本发明涉及一种低合金钢板，具体涉及一种用于单轨道岔的耐候钢板及其制造方法。
背景技术：
单轨交通系统主要应用在城市人口密集的地方，用来运载乘客，通常为高架，具有成本低、污染小和施工工期短的优点，且占地少，能有效利用道路中央隔离带，是改善城市交通的一个有效途径。单轨道岔是单轨铁路的专用道岔，道岔梁转辙通过电力驱动与轨道梁或另一道岔梁实现对位而形成岔道，以完成车辆行驶线路的转线需要。
单轨道岔由钢板焊接而成，其常年经受酷暑严寒和极端温差的考验，承受雨水、冰冻、酸、碱的侵蚀；除受到车轮反复碾压外，还会在工作中受到持续的磨损和挤压，同时还受到大量的冲击载荷，这就要求单轨道岔用钢具有高强度、高韧性、低屈强比、抗震和耐腐蚀性能，以及良好的焊接工艺性能。
而现有用于制造单轨道岔用的耐候钢板，大多是通过提高钢板中的p含量来提高其耐腐蚀性，忽视了钢板的韧塑性和焊接性能。且cu、cr、ni含量也相对较少，耐候性能不足，并且制造工艺也相对复杂，不能够兼顾性能和生产成本。
另外，传统道岔的生产方法均是采用热处理工艺，如cn104894484a《一种火车道岔及火车道岔用钢的制造方法》中公开一种火车道岔用钢的制造方法。该专利采了热处理方法改善成分偏析及晶粒大小不均匀带来的性能不均匀现象，但该工艺方法需要进行多次加热与保温处理，生产工艺复杂，不利于高效率组织批量生产。
在cn102839268a《一种贝氏体道岔钢轨的热处理方法》中公开一种贝氏体道岔钢轨的热处理方法使得道岔钢轨具有良好的平直度。但是该专利中的道岔钢是采用多级热处理的方法，生产工艺难以精确控制，生产难度大。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供了一种免热处理单轨道岔用耐候钢板及制备方法，解决了现有技术的缺陷，同时为单轨道岔提供一种合金成本低，焊接性能优异，同时具有超高强、高韧以及耐候性的钢板。
技术方案：本发明的免热处理单轨道岔用耐候钢板，按质量百分比，包括：c:0.03-0.16％、si:0.10-0.35％、mn:0.70-1.60％、cu:0.20-0.40％、cr:0.35-0.70％、ni:0.25-0.60％、alt:0.01-0.08％、nb:0.01-0.05％、ti:0.005-0.020％，余量为铁和无法避免的杂质。
其中，所述钢板中p的质量百分含量为:0.008-0.015％。
本发明所述的耐候钢板各成分的限定理由如下：
c：采用低碳成分设计，碳含量较高对钢的冲击韧性，尤其是上平台冲击功非常不利，且明显损害焊接性能，同时考虑到生产控制的难易程度，碳含量不能太低，故限定其含量为0.03-0.16％。
si：硅在炼钢过程中为脱氧元素，而且适量的硅能够抑制锰和磷的偏聚，并能通过固溶强化提高钢的强度，但是硅含量过高又会恶化钢的焊接性能以及低温韧性，因此限定其含量0.10-0.35％。
mn：锰在炼钢过程中同为脱氧的必要元素，同样通过固溶强化提高钢的强度，为了实现足够高的拉伸强度，锰含量不能过低，但是锰含量过高也会恶化钢的焊接性能和低温韧性，所以限定其含量0.70-1.60％。
p：磷是对耐候性能有益的元素，磷含量过低，耐候性能难以保证，但是磷含量过高，会恶化母材和焊接接头的低温韧性，特别是焊接过程中，母材中的磷会过度到焊缝中，形成共晶体，导致焊接接头冲击功降低，故限定其含量0.008-0.015％。
cu：铜能够促进钢板表面形成稳定致密的锈层，也能提高钢板的耐候性能，但是铜含量过高会引起钢板加工过程中的热脆性，恶化钢板表面性能，故而限定其含量0.20-0.40％。
cr：铬元素也能够有效提高钢的耐候性能，同样也能够产生固溶强化，但是铬过高会降低钢的韧性和焊接性能，因此限定其含量0.35-0.70％。
ni：镍也是提高钢的耐候性能的元素之一，能够促进形成稳定的锈层，并且还能够提高焊接性能，但是过多添加镍元素会显著增加成本，因此，限定其含量0.25-0.60％。
al：铝在炼钢过程中为脱氧元素，也能够降低固溶n原子数量，从而提高韧性和时效应变抗力，且形成的aln还能够细化晶粒，从而进一步降低韧脆转变温度，但是，过量添加会形成大尺寸的al2o3和aln并损害韧性；另外al可以促进铁素体转变，细化晶粒，提高焊接热影响区韧性，所以控制alt为0.01-0.08％。
nb：铌能够提高钢的强度，同时，铌还能提高奥氏体再结晶温度，可以在较高的温度下实现非再结晶区轧制，但是铌含量升高后对钢的强化作用有限，所以，其含量限定为0.01-0.05％。
所述钢板的耐候指数计算公式为：
i＝26.01(％cu)+3.88(％ni)+1.20(％cr)+1.49(％si)+17.28(％p)-7.29(％cu)(％ni)-9.10(％ni)(％p)-33.39(％cu)2，且i≥6.0％。能够保证良好的耐候性能，可以免于防腐涂装使用。
所述钢板的屈服强度rp0.2≥485mpa，抗拉强度rm≥585mpa，延伸率a≥20％，屈强比yr≤0.85，-40℃冲击功kv2≥250j。
上述免热处理单轨道岔用耐候钢板的制备方法，工序包括冶炼、精炼、连铸、加热以及轧制，且在加热工序时先利用固溶度积公式计算nb的完全固溶温度、并将铸坯加热到nb的完全固溶温度以上。
采用的固溶度积公式计算公式为nbc在奥氏体中的固溶度积公式：
lg{[nb][c]}γ＝2.96-7510/t，其中t为连铸坯的加热温度，单位k。
轧制工序中，控制轧制和控制冷却工艺制得钢板，钢板温度达到350℃-500℃时进行堆冷至200℃以下；利用钢板余热进行自回火，降低位错密度，释放内应力，同时增加析出相体积分数，调节微观组织，保证钢板强度和韧性。
有益效果：1、本发明的耐候钢板，通过采用合理的合金成分配比，在p含量较低的情况下，获得焊接性能优异，且同时具有超高强、高韧，其成分特点是耐候指数i≥6.0％，具有高耐候性；2、力学性能特点是：屈服强度rp0.2≥485mpa，抗拉强度rm≥585mpa，延伸率a≥20％，屈强比yr≤0.85，-40℃冲击功kv2≥250j；3、其焊接性能特点是：板厚40mm以下的钢板焊前不需预热，焊后不需热处理，可焊性好，能够很好的满足单轨道岔的运用；4、其工艺特点是所述的耐候钢板的制造方法，采用轧制后的余热进行自回火，降低位错密度，释放内应力，改善板形，同时调节微观组织，保证钢板强度和韧性；5、生产过程中无需热处理，降低了生产成本，缩短了生产周期。
具体实施方式
采用本发明的耐候钢板制造方法，经过冶炼、精炼、连铸、加热、轧制以及带温堆冷等工序得到耐候钢板；其中，加热工序先利用固溶度积公式计算nb的完全固溶温度，并将铸坯加热到nb的完全固溶温度以上；轧制工序中，通过控制轧制和控制冷却工艺制得钢板；钢板温度达到350-500℃时进行堆冷至200℃以下，利用钢板余热进行自回火。
其中，nbc在奥氏体中的固溶度积公式为：
lg{[nb][c]}γ＝2.96-7510/t，其中t为连铸坯的加热温度，单位k。
耐候指数与各化学成分之间的计算公式为：
i＝26.01*cu+3.88*ni+1.2*cr+1.49*si+17.28*p-7.29*cu*ni-9.1*ni*p-33.39*cu*cu。
采用上述制造方法制造4组耐候钢板，4组耐候钢板的成分以质量％计，如下：
s1：c：0.15％，si：0.15％，mn：1.10％，p：0.013％，cu：0.30％，cr：0.40％，ni：0.30％，alt：0.02％，nb：0.030％，ti：0.008％，i：6.20。
s2：c：0.04％，si：0.35％，mn：1.40％，p：0.014％，cu：0.26％，cr：0.63％，ni：0.25％，alt：0.04％，nb：0.020％，ti：0.019％，i：6.49。
s3：c：0.11％，si：0.30％，mn：0.70％，p：0.012％，cu：0.29％，cr：0.50％，ni：0.55％，alt：0.07％，nb：0.010％，ti：0.012％，i：6.90。
s4：c：0.09％，si：0.25％，mn：0.95％，p：0.009％，cu：0.45％，cr：0.35％，ni：0.48％，alt：0.03％，nb：0.050％，ti：0.015％，i：6.14。
对于上述4组成分的钢板，每组轧制2块厚度不同的样板，并且每种成分均轧制出10mm和40mm厚的样板，其制造工艺参数如表1所示。先采用公式lg{[nb][c]}γ＝2.96-7510/t计算出nb的全固溶温度，再根据该温度确定连铸坯加热温度。控制轧制控制冷却后的钢板进行带温堆冷至200℃以下。
表1单轨道岔用耐候钢板制造工艺参数
对4组钢板进行力学性能实验，实验结果如表2所示。采用本发明制得的钢板屈服强度513-551mpa，延伸率22-27％，屈强比0.79-0.84，-40℃冲击功大于290j，具有良好的强韧性、强塑性匹配。
表2单轨道岔用耐候钢板的力学性能
对40mm厚的4块样板进行焊接性能实验，结果如表3所示。焊前不预热，焊后不热处理，在50kj/cm热输入焊接下，焊接接头抗拉强度与母材值相当，焊接粗晶区-40℃低温冲击功仍保持在85j以上，冷弯性能良好，具有良好的焊接性。
表3单轨道岔用耐候钢板的焊接性能