一种贝氏体耐候钢及其生产方法

本发明属于耐候钢板制造技术领域，具体涉及一种贝氏体耐候钢及其生产方法。

背景技术：

耐候钢又称为耐大气腐蚀钢，通过在钢中添加了铜、铬、镍等元素而生成一层致密的耐候锈层，不需要涂装就能够长期抵御大气的腐蚀，相比于不锈钢成本大为降低，广泛应用于集装箱、铁路货运车厢、高速列车车厢、通讯及输电塔架、桥梁及重载汽车制造等行业。近年来，为了满足各行业增强减重与节能减排的发展需求，高强耐候钢的研发颇受瞩目，尤其是屈服强度超过690mpa的超高强度耐候钢。

对于工程材料而言，好的焊接性能往往必不可少。为了保证良好的焊接性能，往往采用低碳，甚至超低碳钢，而这不可避免地降低了材料的力学强度。过往大量研究和生产实践表明，基于钛微合金化和控轧控冷工艺的薄板坯是研发和生产低成本高强度低碳耐候钢的有效途径。同时，全球废钢产量比日益增多，铜是废钢中最主要的合金元素之一，但同时也是有效的强化元素，可以显著提高钢的力学性能，不过较高的铜含量，往往容易在生产过程中产生热裂，因此通常需要添加一定比例的镍元素抑制热裂。从环保以及成本的角度思考，可以结合钛微合金钢和铜钢的特点，发挥铜、镍、钛元素的特点，利用固溶强化、相变强化、析出强化补回钢铁因为碳含量降低而损失的力学性能，因此本发明在低碳cu-cr-ni耐候钢的体系上，通过优化成分设计和匹配合适且精简的工艺流程，高效地获得一种高强韧性的贝氏体耐候钢。

目前，国内主要厂家一般都是采用nb、mo、b、ti、v等合金元素进行强化，同时配合超快速淬火和离线回火等处理生产超高强度耐候钢，成本较高，工序长，能耗大，生产过程中的控制难度较大；相比之下，本发明生产成本较低、工序短且简单，设备损耗和能耗较小等优势。

中国专利申请号200910301054.0公开了“高强度耐大气腐蚀钢及其生产方法”，该专利化学成分的重量百分比为：c：≤0.12％，si：≤0.75％，mn：≤1.50％，p：≤0.025％，s：≤0.008％，cr：0.30～1.25％，ni：0.12～0.65％，cu：0.20～0.55％，ti：0.006～0.02％，v：0.09～0.15％，n：0.01～0.02％，nb：0.015～0.03％，余量为fe以及不可避免的杂质。其屈服强度≥575mpa，抗拉强度≥690mpa。该钢中添加了nb、v、ti等元素，成本相对较高。

中国专利申请号200610035800.2公开了“一种基于薄板坯连铸连轧工艺生产700mpa级v-n微合金化高强耐候钢板的方法”，该专利化学成分的重量百分比为：c：≤0.08％，si：0.25～0.75％，mn：0.8～2.0％，p：0.070～0.150％，s：≤0.040％，cu：0.25～0.60％，cr：0.30～1.25％，ni：≤0.65％，v：0.05～0.20％，n：0.015～0.03％。钢板的屈服强度≥700mpa。该专利采用的是薄板坯连铸连轧工艺技术，工序流程长。

中国专利申请号200910301054.0公开了“一种高强度耐大气腐蚀钢及其生产方法”，该方法制造耐大气腐蚀钢板的化学成分为c≤0.12wt％,si≤0.75wt％,mn≤l.5wt％,p≤0.025wt％,s≤0.008wt％,cr：0.30-1.25wt％，ni：o.12-0.65wt％，cu：o.2-0.55wt％，nb：0.015-0.03wt％，v：0.09-0.15wt％,ti：0.006-0.02wt％,n：0.0l-0.02wt％，其余为fe和不可避免的杂质。该方法在钢中添加nb、v等贵重合金，生产成本高。

中国专利申请号201210262485.2公开了“一种钒氮微合金化高强度耐候钢的制备方法”，该专利化学成分的重量百分比为：c：0.08％～0.13％；si：0.15％～0.20％；mn：1.55％～2.00％；s：≤0.008％；p：≤0.020％；cu：0.25％～0.50％；cr：0.50％～0.70％；ni：0.20％～0.30％；v：0.12％～0.20％；n：0.031％～0.045％；re：0.01％～0.03％；其余为铁。钢板屈服强度≥650mpa，延伸率≥15％。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种贝氏体耐候钢及其生产方法，采用传统热连轧生产线结合超快冷及回火弛豫工艺得到更优良更细密的微观组织，并具有高的强度和抗腐蚀性能，并能批量生产板形良好的薄规格耐候钢，降低了生产成本，缩短了交货周期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种贝氏体耐候钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)铁水原料进行kr脱s，然后进行稠渣和扒渣处理,铁水扒渣至铁水光亮面积≥93％，铁水终点[s]≤0.0020wt％；

(2)进行转炉冶炼，用球团矿和氧化铁皮作冷却剂，吹炼开始至吹炼终点前2min加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚≤45mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化；

(3)rh炉精炼，到rh后，钢包净空控制在400～600mm，钢水顶渣厚度应＜100mm，钢水温度为1590℃-1620℃，先进行rh轻处理：真空度≤500pa，处理时间15-20分钟，加入金属进行合金化，开启五级真空泵，进行真空循环处理15-25分钟；

(4)处理完再进入lf炉精炼，lf精炼出站前依次喂铝线和钛线或者ti合金，调整als和ti的成分；

(5)进行板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，过热度控制在10～30℃，连铸过程在结晶器进行电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0～1.4m/min，连铸坯厚度220mm-450mm；

(6)将板坯冷却到室温，扒去连铸坯表面一层表皮；

(7)送入加热炉加热，加热温度1200～1250℃，板坯出加热炉温度≥1150℃；

(8)出加热炉后进行高压水除磷；

(9)除磷后进行采用再结晶区控制轧制，10～15道次，终轧温度≥950℃，最后道次压下率≤15％；以保证厚度精确及板形良好；

(10)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为15～40℃/s，淬火终止温度为250～350℃；

(11)卷取机卷取，送入加热炉，炉温450℃-600℃，回火20-120分钟，然后空冷。

优选的，步骤(5)中进行板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其重量百分比为：c0.05-0.08％、si0.30-0.40％、mn1.00-1.60％、p≤0.015％、s≤0.005％、cu0.80-1.10％、cr0.45-0.55％、ni1.40-2.00％、ti0.10-0.14％，余量为fe和杂质。

优选的，步骤(9)中所述轧制的温区为950℃～1150℃，轧机出口厚度6～12mm。在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率，并适当延长扎后停留时间，以保证轧板奥氏体晶粒能充分再结晶和细化，

优选的，步骤(1)所述铁水原料的温度>1250℃，[s]≤0.020wt％。

优选的，步骤(2)所述萤石分批加入；单渣时每吨钢萤石加入量≤4.0kg，双渣时每吨钢≤6kg。

优选的，步骤(3)所述中五级真空泵开启3分钟内，真空度＜67pa。

优选的，步骤(3)中所述金属包括硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁合金及金属铜板。

优选的，步骤(7)所述加热的时间≥200min。

优选的，步骤(8)所述高压水的压力≥12mpa。

优选的，步骤(11)所得空冷后的卷积钢在平整机组进行开平，精整，检验。

上述的生产方法生产的贝氏体耐候钢。

步骤(11)中，钢板淬火后卷取后送入450℃-600℃的加热炉内等温20-60分钟，促进含钛第二相和富铜相的析出，实现沉淀强化。

本发明将铁水和废钢经转炉炼钢和rh+lf炉精炼后进行连铸，热轧，在线淬火，卷取空冷。具体包括：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→rh炉精炼→lf炉精炼→常规板坯连铸→冷却到室温→板坯检查→铸坯表面扒皮→加热炉→高压水除磷→粗轧→高压水除磷→再结晶区控轧→超快速冷却淬火→卷取→中温弛豫→开平→精整→检验。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明通过合理的合金化设计，通过适当提高cu、ni以大幅降低相变温度，同时避免了nb、mo、v、b等贵重合金的加入。

(2)与传统工艺相比，无需采用未再结晶区控轧工序和离线淬火等工序，降低了能耗，缩短了工艺流程，减少了贵重合金加入量，节约社会资源，降低生产成本。

(3)本发明钢材最终获得细小的贝氏体组织，屈服强度≥800mpa，断裂总延伸率≥20％，-20℃冲击功≥100j，其在3.5wt％的nacl溶液中极化后电化学参数如表1，其组织如图1。从数据来看该钢种具有良好的强韧配比及耐候性。

表1电化学参数

附图说明

图1为实施例1制备的耐候钢的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种贝氏体耐候钢的生产方法，包括步骤：

(1)将温度为1280℃、[s]为0.014％(铁水中s的质量百分比)合格铁水先进行kr脱s，脱s结束后进行扒渣处理，铁水光亮面积为95％，铁水终点[s]为0.0010％(铁水中s的质量百分比)；

(2)进行转炉冶炼，加入球团矿和氧化铁皮作冷却剂；萤石分批加入每吨钢加入量3.0kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚为42mm，转炉出钢用硅铁进行脱氧和合金化；

(3)rh炉精炼，到rh后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[o]含量，钢包净空控制在450mm，钢水顶渣厚度96mm，钢水温度为1595℃，先进行rh轻处理：真空度485pa，处理时间15分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁及金属铜板等；开启五级真空泵，进行真空循环处理20分钟；

(4)处理完再进入lf炉精炼，lf精炼出站前依次喂铝线和钛线或者ti合金，调整als和ti的成分；

(5)进行板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用耐候钢结晶器保护渣，过热度控制在18℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0m/min，连铸坯厚度220mm；

(6)将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

(7)送入炉加热，在加热炉内加热时间300min，加热温度1228℃，板坯出加热炉温度1188℃；

(8)出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力16mpa；

(9)除磷后进行采用再结晶区控制轧制，12道次，终轧温度970℃，最后道次压下率7.4％，以保证厚度精确及板形良好；

(10)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为15℃/s，淬火终止温度为305℃；

(11)卷取机卷取，送入加热炉，炉温510℃，回火40分钟，然后空冷；

(12)在平整机组进行开平，精整，检验。

本实施例中，步骤(5)中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其质量含量是：c0.06％、si0.32％、mn1.22％、p0.010％，s0.002％、cu0.89％、cr0.53％、ni1.45％、ti0.11％，余量为fe及不可避免的杂质。

经标准拉伸试验和电化学腐蚀试验检测，本所示所得产品的屈服强度816mpa，抗拉强度930mpa，断裂总延伸率22.5％，-20℃冲击功115j，电化学腐蚀电位-0.882v，腐蚀电流密度1.69×10^-5a/cm^2，腐蚀速率3.12×10^-3mm/y，其性能满足并优胜于国家标准gb/t4171-2008技术条件。

本实施例所制备耐候钢的金相组织如图1所示，组织类型为细小的板条贝氏体及少量粒状贝氏体。

实施例2

一种贝氏体耐候钢的生产方法，包括步骤：

(1)将温度为1310℃、[s]为0.012％(铁水中s的质量百分比)合格铁水先进行kr脱s，脱s结束后进行扒渣处理，铁水光亮面积为95％，铁水终点[s]为0.0010％(铁水中s的质量百分比)；

(2)进行转炉冶炼，加入球团矿和氧化铁皮作冷却剂；萤石分批加入每吨钢加入量3.5kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚为45mm，转炉出钢用硅铁进行脱氧和合金化；

(3)rh炉精炼，到rh后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[o]含量，钢包净空控制在460mm，钢水顶渣厚度90mm，钢水温度为1605℃，先进行rh轻处理：真空度480pa，处理时间15分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁及金属铜板等；开启五级真空泵，进行真空循环处理20分钟；

(4)处理完再进入lf炉精炼，lf精炼出站前依次喂铝线和钛线或者ti合金，调整als和ti的成分；

(5)进行板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用耐候钢结晶器保护渣，过热度控制在20℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.1m/min，连铸坯厚度220mm；

(6)将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

(7)送入炉加热，在加热炉内加热时间280min，加热温度1215℃，板坯出加热炉温度1180℃；

(8)出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力16mpa；

(9)除磷后进行采用再结晶区控制轧制，10道次，终轧温度990℃，最后道次压下率6.9％，以保证厚度精确及板形良好；

(10)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为20℃/s，淬火终止温度为310℃；

(11)卷取机卷取，送入加热炉，炉温510℃，回火45分钟，然后空冷；

(12)在平整机组进行开平，精整，检验。

本实施例中，步骤(5)中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其质量含量是：c0.05％、si0.38％、mn1.20％、p0.010％，s0.002％、cu1.05％、cr0.55％、ni1.86％、ti0.12％，余量为fe及不可避免的杂质。

经标准拉伸试验和电化学腐蚀试验检测，本所示所得产品的屈服强度840mpa，抗拉强度965mpa，断裂总延伸率21.5％，-20℃冲击功128j，电化学腐蚀电位-0.885v，腐蚀电流密度1.69×10^-5a/cm^2，腐蚀速率3.15×10^-3mm/y，其性能满足并优胜于国家标准gb/t4171-2008技术条件。

实施例3

一种贝氏体耐候钢的生产方法，包括步骤：

(1)将温度为1265℃、[s]为0.010％(铁水中s的质量百分比)合格铁水先进行kr脱s，脱s结束后进行扒渣处理，铁水光亮面积为95％，铁水终点[s]为0.0010％(铁水中s的质量百分比)；

(2)进行转炉冶炼，加入球团矿和氧化铁皮作冷却剂；萤石分批加入每吨钢加入量3.4kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚为46mm，转炉出钢用硅铁进行脱氧和合金化；

(3)rh炉精炼，到rh后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[o]含量，钢包净空控制在425mm，钢水顶渣厚度95mm，钢水温度为1590℃，先进行rh轻处理：真空度495pa，处理时间20分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁及金属铜板等；开启五级真空泵，进行真空循环处理20分钟；

(4)处理完再进入lf炉精炼，lf精炼出站前依次喂铝线和钛线或者ti合金，调整als和ti的成分；

(5)进行板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用耐候钢结晶器保护渣，过热度控制在22℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.2m/min，连铸坯厚度220mm；

(6)将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

(7)送入炉加热，在加热炉内加热时间300min，加热温度1210℃，板坯出加热炉温度1170℃；

(8)出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力16mpa；

(9)除磷后进行采用再结晶区控制轧制，12道次，终轧温度965℃，最后道次压下率7.8％，以保证厚度精确及板形良好；

(10)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为25℃/s，淬火终止温度为310℃；

(11)卷取机卷取，送入加热炉，炉温510℃，回火50分钟，然后空冷；

(12)在平整机组进行开平，精整，检验。

本实施例中，步骤(5)中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其质量含量是：c0.05％、si0.33％、mn1.10％、p0.010％，s0.002％、cu0.92％、cr0.48％、ni1.85％、ti0.11％，余量为fe及不可避免的杂质。

经标准拉伸试验和电化学腐蚀试验检测，本所示所得产品的屈服强度850mpa，抗拉强度955mpa，断裂总延伸率22.0％，-20℃冲击功118j，电化学腐蚀电位-0.880v，腐蚀电流密度1.69×10^-5a/cm^2，腐蚀速率3.10×10^-3mm/y，其性能满足并优胜于国家标准gb/t4171-2008技术条件。

实施例4

一种贝氏体耐候钢的生产方法，包括步骤：

(1)将温度为1265℃、[s]为0.010％(铁水中s的质量百分比)合格铁水先进行kr脱s，脱s结束后进行扒渣处理，铁水光亮面积为95％，铁水终点[s]为0.0010％(铁水中s的质量百分比)；

(2)进行转炉冶炼，加入球团矿和氧化铁皮作冷却剂；萤石分批加入每吨钢加入量3.4kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚为46mm，转炉出钢用硅铁进行脱氧和合金化；

(3)rh炉精炼，到rh后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[o]含量，钢包净空控制在425mm，钢水顶渣厚度95mm，钢水温度为1590℃，先进行rh轻处理：真空度495pa，处理时间20分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、钛铁及金属铜板等；开启五级真空泵，进行真空循环处理20分钟；

(4)处理完再进入lf炉精炼，lf精炼出站前依次喂铝线和钛线或者ti合金，调整als和ti的成分；

(5)进行板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用耐候钢结晶器保护渣，过热度控制在22℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.2m/min，连铸坯厚度220mm；

(6)将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

(7)送入炉加热，在加热炉内加热时间300min，加热温度1210℃，板坯出加热炉温度1170℃；

(8)出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力16mpa；

(9)除磷后进行采用再结晶区控制轧制，12道次，终轧温度965℃，最后道次压下率7.8％，以保证厚度精确及板形良好；

(10)轧板出轧机后采用超快冷装置淬火，冷却速率为25℃/s，淬火终止温度为310℃；

(11)卷取机卷取，送入加热炉，炉温510℃，回火50分钟，然后空冷；

(12)在平整机组进行开平，精整，检验。

本实施例中，步骤(5)中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其质量含量是：c0.05％、si0.33％、mn1.10％、p0.010％，s0.002％、cu0.92％、cr0.48％、ni1.85％、ti0.11％，余量为fe及不可避免的杂质。

经标准拉伸试验和电化学腐蚀试验检测，本所示所得产品的屈服强度855mpa，抗拉强度960mpa，断裂总延伸率22.0％，-20℃冲击功116j；电化学腐蚀电位-0.881v，腐蚀电流密度1.70×10^-5a/cm^2，腐蚀速率3.20×10^-3mm/y，其性能满足并优胜于国家标准gb/t4171-2008技术条件。

以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。