一种500MPa级耐候钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种500MPa级耐候钢及其生产方法，其化学成分的质量百分比含量：C 0.05%～0.09%，Si 0.10%～0.50%，Mn 0.80%～1.20%，P≤0.025%，S≤0.008%，Als 0.015%～0.040%，Cr 0.30%～1.25%，Ni 0.10%～0.40%，Cu 0.25%～0.55%，Ti 0.015%～0.050%，Nb 0.015%～0.060%，N≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。本钢种的屈服强度达500MPa以上，属于高强度耐候钢，具有优良的低温韧性和优良的耐腐蚀性能，能有效地满足车辆降低构件自重的要求。本方法所得产品具有优良的低温韧性，‑40℃条件下，厚度为6mm以上的钢板的冲击功在80J以上；具有优良的耐腐蚀性能，72小时周期浸润腐蚀试验本钢种对比Q345B的相对腐蚀速率小于50%。

【技术实现步骤摘要】
一种500MPa级耐候钢及其生产方法
本专利技术涉及一种热轧钢板，尤其是一种500MPa级耐候钢及其生产方法。
技术介绍
我国铁道车厢一般采用345MPa级的耐大气腐蚀钢板制造，为实现铁路货运高速、重载、安全的要求，必需采用更高强度级别和良好耐大气腐蚀性能的钢板制造生产。目前，铁道部初步制定了屈服强度450MPa的强度目标，如何在保证钢的耐大气腐蚀性能的基础上实现钢板的低成本、高强度化生产，确保铁路货运提速重大目标的实施是冶金工业生产必需解决的重要问题。目前，为保证其耐候性，主要是在钢中加入一定的合金元素，有Cu、P、Cr、Ni等，钢中各合金元素之间发生交互作用，在表面生成以α-FeOOH为主要成分的致密锈层。致密锈层热力学稳定，不参与钢电化学腐蚀的阴极还原过程；锈层内铜、铬等元素的富集使锈层具有离子选择性透过特性，从而显著提高耐候钢的耐大气腐蚀性能。由于含P量高，会降低钢的焊接性能和低温韧性，为满足铁路货运高速、重载、安全的要求，需开发更高强度级别、良好耐大气腐蚀性能、良好焊接性能和低温韧性的钢板，通过成分、工艺控制，减少合金元素加入量，生产出低成本高强度级别和良好耐大气腐蚀性能的钢板。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度级别、良好耐大气腐蚀性能、良好焊接性能和低温韧性的500MPa级耐候钢；本专利技术还提供了一种500MPa级耐候钢的生产方法。为解决上述技术问题，本专利技术化学成分的质量百分比含量：C0.05%～0.09%，Si0.10%～0.50%，Mn0.80%～1.20%，P≤0.025%，S≤0.008%，Als0.015%～0.040%，Cr0.30%～1.25%，Ni0.10%～0.40%，Cu0.25%～0.55%，Ti0.015%～0.050%，Nb0.015%～0.060%，N≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术成分的设计构思为：耐候钢要求具有较高的强度和耐腐蚀能力，同时具有良好的冲击韧性和焊接性能。在本专利技术中，申请人发现，以Cu、Cr、Ni为主，降低P含量，复合添加微量合金元素Nb、Ti等，通过形成的微细碳化物颗粒细化组织，并产生析出强化作用，显著提高钢板的强度。钢中的微量合金元素并不是单独发挥作用的，申请人采用复合添加合金元素的方式，用较少的合金元素加入量获得最佳的效果，达到成本效益的最大化。以下将本专利技术合金成分的设计进行说明：C是钢中主要的强化元素，能够显著提高钢板的强度；但较多的C对钢板焊接、韧性及塑性不利。低C设计在于限制了珠光体组织及其它碳化物的形成，保证钢的显微结构为均相组织，避免了异相之间的电位差引起原电池腐蚀，提高了钢的耐蚀性能。因此限定其质量百分比含量为0.05%～0.09%。Si在钢中具有较高的固溶度，能够增加钢中铁素体体积分数，细化晶粒，因而有利于提高韧性，但含量过高可导致焊接性能下降，因此其质量百分比含量控制在0.10%～0.50%。Mn具有较强的固溶强化作用，同时能够显著降低钢的相变温度，细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素。但是Mn含量过多使淬透性增大，从而导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化，所以将其质量百分比含量控制在0.80%～1.20%。S的存在将恶化钢的耐大气腐蚀性能，而P能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但P含量过会高降低钢的韧性及塑性；同时，P的存在易引起偏析。因而本专利技术钢种设计采用极低的S、P含量，其质量百分比含量分别为P≤0.025%，S≤0.008%。Cr对改善钢的钝化能力具有显著的效果，可促进钢表面形成致密的钝化膜或保护性锈层，其在锈层内的富集能有效提高锈层对腐蚀性介质的选择性透过特性，但过高的Cr一方面提高了钢板的制造成本，同时对焊接及韧性不利，所以控制其质量百分比含量在0.30%～1.25%之间。Ni是能够提高强度同时改善韧性的元素，并能提高淬透性，可有效阻止Cu的热脆引起的网裂。由于Ni为贵重金属元素，出于成本因素，且过高的Ni会提高氧化皮的粘附性，压入钢中会在表面形成热轧缺陷。所以其质量百分比含量限定为0.10%～0.40%。Cu有固溶和沉淀强化作用，与Ni适当配比，能够显著提高钢的耐大气腐蚀性能，但过高对焊接不利，且热轧时易发生网裂，其质量百分比含量控制在0.25%～0.55%。Nb是强的碳化物形成元素，所形成的微细碳化物颗粒能细化组织，并产生析出强化作用，显著提高钢板的强度，但较多的Nb对焊接不利，所以其质量百分比含量限定为0.015%～0.060%。Als是钢中添加的脱氧剂，质量百分比含量为0.015%～0.040%的Als有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能。添加0.015%～0.050%的Ti主要是为了抑制板坏再热过程中的奥氏体晶粒长大，同时在再结晶控轧过程中抑制铁素体晶粒长大，提高钢的韧性。N会降低钢的韧性和焊接性能，因此控制其质量百分含量≤0.005%。本专利技术方法包括连铸、加热、轧制、层流冷却和卷取工序；所述加热工序，加热段温度1150～1300℃，均热段温度≥1260℃，在炉时间为110～240min，其中加热一段的加热时间≥30min，加热二段的加热时间≥40min，均热段的加热时间≥40min，出炉温度1170～1220℃。本专利技术方法所述轧制工序，粗轧的出口温度为1050～1200℃，精轧的终轧温度为840～870℃。本专利技术方法所述层流冷却工序，采取前段冷却模式，平均冷却速度为35～45℃/s。本专利技术方法所述卷取工序，卷取温度为590～640℃。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术钢种的屈服强度达500MPa以上，属于高强度耐候钢，具有优良的低温韧性和优良的耐腐蚀性能，能有效地满足车辆降低构件自重的要求。本专利技术方法优化成分，添加少量微量合金元素，通过控制轧制、控制冷却，改善钢的韧性，提高钢的强度。本专利技术方法轧后不需要进行热处理，可热轧状态供货，有效保证了供货周期，降低了生产成本。本专利技术方法通过控制加热炉温度，改善板坯轧制条件、保证产品的表面质量；通过热轧工艺的优化，控制产品的物理性能；整体工艺简单、生产过程平稳，适于工业批量生产。本专利技术方法所得产品具有优良的低温韧性，-40℃条件下，厚度为6mm以上的钢板的冲击功在80J以上。本专利技术方法所得产品具有优良的耐腐蚀性能，72小时周期浸润腐蚀试验本钢种对比Q345B的相对腐蚀速率小于50%。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例1所得耐候钢的金相组织图。具体实施方式实施例1－15：本500MPa级耐候钢的生产方法的工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、轧制、层流冷却和卷取工序，各工序工艺如下所述。（1）转炉冶炼工序：采用铁水深脱S以保证钢中低的S含量；转炉顶底复合吹炼以控制钢中的C含量；控制转炉终点钢水温度≤1680℃、P≤0.022%，具体见表1。表1：转炉终点成分和温度（2）LF精炼工序：钢包进站，进行测温，取样分析成分；对钢水采用给电升温、加合金微调成分、钙处理等常规方法；LF出站化学成分见表2，余量为Fe和不可避免的杂质。表2：LF出站化学成分（wt%）（3）连铸工序：钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水，长水口处钢水不能裸露；钢包向中间包浇注钢水时不能下渣；连铸坯厚度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种500MPa级耐候钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比含量：C 0.05%～0.09%，Si 0.10%～0.50%，Mn 0.80%～1.20%，P≤0.025%，S≤0.008%，Als 0.015%～0.040%，Cr 0.30%～1.25%，Ni 0.10%～0.40%，Cu 0.25%～0.55%，Ti 0.015%～0.050%，Nb 0.015%～0.060%，N≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种500MPa级耐候钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比含量：C0.05%～0.09%，Si0.10%～0.50%，Mn0.80%～1.20%，P≤0.025%，S≤0.008%，Als0.015%～0.040%，Cr0.30%～1.25%，Ni0.10%～0.40%，Cu0.25%～0.55%，Ti0.015%～0.050%，Nb0.015%～0.060%，N≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。2.权利要求1所述500MPa级耐候钢的生产方法，其特征在于：其包括连铸、加热、轧制、层流冷却和卷取工序；所述加热工序，加热段温度1150～1300℃，均热段温度≥126...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏伟，梅淑文，宋志岗，侯明山，李可斌，耿伟，李秀景，鞠丹，韩靳，
申请(专利权)人：唐山钢铁集团有限责任公司，河钢股份有限公司唐山分公司，
类型：发明
国别省市：河北,13