[发明专利]一种高强耐候钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强耐候钢及其制造方法，属于耐候钢技术领域。

背景技术

耐候钢作为一类量大面广的钢种，在铁路货车、集装箱、桥梁、通讯及电力塔架等领域发挥着重要作用。耐候钢技术发展的主要方向是：1)高强化；2)高耐候性。在我国铁路货车运输“提高时速、减轻自重、增加载重”的大背景下，高强耐候钢率先批量应用于铁路货车上。目前，铁路货车用高强耐候钢的数量最多，年需求量约为30万吨，其成分体系为Cr-Ni-Cu系，屈服强度级别以450MPa为主，同时含少量500MPa和550MPa级。

铁路货车用高强耐候钢在强度级别提高的同时，耐大气腐蚀性能与345MPa级别的09CuPCrNi系列钢相比并没有显著改善。因此，在实际使用过程中，仍存在两个方面的问题：1)现有耐候性指标难以满足铁路货车设计使用寿命25-30年的技术要求，在厂修时，货车车体钢板截换率偏高，由此导致修理成本增加、厂修时间延长和货车周转作业率下降；2)受耐候性不高的影响，货车车体用钢板不能继续减薄。

中国专利申请号200710045329.X公开了“一种高耐蚀高强度耐候钢及其制造方法”，其特点是采用超低碳、低锰、中铬的Cr-Ni-Cu系成分设计、利用Ti微合金化，可生产屈服强度大于700MPa，72h周期浸润腐蚀速率小于25％(与Q345B普碳钢比较)的高耐候性高强耐候钢。尽管该专利发明的高耐候钢具有较好的技术指标，但其Cr含量高达4.50～5.50％，合金成本较高且焊接性能不好。

发明内容

本发明的目的是提供一种屈服强度级别为450MPa以上、72h周期浸润加速腐蚀试验的相对耐蚀率小于30％(与Q345B普碳钢比较)的经济型高耐候性高强耐候钢及其制造方法。

本发明的技术解决方案是：

1)本发明提供的一种经济型的高耐候性高强耐候钢，包含以下化学成分(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，余量为Fe和不可避免的其他杂质元素。

上述各化学成分的作用如下所述。

C含量控制在0.0010～0.0040％，选用超低碳设计，减少显微组织中碳化物数量，保证了钢的组织均匀性，避免异相间产生的电偶腐蚀，提高钢的耐候性能。同时，超低碳的设计也能显著提高钢的焊接性能和低温韧性。

Si含量控制在0.10～0.30％，Si以固溶强化的形式提高钢的强度，但含量过高可导致焊接性能下降，因此将其控制在0.30％以下。

Mn含量控制在0.40～0.70％，Mn是重要的强韧化和奥氏体稳定化元素，可扩大奥氏体相区，促进贝氏体组织转变的形成。

S在钢中形成硫化物夹杂，不仅降低耐大气腐蚀性能，也影响钢的低温韧性，因此，在钢种设计时将S含量控制在0.008％以下。

P虽能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但P含量过高会降低钢的塑韧性和焊接性能，因而，在钢种设计时将P含量控制在0.020％以下。

Al是钢中添加的主要脱氧元素，0.02～0.06％含量的Al有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能。

Cr可显著提高钢的钝化能力，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。将钢中Cr含量控制在2.50～3.50％，可明显提高耐候钢的耐大气腐蚀性能。

Cu能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，但过高的Cu会导致热脆，在轧制过程中形成裂纹或恶化钢的表面质量，因此其含量控制在0.25～0.50％。

Ni能显著改善钢的低温韧性，将Ni/Cu比控制在1/3～1/1的合适范围，可有效阻止Cu的热脆。由于Ni为贵重金属元素，出于成本因素，将Ni的上限控制在0.40％，过高的Ni会增大氧化皮的粘附性，压入钢中会在表面形成热轧缺陷。

Ti含量控制在0.01～0.03％，Ti是强氮化物形成元素，氮化钛能有效钉扎在奥氏体晶界，有助于抑制板坯再加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。

Nb是强碳氮化物形成元素，其碳氮化物的析出主要作用是钉扎位错，从而提高钢的强度和韧性。从控制微合金化成本，提高耐候钢强度两方面考虑，将Nb含量控制在0.01～0.03％。