尤为明显；但含量太高会恶化钢的焊接性能，因此控制含量为0.45～0.50%。

cu能有效提高钢的耐蚀性能，但含量过高会导致钢的热脆，因此控制含量为0.25～0.35%。

al是钢中添加的脱氧剂，微含量的al有利于细化晶粒，因此控制含量为0.02～0.04%。

nb在钢中可以显著细化晶粒，提高钢的强度，但含量过高会影响韧性，因此控制含量为0.020～0.030%。

ti在钢中具有晶粒细化和沉淀强化的作用，微量ti就可提高钢的强度和低温耐冲击性能，因此控制ti含量0.010～0.020%。

本发明生产工艺设计思路：

为保证微合金元素碳氮化合物在钢中能够完全溶解，钢坯加热温度为1200～1250℃，保温时间1～2h。

为保证单相区轧制和形变及再结晶细化晶粒效果，粗轧开轧温度为1050～1150℃，粗轧终轧温度993～1088℃，单道次压下率为20～30%，累积压下率≥80%。

为保证在非再结晶区轧制和形变细化晶粒的效果，精轧开轧温度为950～980℃，精轧终轧温度为800～850℃，单道次压下率为20～25%。

为获得软相铁素体、硬相贝氏体组织，保证钢材高强、低屈强比的性能，采用层流冷却，冷却速率为15～20℃/s，返红温度为610～640℃，之后再空冷却至室温。

本发明低屈强比高强耐候钢产品标准参考gb/t19879-2015《建筑结构用钢板》；产品力学性能检测方法标准参考gb/t228.1-2010；产品耐大气腐蚀性能检测方法标准参考中华人民共和国铁道行业标准tb/t1979-2014；耐候性能检测实验根据铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法tb/t2375-1993。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过成分设计和控轧控冷工艺，保证了钢材的耐蚀性能，得到细小均匀的铁素体+贝氏体+珠光体组织，提高了钢的强韧性和抗震性。2、本发明低屈强比高强耐候钢屈服强度：428.5～444.3mpa，抗拉强度：663.2～673.3mpa，屈强比≤0.66，断后延伸率≥21%，-40℃纵向冲击功≥66j。3、本发明低屈强比高强耐候钢72h周期浸润腐蚀试验的相对腐蚀率与q345b比较≤53%，耐候性能明显优于普通碳钢。

附图说明

图1为实施例1低屈强比高强耐候钢金相组织图；

图2为实施例2低屈强比高强耐候钢金相组织图；

图3为实施例3低屈强比高强耐候钢金相组织图；

图4为实施例4低屈强比高强耐候钢金相组织图；

图5为实施例5低屈强比高强耐候钢金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1

本实施例低屈强比高强耐候钢厚度为10mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例低屈强比高强耐候钢的生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼、连铸工序：冶炼后钢水经连铸成铸坯，铸坯厚度150mm；

（2）铸坯加热工序：铸坯加热温度1200℃，保温时间2h；

（3）控制轧制工序：粗轧开轧温度为1070℃，粗轧单道次压下率分别为20.0%、24.2%、27.9%、29.9%、30.0%和29.8%，粗轧累积压下率84.9%，粗轧终轧温度1014℃；精轧开轧温度为961℃，精轧单道次压下率分别24.8%、21.8%、23.5%和23.1%，精轧终轧温度为850℃；

（4）控制冷却工序：控制冷却采用层流冷却，冷却速率为15℃/s，终冷温度为628℃，之后空冷至室温。

本实施例低屈强比高强耐候钢的力学性能见表2；与q345b耐大气腐蚀性能比较结果见表3。

本实施例低屈强比高强耐候钢的金相组织见图1，由图1可知，其组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

实施例2

本实施例低屈强比高强耐候钢厚度为6mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例低屈强比高强耐候钢的生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼、连铸工序：冶炼后钢水经连铸成铸坯，铸坯厚度150mm；

（2）铸坯加热工序：铸坯加热温度1250℃，保温时间2h；

（3）控制轧制工序：粗轧开轧温度为1150℃，粗轧单道次压下率分别为20.0%、23.3%、27.2%、28.4%、29.2%和29.4%，粗轧累积压下率84.0%，粗轧终轧温度1088℃；精轧开轧温度为980℃，精轧单道次压下率分别为24.2%、24.7%、25.0%和23.1%，精轧终轧温度为800℃；

（4）控制冷却工序：控制冷却采用层流冷却，冷却速率为20℃/s，终冷温度为614℃，之后空冷至室温。

本实施例低屈强比高强耐候钢的力学性能见表2；与q345b耐大气腐蚀性能比较结果见表3。

本实施例低屈强比高强耐候钢的金相组织见图2，由图2可知，其组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

实施例3

本实施例低屈强比高强耐候钢厚度为12mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例低屈强比高强耐候钢的生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼、连铸工序：冶炼后钢水经连铸成铸坯，铸坯厚度150mm；

（2）铸坯加热工序：铸坯加热温度1200℃，保温时间1h；

（3）控制轧制工序：粗轧开轧温度为1050℃，粗轧单道次压下率分别为20.0%、23.3%、27.2%、28.4%、29.2%和29.4%，粗轧累积压下率84.0%，粗轧终轧温度993℃；精轧开轧温度为950℃，精轧单道次压下率分别为20.8%、21.1%、24.3%和20.0%，精轧终轧温度为846℃；

（4）控制冷却工序：控制冷却采用层流冷却，冷却速率为16℃/s，终冷温度为632℃，之后空冷至室温。

本实施例低屈强比高强耐候钢的力学性能见表2；与q345b耐大气腐蚀性能比较结果见表3。

本实施例低屈强比高强耐候钢的金相组织见图3，由图3可知，其组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

实施例4

本实施例低屈强比高强耐候钢厚度为8mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例低屈强比高强耐候钢的生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼、连铸工序：冶炼后钢水经连铸成铸坯，铸坯厚度150mm；

（2）铸坯加热工序：铸坯加热温度1220℃，保温时间2h；

（3）控制轧制工序：粗轧开轧温度为1087℃，粗轧单道次压下率分别为20.0%、23.3%、27.2%、28.4%、29.2%和29.4%，粗轧累积压下率84.0%，粗轧终轧温度1031℃；精轧开轧温度为970℃，精轧单道次压下率分别为24.2%、24.7%、24.8%和22.3%，精轧终轧温度为819℃；

（4）控制冷却工序：控制冷却采用层流冷却，冷却速率为18℃/s，终冷温度为610℃，之后空冷至室温。

本实施例低屈强比高强耐候钢的力学性能见表2；与q345b耐大气腐蚀性能比较结果见表3。

本实施例低屈强比高强耐候钢的金相组织见图4，由图4可知，其组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

实施例5

本实施例低屈强比高强耐候钢厚度为9mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例低屈强比高强耐候钢的生产方法包括冶炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼、连铸工序：冶炼后钢水经连铸成铸坯，铸坯厚度150mm；

（2）铸坯加热工序：铸坯加热温度1250℃，保温时间1h；

（3）控制轧制工序：粗轧开轧温度为1122℃，粗轧单道次压下率分别为20.0%、23.3%、23.9%、24.3%、24.5%和25.0%，粗轧累积压下率80%，粗轧终轧温度1052℃；精轧开轧温度为964℃，精轧单道次压下率分别为20.0%、20.8%、22.6%、23.1%和20.4%，精轧终轧温度为825℃；

（4）控制冷却工序：控制冷却采用层流冷却，冷却速率为17℃/s，终冷温度为640℃，之后空冷至室温。

本实施例低屈强比高强耐候钢的力学性能见表2；与q345b耐大气腐蚀性能比较结果见表3。

本实施例低屈强比高强耐候钢的金相组织见图5，由图5可知，其组织为铁素体+贝氏体+珠光体组织。

表1实施例1-5低屈强比高强耐候钢的化学成分组成及含量（%）

表2实施例1-5低屈强比高强耐候钢的力学性能

表3实施例1-5低屈强比高强耐候钢耐大气腐蚀性能测试结果

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。