專(zhuān)利名稱：高強(qiáng)度耐候鋼及其制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域，具體涉及一種減免涂裝的高強(qiáng)度耐候鋼及其制備方法。

　　背景技術(shù)：

　　隨著工程機(jī)械、汽車(chē)、集裝箱等行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料的性能和質(zhì)量要求也越來(lái)越高。高強(qiáng)度鋼的使用可以減輕構(gòu)件的重量，減少設(shè)備的燃料消耗等，在集裝箱、工程機(jī)械、汽車(chē)和鐵道車(chē)輛等領(lǐng)域，高強(qiáng)度及輕量化已成為趨勢(shì)。鋼材在從原材料庫(kù)存，零部件加工和裝配，成品的運(yùn)輸和儲(chǔ)存，一直到最后的服役過(guò)程都會(huì)受到不同程度的大氣腐蝕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年為腐蝕支付的費(fèi)用總和達(dá)5000億元，約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總值的5%，造成巨大的損失。因此，大力發(fā)展高強(qiáng)度耐候鋼，不僅能使其在鐵路貨車(chē)、集裝箱、橋梁、通訊及電力塔架等領(lǐng)域都發(fā)揮重要作用，而且能有效節(jié)約資源，符合國(guó)家建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的具體要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。高強(qiáng)度耐候鋼，一般應(yīng)具有以下三個(gè)方面的性能特征:1、優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，在一定條件下要求裸露使用，即免涂裝使用或至少減涂裝使用；2、較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的低溫韌性；3、優(yōu)異的焊接性能和成型性能。而要得到具備 以上三項(xiàng)性能的耐候鋼，現(xiàn)有技術(shù)主要考慮了以下三個(gè)方面或其中的一到兩個(gè)方面:(I)合金成分合金成分設(shè)計(jì)應(yīng)在較低成本原則下滿足鋼種在耐候性和強(qiáng)度方面的要求，同時(shí)也要保證其低溫韌性及焊接性能。通過(guò)Cu、P、Cr等耐候元素的添加保證其耐候性能，配合Nb、Ti等微合金元素進(jìn)行強(qiáng)化，在一定軋制工藝條件下得到鋼種所需的高強(qiáng)度及其他力學(xué)性能。(2)組織類(lèi)型碳鋼的組織形態(tài)對(duì)其耐蝕性能有一定的影響。一般碳素結(jié)構(gòu)鋼組織主要由鐵素體和滲碳體組成，這種不同相在化學(xué)腐蝕介質(zhì)中的電極電位不同，鐵素體電位較低，而滲碳體的電位較高。鋼在電解液中，滲碳體相對(duì)鐵素體是陰極，從而導(dǎo)致鋼腐蝕加速。因此，控制鋼中滲碳體的析出，得到單一均勻的主要組織，有利于提高鋼的耐蝕性能。針狀鐵素體、超低碳板條貝氏體等組織在具有良好力學(xué)性能的同時(shí)也具備較好的耐腐蝕性能。⑶鋼質(zhì)純凈度大量研究表明，材料的純凈度對(duì)其耐蝕性影響很大。鋼中夾雜物是最主要的點(diǎn)蝕誘發(fā)源，夾雜物的類(lèi)型、形態(tài)、數(shù)量對(duì)鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性有重要影響，其中MnS夾雜的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性較強(qiáng)。因此需要最大限度地去除鋼中S、P、O、N、H等雜質(zhì)元素并嚴(yán)格控制鋼中夾雜物特別是MnS的數(shù)量、尺寸、形態(tài)及分布。例如，關(guān)于高強(qiáng)度耐候鋼及其制造方法，國(guó)內(nèi)外已有如下專(zhuān)利:專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN101376953A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了 “一種高耐蝕高強(qiáng)度耐候鋼及其制造方法”，其特點(diǎn)是采用超低碳、低錳、中鉻的Cr-N1-Cu系成分、利用Ti微合金化，最終得到具有較好耐候性的700MPa級(jí)耐候鋼。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN101792888A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了“一種高強(qiáng)耐候鋼及其制造方法”，其特點(diǎn)是采用超低碳、中錳、中鉻的Cr-N1-Cu系成分、采用Ca加Re的夾雜物復(fù)合變質(zhì)處理，屈服強(qiáng)度能達(dá)到550MPa左右。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN101660108A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了“非調(diào)質(zhì)針狀組織高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比耐候鋼及其生產(chǎn)方法”，其特點(diǎn)是采用低碳、中錳的Cu-N1-Cr系設(shè)計(jì)，添加了一定量的Mo，利用Nb，Ti微合金化，最終得到較好綜合性能的高強(qiáng)耐候鋼。專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN1609257A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了 “針狀組織高強(qiáng)度耐候鋼及其生產(chǎn)方法”，其特點(diǎn)是采用極低碳、Cu-Cr-N1-Mo-Nb的加入及T1-Al-Zr-RE或Ca中的兩種或兩種以上復(fù)合添加，最終得到500MPa級(jí)別其具有針狀組織的耐候鋼。專(zhuān)利號(hào)為US6315946 的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)一種“Ultra-low Carbon BainiticWeathering Steel ”,其特點(diǎn)是采用超低碳、Cu-Cr-Ni系成分設(shè)計(jì),通過(guò)微合金強(qiáng)化及控軋控冷得到所需力學(xué)性能及耐 性，但屈服強(qiáng)度僅為450MPa左右。以上專(zhuān)利基本上都是在Cu-Cr-Ni等成分體系的基礎(chǔ)上，輔以Nb、Ti等微合金化元素，利用控制軋制及控制冷卻手段得到所需力學(xué)性能及耐候性能。其中僅少量專(zhuān)利考慮了組織類(lèi)型和鋼質(zhì)純凈度對(duì)耐候性能的影響，并輔以控制措施。并且以上專(zhuān)利都忽視了另一個(gè)重要因素:表面氧化鐵皮層對(duì)耐候性的影響。熱軋帶鋼在卷取前的高溫下形成的氧化鐵皮層一般由最外層較薄的Fe2O3，中間層的Fe3O4,以及最內(nèi)層的FeO組成。其中最內(nèi)層的FeO在570°C以下時(shí)熱力學(xué)不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生如下的共析反應(yīng):4FeO — Fe3O4+Fe熱軋帶鋼在卷取后的冷卻過(guò)程中其氧化鐵皮層將發(fā)生兩個(gè)階段的反應(yīng):(1)高價(jià)氧化物的消耗:Fe+Fe304 — 4FeO, Fe+4Fe203 — 3Fe304 ；(2)共析反應(yīng) 4FeO — Fe304+Fe。因此，最終得到的常溫氧化鐵皮層組織為:最外層僅在帶鋼邊部有少量的Fe2O3,中間層為Fe3O4，底層為共析組織Fe304+Fe及少量的殘余FeO。不同的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)性質(zhì)差異較大，這主要與氧化鐵皮結(jié)構(gòu)中各組分性質(zhì)的不同有關(guān)，氧化鐵皮中主要組分的性質(zhì)如表I所示:表I氧化鐵皮中主要組分的性質(zhì)

　　權(quán)利要求

　　1.一種高強(qiáng)度耐候鋼，其特征在于:該耐候鋼的表面覆蓋有氧化鐵皮層，所述氧化鐵皮層的厚度為7 ομπι，其中Fe3O4含量在80%以上，且該耐候鋼的化學(xué)成份及重量含量為:C:0.ΟΓΟ.05%、Si ( 0.2%、Mn:1.5 2.0%、P 彡 0.02%、S 彡 0.008%、Cu:0.2 0.4%、Ni:0.2 0.4%、Cr:0.4 0.7%、Mo:0.15 0.50%、Nb:0.02 0.04%、Ti:0.015^0.025%、Als ( 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐候鋼，其特征在于:所述氧化鐵皮層的厚度為7 9 μ m。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度耐候鋼，其特征在于:該耐候鋼的化學(xué)成份及重量含量為:C:0.02 0.04%、Si ( 0.2%、Mn:1.5 2.0%、P 彡 0.02%、S 彡 0.008%、Cu:0.2 0.4%、Ni:0.2 0.4%、Cr:0.4 0.7%、Mo:0.15 0.50%、Nb:0.02 0.04%、Ti:0.015 0.025%、Als ( 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

　　4.一種權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度耐候鋼的制備方法，包括冶煉、連鑄、板坯再加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取及精整的步驟，所述板坯的厚度為21(T260mm，其特征在于: 所述粗軋步驟中，出口溫度為102(Tl06(TC，粗軋軋制道次彡3，累計(jì)變形量彡65%，并采用全道次除鱗，且粗軋所得中間坯的厚度為5(T56mm ； 所述精軋步驟中，開(kāi)軋溫度為94(T980°C，終軋溫度為80(T85(TC，累計(jì)變形量> 80%，軋制速度> 5.5m/s ； 所述層流冷卻步驟中，采用后段冷卻，即空冷l(T30s后，以1(T30°C /s的水冷冷卻速度冷卻至卷取溫度，冷卻水的pH值為`7.(Γ7.8 ； 所述卷取步驟中，卷取溫度為50(T55(TC，卷取后迅即以2 5°C /min的冷卻速度使鋼卷冷卻至40(T45(TC，然后將鋼卷置于保溫罩內(nèi)，使鋼卷緩慢冷卻至室溫。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高強(qiáng)度耐候鋼的制備方法，其特征在于:所述精軋步驟中，精軋機(jī)架采用潤(rùn)滑軋制，精軋機(jī)末機(jī)架軋輥表面粗糙度Ra為0.8^2.0 μ m。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述高強(qiáng)度耐候鋼的制備方法，其特征在于:所述冶煉步驟中，采用轉(zhuǎn)爐煉鋼-LF-RH工藝，所述轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝采用鐵水深脫硫和使用鈣鎂脫氧劑進(jìn)行脫氧，所述LF工藝中LF爐采用鈣處理，且鈣處理前Ca/Al為0.Γθ.13，喂線速度為3.(Γ5.0m/So

　　7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述高強(qiáng)度耐候鋼的制備方法，其特征在于:所述板坯再加熱步驟中，加熱溫度為126(Tl300°C，板坯在爐內(nèi)停留時(shí)間為12(Tl80min。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述高強(qiáng)度耐候鋼的制備方法，其特征在于:所述板坯再加熱步驟中，加熱溫度為126(Tl300°C，板坯在爐內(nèi)停留時(shí)間為12(Tl80min。

　　全文摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度耐候鋼，該耐候鋼的表面覆蓋有氧化鐵皮層，所述氧化鐵皮層中Fe3O4含量為80%以上、厚度為7~10μm，且該耐候鋼中包含的成分及重量百分比分別為C0.01~0.05%、Si≤0.2%、Mn1.5~2.0%、P≤0.02%、S≤0.008%、Cu0.2~0.4%、Ni0.2~0.4%、Cr0.4~0.7%、Mo0.15~0.50%、Nb0.02~0.04%、Ti0.015~0.025%、Als≤0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供該耐候鋼的制備方法。制備的耐候鋼具有良好的力學(xué)、耐候、焊接綜合性能，并可在減免涂裝情況下使用。

　　文檔編號(hào)C21D8/02GK103103458SQ20131005099

　　公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月17日

　　發(fā)明者劉洋, 韓斌, 楊奕, 郭愛(ài)民, 蔣揚(yáng)虎, 譚文, 汪水澤 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司