一种低碳贝氏体耐候钢及其生产方法技术

一种低碳贝氏体耐候钢及其生产方法，钢的化学成分按重量百分比为C=0.03~0.08，Si=0.50~0.80，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.005，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb≤0.020，Cu=0.50~0.80，Ni=0.50~1.00，Ca≤0.006且Ca/S≥1.5，余量为Fe和不可避免的杂质元素；并可选择性加入Mo和Cr，且Mo≤0.30%、Cr≤0.30%。该钢的微观组织由95%以上的无碳贝氏体和晶界上少量的奥氏体以及Cu‑Ni时效析出相构成，其屈服强度≥485MPa、抗拉强度≥585MPa、断后伸长率≥25%、‑40℃夏比冲击功≥120J。本发明专利技术的低碳贝氏体耐候钢钢质洁净、组织均匀、内应力低、表面质量好，具有优良的耐候性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳贝氏体耐候钢及其生产方法
本专利技术属于低合金钢生产
，特别是涉及一种低碳贝氏体耐候钢及其生产方法。
技术介绍
耐候钢，也称之为耐大气腐蚀钢，常添加少量Cu、P、Cr、Ni、Mo等合金元素。与普碳钢相比，耐候钢具有更好的耐大气腐蚀性能；而与不锈钢相比，耐候钢不仅成本大幅降低，而且其力学性能和焊接性能更容易满足各种工程上的需要。因此，耐候钢在桥梁、海工、集装箱、铁路车厢等领域应用广泛。早期对耐候钢的研究，主要关注于合金元素的添加对抗大气腐蚀能力的改善作用。如参照美国ASTMG101标准，耐大气腐蚀性指数I≥6.0，其中，I=26.01Cu+3.88Ni+1.2Cr+1.49Si+17.28P-7.29CuNi-9.1NiP-33.39CuCu；参照日本JISF标准，耐大气腐蚀性指数J>1.0，其中，J=1/[(1.0-0.16C)×(1.05-0.05Si)×(1.04-0.016Mn)×(1.0-0.5P)×(1.0+1.9S)×(1.0-0.1Cu)×(1.0-0.12Ni)×(1.0-0.3Mo)×(1.0-1.7Ti)]。并已开发了09CuPCrNi、09CuPTiRe、Q450NQR1、CortenA、ASTMA709HSP、JISG3114SMA等一系列耐候钢。其后人们开始对耐候钢的抗大气腐蚀机理进行深入研究，除探讨合金元素对钢基体自身耐候性以及对锈层组成、结构、物理化学性质的协同作用机制外，逐渐了解了组织均匀性对微电偶腐蚀的影响机制，钢的组织在相组成、夹杂、第二相析出、偏析、带状、位错等的不均匀性将造成微区电位差异，构成腐蚀微电偶，从而直接影响耐候钢的腐蚀行为及速率。目前，已公开的耐候钢生产方法的文献中，一般采用热轧或TMCP或TMCP+T工艺.如美国专利US6056833介绍了一种热机械控轧高强度低屈强比耐候钢，日本专利JP61012849介绍了热轧后快冷+自回火工艺生产的一种耐海水腐蚀低碳钢，以及采用Q+T工艺，如中国专利CN100455692C介绍了淬火+回火调质工艺生产的一种高强度耐候钢。也有以正火或退火状态使用的耐候钢，但显微组织常由铁素体+珠光体组成，而珠光体中渗碳体与铁素体之间存在微电偶作用，随着阳极铁素体的溶解，阴极渗碳体片层在表面逐渐累积，使阴极面积逐渐增大，造成珠光体的持续加速腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种综合力学性能良好的高耐候的低碳贝氏体耐候钢及其生产方法，该钢的屈服强度≥485MPa、抗拉强度≥585MPa、断后伸长率≥25%、-40℃夏比冲击功≥120J，并且在中性盐雾试验中，其耐蚀性明显优于传统低碳贝氏体钢。本专利技术的技术方案是：一种低碳贝氏体耐候钢，钢的重量百分组成为C=0.03~0.08，Si=0.50~0.80，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.005，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb≤0.020，Cu=0.50~0.80，Ni=0.50~1.00，Ca≤0.006且Ca/S≥1.5，余量为Fe和不可避免的杂质元素.钢的组分还可以包含Mo≤0.30%、Cr≤0.30%的一种或两种。如上述钢的化学组成的低碳贝氏体耐候钢的生产方法，采用转炉、LF炉和RH炉冶炼钢水并连铸成板坯，堆冷至室温后表面修磨，然后将板坯重新加热进行轧制、精整，经表面抛丸后进行正火+加速冷却+等温时效的热处理工艺，最后取样检测性能。关键工艺步骤包括：LF炉后和RH炉后均进行Ca处理，LF炉后喂入Ca线≥200m，RH炉后喂入Ca线≥300m，Ca处理后软吹氩时间≥12min；连铸采用保护浇注，过热度10~20℃，通钢量3.0~3.5t/min，结晶器振频250~300次/min，振幅2~4mm；板坯再加热温度1200~1250℃，均热时间1~2h，轧制结束温度控制在800~850℃之间，轧后空冷；正火温度850~880℃，保温时间1~2h；正火后加速冷却速率≥10℃/s，终冷温度550~600℃；然后直接进行等温时效，时效温度550~600℃，时效时间2~4h；时效后空冷得到成品耐候钢。经检测表明，本方法生产出的耐候钢的微观组织由95%以上的无碳贝氏体和晶界上少量的奥氏体以及Cu-Ni时效析出相构成。本专利技术所述的钢种组分的设计原理在于：碳：低碳有利于贝氏体的韧性和可焊性，但如果碳含量过低，将影响贝氏体的强度，而且对工业化生产来说，冶炼比较困难；为获得绝大多数的同类型的无碳贝氏体组织，抑制珠光体、渗碳体及其它碳化物的形成，防止这些组织与基体组织的较高电位差，以提高耐大气腐蚀性能。因此，本专利技术采用低碳设计，确定碳含量范围为0.03%~0.08%。硅：硅具有耐点蚀、耐、离子腐蚀等作用，尤其硅含量较高时，表面形成的富硅氧化膜具有较好的耐海洋大气、工业大气腐蚀性能；而且硅是非碳化物形成元素，抑制渗碳体等碳化物的生成，并使无碳贝氏体中的过饱和碳向奥氏体中扩散，从而也有利于钢的耐候性。但是过高的硅含量对钢的表面质量和夹杂物的控制不利，也对钢的韧塑性和焊接性不利。本专利技术确定硅含量的范围为0.50%~0.80%。锰：锰是重要的强韧性元素，能够促进贝氏体转变。Mn、Ca、Cu的复合有利于抵消硫对耐候性的有害作用。但锰易发生偏析，生成MnS带状组织等影响耐候性能的不利组织。本专利技术确定锰含量的范围为1.00%~1.80%。磷：磷是提高耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一。P与Cu的复合能够促进具有保护作用的羟基氧化物的形成，对腐蚀的继续深入起抑制作用。但磷是钢中的有害杂质，易造成钢的冷脆，对焊接性能不利，而且特别是在本专利技术涉及的等温时效过程中，磷的晶界偏聚将使高温回火脆性难以避免。因此，本专利技术采用低磷设计，限制磷含量不大于0.015%。硫：硫是钢中的有害杂质，降低钢的延展性、韧性及焊接性，损害钢的耐蚀性。因此，本专利技术采用低硫设计，限制硫含量不大于0.005%。铝：铝是钢中的脱氧剂，需要一定量来控制氧含量，但是铝含量增加，钢中的B类夹杂物数量将增多，导致成为腐蚀源点的数量增加。尽管高铝含量具有与硅类似的抗腐蚀性的作用，但高铝含量促进钢的石墨化倾向，并给冶炼、浇铸、轧制等工艺带来困难。适量Al、Ca的复合，有利于减少夹杂物的数量，改变夹杂物的形态，对钢的耐候性有利。本专利技术确定铝含量的范围为0.02%~0.05%。钛：微钛处理形成的TiN，能有效钉扎奥氏体晶界，有利于控制奥氏体晶粒的长大，但钛含量较高时，易生成大尺寸的液析TiN，影响钢的机械性能和耐腐蚀性。本专利技术确定钛含量的范围为0.008%~0.020%。铌：铌是微合金化元素，具有细化晶粒的作用，但是铌的第二相析出和长大，形成大量的腐蚀微电池，加速了电化学腐蚀进程，而且过高的铌含量在正火+加速冷却+等温时效过程中易诱发上贝氏体的形成。本专利技术确定铌含量的上限为0.020%。铜：铜是奥氏体稳定化元素，可提高钢的强度和低温韧性。钢中的铜具有优越的耐蚀性作用，尤其是在工业大气或海洋大气中，效果更明显。在无碳贝氏体晶界处，ε-Cu的时效析出以及与奥氏体的综合微电偶作用，有利于提高耐晶间腐蚀性能，且抗点蚀性、耐氯化物应力腐蚀也有明显的改善。但铜添加量过多，容易造成铜脆、铸坯表面质量及内裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低碳贝氏体耐候钢，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.03~0.08，Si=0.50~0.80，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.005，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb≤0.020，Cu=0.50~0.80，Ni=0.50~1.00，Ca≤0.006且Ca/S≥1.5，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种低碳贝氏体耐候钢，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.03~0.08，Si=0.50~0.80，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.005，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb≤0.020，Cu=0.50~0.80，Ni=0.50~1.00，Ca≤0.006且Ca/S≥1.5，余量为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种低碳贝氏体耐候钢，其特征在于：钢的组分还可以包含Mo≤0.30、Cr≤0.30的一种或两种。3.一种如权利要求1所述钢的化学组成的低碳贝氏体耐候钢的生产方法，采用转炉、LF炉和RH炉冶炼钢水并连铸成板坯，堆冷至室温后表面修磨，然后将板坯重新加热进行轧制、精整...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宁琦，罗登，刘丹，范明，李中平，
申请(专利权)人：湖南华菱湘潭钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43