[发明专利]一种屈服强度大于450MPa级超低碳热轧耐候钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低碳热轧耐候钢，具体地说是一种屈服强度达到450MP级、低温韧性、冷成型性及焊接性良好，同时具有优良耐大气腐蚀性的耐候钢，属于低合金钢制造领域。

背景技术

耐候钢属于低碳低合金钢，广泛应用于铁路车辆、输电铁塔、海洋平台及长期户外使用的工程构件制造。本世纪初我国铁路车辆制造、输电铁塔、海洋平台及长期户外使用的工程构件等的发展对耐候钢提出了高强度的要求。特别是为满足我国铁路运输高速、重载的发展要求，需要提高耐候钢的强度，使钢板的厚度减薄，减轻车体重量，提高运载量，同时，钢板厚度减薄使钢材的耐大气腐蚀性能成为一个关键的指标，以满足提高运载量的同时确保车辆在恶劣大气环境影响下的安全使用寿命要求。根据我国铁路车辆的服役要求及铁路车辆制造厂的设备状况，开发屈服强度450MPa级、同时具有优良耐大气腐蚀性的耐候钢是我国铁路车辆用耐候钢的主要发展趋势。

国内外传统耐候钢主要以Cu-P-Cr-Ni系为基础，含有较高的P和C，使钢的碳当量较高，焊接性能差；同时，较高的P含量使钢抗冷脆性能力差、低温韧性低、易产生热脆，并且传统耐候钢的屈服强度以295MPa和345MPa级为主，强度级别均较低，这些都限制了耐候钢的使用，不能满足耐候钢的市场发展需求。

本发明之前，相近强度级别的耐候钢有美国专利号为US6315946的专利，该发明钢为超低碳贝氏体耐候钢，采用热机械控制轧制，其屈服强度≥450MPa，-35℃夏比冲击功≥40J。该钢C含量为0.015～0.035％，做到了超低碳水平，为促进贝氏体转变含B0.0015～0.003％，但B容易在晶界偏聚，降低钢的低温韧性。

另一项美国专利号为US6056833的专利，介绍了一种热机械控轧高强度低屈强比耐候钢，其屈服强度≥490MPa，屈强比≤0.85。该钢以Cu、Ni、Cr为基础，C含量高，为0.08～0.12％，恶化了钢的焊接性能。

中国专利号200410061112.4的专利，介绍了一种针状组织高强度耐候钢，该钢以传统耐候钢Cu-P-Cr-Ni系为基础，C含量0.01～0.04％，做到了极低碳水平，通过获得均匀针状组织来达到钢的强韧匹配及好的耐候性。但该钢的屈服强度较低。

发明内容

本发明针对现有耐候钢力学性能、耐大气腐蚀性能差，C含量过高的缺点，本发明提供了一种屈服强度大于450MPa级超低碳热轧耐候钢，该发明强度级别高于传统耐候钢，具有优良的低温冲击韧性、焊接性和耐大气腐蚀性，并且采用了超低碳设计。

一种屈服强度大于450MPa级超低碳热轧耐候钢，由下述重量百分比的成分组成：C 0.01～0.05％，Si 0.10～0.40％，Mn 1.50～1.90％，P≤0.02％，S≤0.010％，Cu 0.15～0.55％，Cr 0.20～0.80％，Ni 0.10～0.50％，Mo 0.05～0.50、Nb 0.01～0.05、Ca 0.0010～0.0020，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的主要合金元素含量基于以下原理：

C是提高钢强度最经济有效的合金元素，但C含量过高会显著恶化钢的焊接性能，并且会促进珠光体转变，降低钢的耐大气腐蚀性能，本发明采用超低C设计，提高钢的焊接性能，减少碳化物组织形成，以获得均匀单一组织，提高钢的耐腐蚀性能及低温冲击韧性，C含量为0.01～0.05％。

钢中添加Mn，不仅可以通过Mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温度，细化晶粒，提高钢的低温韧性，本发明钢采用高Mn设计，其含量为1.50～1.90％。

合金元素Si既可通过固溶强化提高钢的强度，也可提高钢的耐大气腐蚀性能，本发明钢中的Si含量设计为0.10～0.40％。

Cu是提高钢耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，同时也能提高强度，但恶化焊接性能，容易产生热脆，钢中的Cu含量达到0.25％时，能有效的提高钢的耐大气腐蚀性能，同时通过固溶强化提高钢的强度，含Cu量不高于0.55％时对焊接性危害不大，本发明钢中的Cu含量设计为0.15～0.55％。

P是传统耐候钢中主要的合金元素，但当焊接金属凝固时，P促进低熔点夹杂物的生成，既易产生高温裂纹，又增加低温裂纹敏感性，使焊缝的延展性和韧性变坏。含P量高，使钢具有较明显的冷脆倾向。本发明钢中的P含量控制较低水平，P含量≤0.02％；