阅读说明：本技术 一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板 (Hot-rolled steel plate with yield strength of 500MPa and atmospheric corrosion resistance ) 是由 段争涛 裴新华 孙明军 郭园园 于 2018-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板,主要解决现有屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板的生产成本的技术问题。本发明提供的屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板,其化学成分重量百分比为：C：0.12～0.16％,Si≤0.10％,Mn：1.0～1.50％,P≤0.02％,S≤0.006％,N≤0.0060％,Alt：0.020～0.060％,Cu：0.2～0.5％,Cr：0.2～0.5％,Ti：0.03～0.05％,余量为铁和不可避免夹杂。本发明2.0～10.0mm厚热轧钢板断后伸长率A为20～35％。本发明钢板用于建筑、桥梁等工程构件制造。(The invention discloses a hot rolled steel plate with yield strength of 500MPa for atmospheric corrosion resistance, which mainly solves the technical problem of production cost of the existing hot rolled steel plate with yield strength of 500MPa for atmospheric corrosion resistance. The invention provides a hot rolled steel plate with 500MPa grade yield strength for atmospheric corrosion resistance, which comprises the following chemical components in percentage by weight: c: 0.12-0.16%, Si is less than or equal to 0.10%, Mn: 1.0-1.50%, P is less than or equal to 0.02%, S is less than or equal to 0.006%, N is less than or equal to 0.0060%, Alt: 0.020 to 0.060%, Cu: 0.2-0.5%, Cr: 0.2-0.5%, Ti: 0.03-0.05%, and the balance of iron and inevitable impurities. The elongation A after fracture of the hot rolled steel plate with the thickness of 2.0-10.0 mm is 20-35%. The steel plate is used for manufacturing engineering components such as buildings, bridges and the like.)

一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板

技术领域

本发明涉及耐大气腐蚀钢，特别涉及一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

耐大气腐蚀钢或称为耐候钢，属于低碳低合金钢，广泛应用于建筑、桥梁、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。其是以低碳锰钢为基础，加入Cr、Cu、Ni等低合金耐蚀性元素，促使钢的锈层结构发生变化，减缓大气腐蚀速度，显著提高钢的耐大气耐腐蚀性能。最具代表性的钢种有高耐候性的Cu-P-Cr-Ni系列和焊接结构用的Cu-Cr-Ni系列。国内外传统耐候钢主要以Cu-P-Cr-Ni系为主，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含量使钢的抗冷脆性能力差、低温韧性差、易产生热脆。

申请公布号CN101503782A的中国专利申请文件公开了高强度耐大气腐蚀钢及其生产方法，成分上采用Cr(0.3～1.25％)、Ni(0.12～0.65％)、Cu(0.2～0.55％)外，还添加了Nb(0.015～0.035％)、Ti(0.006～0.02％)、V(0.08～0.15％)等微合金元素，具有高强度、高韧性、高塑性和明显的屈服点等优良的综合性能，整体合金成本较高。

申请公布号CN101736203A的中国专利申请文件公开了高强度耐大气腐蚀热轧钢带及其制造方法，成分上采用Cr(0.73～1.0％)、Ni(0.23～0.55％)、Cu(0.41～0.55％)和Ti(0.09～0.22％)。可生产带钢厚度4.0～14.0mm，具有成型性能好等优点，合金成本也较高。

申请公布号CN106756540A的中国专利申请文件公开了铁路车厢用耐大气腐蚀钢带及其制备方法，采用低C(0.05～0.07％)、Cr(0.4～0.5％)、Ni(0.2～0.3％)、Cu(0.22～0.32％)外，也添加了Nb(0.025～0.035％)、Ti(0.008～0.018％)等微合金元素，合金成本较高。

申请公布号CN103305770A的中国专利申请文件公开了一种薄带连铸550MPa级高强耐大气腐蚀钢带的制造方法，成分设计采用低C(0.03～0.053％)、Cr(0.3～0.8％)、Ni(0.14～0.4％)、Cu(0.25～0.8％)外，也添加了Nb(0.01～0.08％)、Ti(0.01～0.08％)、V(0.001～0.008％)、Mo(0.01～0.04％)等至少一种合金元素。采用薄带连铸，直接浇注出厚度为1～5mm的薄带，制造成本较低，但存在生产的带钢较薄，合金成本也较高的问题。

申请公布号CN106282831A的中国专利申请文件公开了一种高强度集装箱用耐大气腐蚀钢及其制造方法。在C-Mn钢基础上，采用低C(0.03～0.1％)、Cr(0.4～0.9％)、Cu(0.2～0.4％)、Ti(0.06～0.12％)，取消了昂贵的Ni元素，极大地减少了合金成本，但添加大量的Ti，易造成性能波动较大。

因此，现有公开技术中，有关屈服强度400～500MPa级的耐大气腐蚀用钢，除申请公布号CN106282831A的专利外，均是采用了Cu-Cr-Ni成分体系，加上Nb、V、Ti等合金元素中的一种或者几种，合金添加种类较多，加上昂贵的Ni元素等，造成资源消耗大，合金成本较高。而申请公布号CN106282831A添加了大量的微合金元素Ti，合金成本虽然较低，但性能波动较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板的生产成本的技术问题；本发明热轧钢板满足了建筑、桥梁、铁路车辆、输电铁塔、海洋平台结构对耐腐蚀的需求，降低用钢成本。

本发明通过在C-Mn成分基础上，采用合理的Cu、Cr等成分设计，结合合适的热轧工艺设计，在保证产品具有良好的力学性能和冷弯、焊接等工艺性能，满足耐大气腐蚀用热轧钢板耐腐蚀和成本问题。

本发明采用的技术方案是，一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.12～0.16％，Si≤0.10％，Mn：1.0～1.50％，P≤0.02％，S≤0.006％，N≤0.0060％，Alt：0.020～0.060％，Cu：0.2～0.5％，Cr：0.2～0.5％，Ti：0.03～0.05％，C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.41％，余量为铁和不可避免夹杂。

本发明钢中碳当量Ceq≤0.41％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15；本发明热轧钢板具有良好的焊接性能。

本发明得到的屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板，其金相组织为铁素体+珠光体组织，所述组织中铁素体的晶粒度级别为8～10级，2.0～10.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eH为500～620MPa，抗拉强度R_m为550～690MPa，断后伸长率A为20～35％，180°弯曲试验，d＝a合格。

本发明热轧钢板主要用于建筑、桥梁、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。

本发明所述的屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳是本成分体系主要元素，对提高钢板强度有利，本成分体系充分利用C的强化作用。但碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，也不利于焊接，因此，本发明综合考虑C与Mn的强化作用，设定的C含量为0.12～0.16％。

锰：锰也是本成分体系主要元素，可以起到固溶强化的作用，也是提高强度重要元素之一。Mn同时能扩大奥氏体区，降低铁素体转变温度，扩大轧制工艺窗口。但Mn含量高会降低材料韧性，恶化性能，不利于焊接。考虑到本发明成分体系中C范围，进一步限定Mn含量为1.0～1.50％。

铬：铬不仅是提高钢的淬透性的元素，而且能有效提高钢的耐大气腐蚀性能。特别是在未采用P提高耐候性能，必须保证一定的Cr加入量。但随着Cr含量的增加，将严重恶化焊接性能及低温冲击韧性，所以Cr含量应限定在0.2～0.5％

铜：铜在钢中能够起到一定程度的固溶和沉淀强化作用，同时也是耐蚀性元素。由于Cu的电化学电位高于Fe，能促进钢表面致密性锈层的出现，使热轧带钢具有良好的耐大气腐蚀性能。加入0.20％以上的Cu即可显著改善钢的耐大气腐蚀性能。如果Cu含量高于0.55％时，不仅会损害焊接热影响区韧性，而且热轧时易发生网裂，恶化钢板的表面性能，给生产带来困难，本发设定Cu含量为0.2～0.5％。

硅：硅是为了对钢进行脱氧而添加的元素，虽然也是耐蚀元素，固溶在钢板基体中有明显的强化效果，但是硅含量过高对钢板塑性和韧性不利，也会导致钢板可焊性和焊接热影响区韧性恶化，同时会在热轧板表面形成严重的难以去除的锈红铁皮，影响后工序酸洗、镀锌等。因此本发明限定Si≤0.10％。

硫和磷：硫和磷元素过高会对材料韧性和塑性有不利影响，P对冲击韧性、焊接性能和成型性能都是有害的，且在钢中易析出并形成FeP，增加钢的脆性，特别是剧烈的降低钢的低温冲击韧性。S含量较高时产生“热脆”缺陷，S对钢的耐蚀性能不利，钢中硫化物夹杂可成为锈蚀的发源地，使钢的耐候性能明显降低。硫和璘过低，又会增加炼钢的脱硫和脱磷成本。本发明限定S≤0.006％，P≤0.02％。

氮：氮含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性，本发明限定N≤0.006％。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注时容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.020～0.060％。

Ti是一种强烈的强碳化物形成元素，在钢中主要以TiC或Ti(C，N)的形式存在。TiN在高温下仍能保持稳定，且具有抑制奥氏体长大作用，同时在冷却过程中通过析出TiC等，产生析出强化。此外，Ti有阻止形变奥氏体再结晶和促进粒状贝氏体形成的作用，析出的Ti的碳氮化物颗粒能阻止焊接热影响区的晶粒粗化，改善焊接性能。特别是Ti能够抑制硫化物的形成，是得含Ti钢具有非常好的冷成形能力。但Ti含量过高则已在晶界上形成碳化物和硫化物而引起钢的脆化。因此限定Ti含量为0.030～0.050％。

本发明的成分体系，减少了贵重合金元素如Ni、Nb的使用，显著降低了制造成本。本发明成分体系，要求冶炼时，严格控制钢水的化学成分。本发明的成分体系进一步结合本发明设定的热轧工艺，生产出合金成本低、性能稳定满足要求的耐大气腐蚀用热轧钢板。

一种屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.12～0.16％，Si≤0.10％，Mn：1.0～1.50％，P≤0.02％，S≤0.006％，N≤0.0060％，Alt：0.020～0.060％，Cu：0.2～0.5％，Cr：0.2～0.5％，Ti：0.03～0.05％，C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.41％，余量为铁和不可避免夹杂。

在还原性气氛环境对连铸板坯进行加热，空气过剩系数0.9～0.95，连铸板坯于1200～1230℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧采用两阶段控制轧制工艺，粗轧为6道次轧制，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1000～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧入口温度1000～1050℃，精轧结束温度在820～870℃；精轧后，钢板成品厚度为2.0～10.0mm，层流冷却采用前段冷却，冷却速度10～40℃/s，卷取温度为500～650℃时卷取得热轧钢卷。

热轧工艺是实现本发明的技术关键，通过计算，本发明成分体系A₃为829℃，A₁为699℃；本发明所采取的热轧工艺均是基于本发明成分体系和计算的相变点，本发明采取的热轧工艺制度的具体理由如下：

1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定

连连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证消除连铸坯凝固过程中形成的的成分偏析、疏松，以及部分板坯表面的缺陷，保证成分、组织均匀化。但加热温度过高，或者时间过长，板坯原始组织粗大、加上表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能，尤其是表面质量。由于本发明成分体系中加入Cu元素，除加热温度要求1200～1230℃之间外，空气过剩系数0.9-0.95，加热时间为180～240min。

2、粗轧结束温度的设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此本发明设定粗轧结束温度为1000～1050℃。

3、精轧结束温度的设定

本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成相对细小的铁素体和珠光体晶粒，提高钢板强度。另一方面，精轧温度设定还要防止钢板形成明显带状组织缺陷。结合理论计算结果，本发明设定精轧结束温度为820～870℃。

4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定

本发明设定的精轧后层流冷却速度也非常关键，采用合适层流冷却速度可以抑制铁素体和珠光体组织的异常长大。冷却速度过慢，铁素体和珠光体明显粗化，进一步影响后工序加工和焊接；冷却速度过快，会对板形带来很大影响，影响后续分条。因此本发明层流冷却采用前段冷却方式，冷却速度10～40℃/s。

5、热轧卷取温度的设定

卷取温度主要影响带钢的组织和性能。卷取温度过高铁素体、珠光体组织会急剧长大，降低钢板强度；卷取温度过低，则组织中会出现贝氏体等硬相，不利于分条、辊压、焊接等后工序加工。结合本发明成分体系，进一步考虑性能稳定性，本发明设定热轧卷取温度为500～650℃。

本发明得到的屈服强度500MPa级耐大气腐蚀用热轧钢板，其金相组织为铁素体+珠光体组织，所述组织中铁素体的晶粒度级别为8～10级，2.0～10.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eH为500～620MPa，抗拉强度R_m为550～690MPa，断后伸长率A为20～35％，180°弯曲试验，d＝a合格。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过采用高C、Mn、Cu、Cr成分设计，充分利用了C、Mn的强化作用和易加工特性，以及Cu、Cr耐大气腐蚀性能，避免了添加昂贵金属Ni，极大降低了合金成本。2、本发明的成分体系，结合合适的加热、轧制等工艺设计，得到的屈服强度500MPa级热轧钢板，与同强度级别其它耐大气腐蚀钢板相比，组织、性能稳定，能更好的满足焊接、镀锌等工艺要求。3、本发明热轧钢板，晶粒度级别为8～10级，上屈服强度500～620MPa，抗拉强度550～690MPa，断后伸长率A 20～35％，满足建筑、桥梁、铁路车辆、输电铁塔等用途要求。4、本发明钢中碳当量小于等于0.41％，通常碳当量在0.41％以下即属于易焊接钢种，因此本发明钢种具有良好的焊接性能，可以实现不预热焊接，也避免了焊后热处理，可以有效提高焊接效率，获得良好的焊接接头性能。

附图说明

图1为本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1～3所示。

表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。

表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。

通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，同时喂适量的钙线，进行钙处理；连铸采用全程吹Ar保护浇铸，将钢水浇铸成连铸板坯。

连铸板坯经加热炉加热后，在热连轧轧机上轧制，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，层流冷却采用前段冷却，然后进行卷取，产出热轧钢卷。热轧钢板成品厚度为2.0～10.0mm，热轧工艺控制参数见表2。

表2本发明实施例热轧工艺控制参数

利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体组织，所述组织中铁素体的晶粒度级别为8～10级，2.0～10.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eH为500～620MPa，抗拉强度R_m为550～690MPa，断后伸长率A为20～35％，180°弯曲试验，d＝a合格。

将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。

表3本发明实施例热轧钢板的力学性能

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。