[發明專利]一種高強耐候鋼及其制造方法

無效

• 申請號: 201010125410.0
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101792888A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 劉錕;王魁周;郭佳;周德光;趙林;張鵬程
• 申請（專利權）人: 首鋼總公司;河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C21C7/04;B22D11/108;B21B37/74;B21B1/30
• 代理公司: 首鋼總公司專利中心 11117
• 代理人: 張鏑

技術領域

本發明涉及一種高強耐候鋼及其制造方法，屬于耐候鋼技術領域。

背景技術

耐候鋼作為一類量大面廣的鋼種，在鐵路貨車、集裝箱、橋梁、通訊及電力塔架等領域發揮著重要作用。耐候鋼技術發展的主要方向是：1)高強化；2)高耐候性。在我國鐵路貨車運輸“提高時速、減輕自重、增加載重”的大背景下，高強耐候鋼率先批量應用于鐵路貨車上。目前，鐵路貨車用高強耐候鋼的數量最多，年需求量約為30萬噸，其成分體系為Cr-Ni-Cu系，屈服強度級別以450MPa為主，同時含少量500MPa和550MPa級。

鐵路貨車用高強耐候鋼在強度級別提高的同時，耐大氣腐蝕性能與345MPa級別的09CuPCrNi系列鋼相比并沒有顯著改善。因此，在實際使用過程中，仍存在兩個方面的問題：1)現有耐候性指標難以滿足鐵路貨車設計使用壽命25-30年的技術要求，在廠修時，貨車車體鋼板截換率偏高，由此導致修理成本增加、廠修時間延長和貨車周轉作業率下降；2)受耐候性不高的影響，貨車車體用鋼板不能繼續減薄。

中國專利申請號200710045329.X公開了“一種高耐蝕高強度耐候鋼及其制造方法”，其特點是采用超低碳、低錳、中鉻的Cr-Ni-Cu系成分設計、利用Ti微合金化，可生產屈服強度大于700MPa，72h周期浸潤腐蝕速率小于25％(與Q345B普碳鋼比較)的高耐候性高強耐候鋼。盡管該專利發明的高耐候鋼具有較好的技術指標，但其Cr含量高達4.50～5.50％，合金成本較高且焊接性能不好。

發明內容

本發明的目的是提供一種屈服強度級別為450MPa以上、72h周期浸潤加速腐蝕試驗的相對耐蝕率小于30％(與Q345B普碳鋼比較)的經濟型高耐候性高強耐候鋼及其制造方法。

本發明的技術解決方案是：

1)本發明提供的一種經濟型的高耐候性高強耐候鋼，包含以下化學成分(wt％)：C：0.0010～0.0040、Si：0.10～0.30、Mn：0.40～0.70、P≤0.020、S≤0.008、Cr：2.50～3.50、Ni：0.20～0.40、Cu：0.25～0.50、Re：0.01～0.03、Al：0.02～0.06、Ca：0.001～0.004、N：0.001～0.005、Ti：0.01～0.03，Nb：0.01～0.03，余量為Fe和不可避免的其他雜質元素。

上述各化學成分的作用如下所述。

C含量控制在0.0010～0.0040％，選用超低碳設計，減少顯微組織中碳化物數量，保證了鋼的組織均勻性，避免異相間產生的電偶腐蝕，提高鋼的耐候性能。同時，超低碳的設計也能顯著提高鋼的焊接性能和低溫韌性。

Si含量控制在0.10～0.30％，Si以固溶強化的形式提高鋼的強度，但含量過高可導致焊接性能下降，因此將其控制在0.30％以下。

Mn含量控制在0.40～0.70％，Mn是重要的強韌化和奧氏體穩定化元素，可擴大奧氏體相區，促進貝氏體組織轉變的形成。

S在鋼中形成硫化物夾雜，不僅降低耐大氣腐蝕性能，也影響鋼的低溫韌性，因此，在鋼種設計時將S含量控制在0.008％以下。

P雖能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但P含量過高會降低鋼的塑韌性和焊接性能，因而，在鋼種設計時將P含量控制在0.020％以下。

Al是鋼中添加的主要脫氧元素，0.02～0.06％含量的Al有利于細化晶粒，改善鋼材的強韌性能。

Cr可顯著提高鋼的鈍化能力，促進鋼表面形成致密的鈍化膜或保護性銹層，其在銹層內的富集能有效提高銹層對腐蝕性介質的選擇性透過特性。將鋼中Cr含量控制在2.50～3.50％，可明顯提高耐候鋼的耐大氣腐蝕性能。

Cu能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，但過高的Cu會導致熱脆，在軋制過程中形成裂紋或惡化鋼的表面質量，因此其含量控制在0.25～0.50％。

Ni能顯著改善鋼的低溫韌性，將Ni/Cu比控制在1/3～1/1的合適范圍，可有效阻止Cu的熱脆。由于Ni為貴重金屬元素，出于成本因素，將Ni的上限控制在0.40％，過高的Ni會增大氧化皮的粘附性，壓入鋼中會在表面形成熱軋缺陷。

Ti含量控制在0.01～0.03％，Ti是強氮化物形成元素，氮化鈦能有效釘扎在奧氏體晶界，有助于抑制板坯再加熱過程中的奧氏體晶粒長大，同時在再結晶控軋過程中抑制鐵素體晶粒長大，提高鋼的韌性。

Nb是強碳氮化物形成元素，其碳氮化物的析出主要作用是釘扎位錯，從而提高鋼的強度和韌性。從控制微合金化成本，提高耐候鋼強度兩方面考慮，將Nb含量控制在0.01～0.03％。