[发明专利]一种耐候钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐候钢及其制造方法，特别是涉及具有针状铁素体的耐候钢及其制造方法。

背景技术

在工程领域中，常用的结构材料一般为碳钢和经过微合金化后的低合金钢。这些钢具有优良的机械性能和较低的市场价格，但在大气环境中易产生锈蚀。当这些钢长期暴露在大气中时，其与大气中的水汽、氧气、二氧化碳、二氧化硫等发生化学或电化学反应，从而导致钢铁材料的腐蚀。全世界每年因腐蚀而报废的金属设备及材料，大约占金属年产量的20～40％，因腐蚀而损耗的金属达1亿吨以上。据一些发达工业国家的统计，每年由于金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的1～4％。因此开发具有高耐候性的耐候钢具有重要的实用意义和经济价值。

耐候钢也即耐大气腐蚀钢。现有的低合金耐候钢中，最典型的是含有高磷、高铜、加铬、加镍的高耐候结构钢和含有高铜、加锰、加铬合金化的焊接结构用耐候钢。它们都是通过添加少量的合金元素，使其在使用过程中，在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材的耐候性能，前者的耐候性能比后者要好。

传统的耐候钢的生产工艺流程由连铸+热轧或连铸+热轧+冷轧等工序完成。精炼后的钢水经过钢包、中间包到结晶器，表层凝固的铸坯经过二冷段继续快速冷却至完全凝固后进行定尺火焰切割，从而完成整个连铸过程。一般传统的连铸工艺中铸坯的厚度在200mm左右，钢坯坯重一般小于30吨，钢坯的断面尺寸多为(180～200mm)×(1050～2550)mm。连铸后的铸坯经冷却、检查、修模后，进入步进梁式的加热炉内加热。达到一定温度后出炉的钢坯经过高压水除磷后在带有立辊的四辊可逆式粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到30～50mm，送入精轧机组进行热连轧，轧制到成品厚度，最后经层流冷却完成带钢的热轧生产过程。热轧后的耐候钢厚度规格最薄达到1.5～2mm。耐候钢若以热轧态出货，到此步骤即可结束，目前热轧耐候钢的产品比例占整个耐候钢品种的90％以上。冷轧的耐候钢还需进一步进入下道冷轧工序，热轧耐候钢卷开卷焊接后先经酸洗机组去除表面氧化皮以及冲边、烘干、平整、涂油等处理，然后进入冷连轧机组得到冷轧带钢，最后冷轧带钢经罩式退火炉进行退火，经平整改善板形后卷取得到成品冷轧带钢。

上述是传统的耐候钢带的生产工艺，其主要问题有：

(1)工艺流程长、能耗高、机组设备多、基建成本高，导致生产成本较高。

(2)质量缺陷较多，成材率低，耐候钢中含有较高含量的磷和铜等易偏析元素，传统工艺流程由于凝固冷却速度慢，容易造成磷、铜等元素的局部宏观偏析，从而导致铸坯的各向异性和出现宏观裂纹，成材率较低。

(3)耐候性不高，耐候钢的耐候性主要取决于钢中磷和铜的共同作用。如上所述的传统工艺中磷、铜元素的易偏析特征，成分体系中磷、铜的含量通常取下限(如磷取0.07％、铜取0.2％)从而达不到更高的含量。其结果在一定程度上牺牲了钢的耐候性能。

在上个世纪80年代末90年代初，在美国纽柯公司的紧凑式带钢生产工艺(Compact Strip Production，简称CSP)获得成功，其特征为薄板坯连铸连轧，工艺流程为：电炉或转炉提供钢水→连铸→均热炉均热→热连轧→卷取。该工艺与传统工艺相比最大的特点是连铸的铸坯厚度为50～90mm。由于原始铸坯薄，热轧机组不需要粗轧机(若坯厚50mm时)，或只需要1台粗轧机(坯厚70～90mm时)。而传统工艺中粗轧机要反复轧几个道次才能将铸坯减薄至精轧前需要的规格。另外传统工艺中铸坯要先经过冷却后再加热，再进粗轧机，而薄板坯连铸连轧工艺中铸坯不经冷却直接轧制，因此热轧机组前的均热炉只需要补温。因此该工艺比上述传统工艺大大缩短了流程，降低了能耗，节省了能源，具有一定的优势，国内外钢厂纷纷研究或引进CSP生产线。目前，随着薄板坯连铸连轧技术的发展，广东珠江钢铁责任有限公司申请的申请号为200510036889.X的专利申请公开了耐候钢也可以用薄板坯连铸连轧工艺来生产。国内的薄板坯连铸连轧生产线包括珠钢、马钢、邯钢、涟钢等企业都已相继开发生产出不同强度级别的耐候钢板。由于该工艺的流程优势，国内外也纷纷采用该技术来尝试耐候钢的生产，目前用薄板坯连铸连轧工艺来生产耐候钢的专利申请很多，比如CN1382619A、CN1785543A、CN 1884608A等专利，国内这方面的专利申请主要集中在珠钢。

综上所述，耐候钢的研究、开发和生产在国内外主要集中在传统工艺流程和薄板坯工艺流程上，从成分设计到生产工艺控制技术也已基本成熟，能生产出不同强度级别的耐候钢种。