[发明专利]高强度耐候钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种减免涂装的高强度耐候钢及其制备方法。

背景技术

随着工程机械、汽车、集装箱等行业的飞速发展，对钢铁材料的性能和质量要求也越来越高。高强度钢的使用可以减轻构件的重量，减少设备的燃料消耗等，在集装箱、工程机械、汽车和铁道车辆等领域，高强度及轻量化已成为趋势。

钢材在从原材料库存，零部件加工和装配，成品的运输和储存，一直到最后的服役过程都会受到不同程度的大气腐蚀。据统计，我国每年为腐蚀支付的费用总和达5000亿元，约占国民经济总值的5%，造成巨大的损失。因此，大力发展高强度耐候钢，不仅能使其在铁路货车、集装箱、桥梁、通讯及电力塔架等领域都发挥重要作用，而且能有效节约资源，符合国家建设节约型社会的具体要求，具有显著的经济效益和社会意义。

高强度耐候钢，一般应具有以下三个方面的性能特征：1、优良的耐大气腐蚀性能，在一定条件下要求裸露使用，即免涂装使用或至少减涂装使用；2、较高的强度和优异的低温韧性；3、优异的焊接性能和成型性能。

而要得到具备以上三项性能的耐候钢，现有技术主要考虑了以下三个方面或其中的一到两个方面：

(1)合金成分

合金成分设计应在较低成本原则下满足钢种在耐候性和强度方面的要求，同时也要保证其低温韧性及焊接性能。通过Cu、P、Cr等耐候元素的添加保证其耐候性能，配合Nb、Ti等微合金元素进行强化，在一定轧制工艺条件下得到钢种所需的高强度及其他力学性能。

(2)组织类型

碳钢的组织形态对其耐蚀性能有一定的影响。一般碳素结构钢组织主要由铁素体和渗碳体组成，这种不同相在化学腐蚀介质中的电极电位不同，铁素体电位较低，而渗碳体的电位较高。钢在电解液中，渗碳体相对铁素体是阴极，从而导致钢腐蚀加速。因此，控制钢中渗碳体的析出，得到单一均匀的主要组织，有利于提高钢的耐蚀性能。针状铁素体、超低碳板条贝氏体等组织在具有良好力学性能的同时也具备较好的耐腐蚀性能。

(3)钢质纯净度

大量研究表明，材料的纯净度对其耐蚀性影响很大。钢中夹杂物是最主要的点蚀诱发源，夹杂物的类型、形态、数量对钢的点蚀诱发敏感性有重要影响，其中MnS夹杂的点蚀诱发敏感性较强。因此需要最大限度地去除钢中S、P、O、N、H等杂质元素并严格控制钢中夹杂物特别是MnS的数量、尺寸、形态及分布。

例如，关于高强度耐候钢及其制造方法，国内外已有如下专利：

专利公开号为CN101376953A的中国专利公开了“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、利用Ti微合金化，最终得到具有较好耐候性的700MPa级耐候钢。

专利公开号为CN101792888A的中国专利公开了“一种高强耐候钢及其制造方法”，其特点是采用超低碳、中锰、中铬的Cr-Ni-Cu系成分、采用Ca加Re的夹杂物复合变质处理，屈服强度能达到550MPa左右。

专利公开号为CN101660108A的中国专利公开了“非调质针状组织高强度低屈强比耐候钢及其生产方法”，其特点是采用低碳、中锰的Cu-Ni-Cr系设计，添加了一定量的Mo，利用Nb，Ti微合金化，最终得到较好综合性能的高强耐候钢。

专利公开号为CN1609257A的中国专利公开了“针状组织高强度耐候钢及其生产方法”，其特点是采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-Al-Zr-RE或Ca中的两种或两种以上复合添加，最终得到500MPa级别其具有针状组织的耐候钢。

专利号为US6315946的美国专利公开一种“Ultra-low Carbon Bainitic Weathering Steel”，其特点是采用超低碳、Cu-Cr-Ni系成分设计，通过微合金强化及控轧控冷得到所需力学性能及耐候性，但屈服强度仅为450MPa左右。

以上专利基本上都是在Cu-Cr-Ni等成分体系的基础上，辅以Nb、Ti等微合金化元素，利用控制轧制及控制冷却手段得到所需力学性能及耐候性能。其中仅少量专利考虑了组织类型和钢质纯净度对耐候性能的影响，并辅以控制措施。并且以上专利都忽视了另一个重要因素：表面氧化铁皮层对耐候性的影响。