具体实施方式

本发明提供了一种高铝耐候钢，以质量百分含量计，包括以下元素：

Al 4～11％、Si 0.2～2％、P 0.01～0.35％、Cu 0.15～0.5％、Cr 0.2～1.5％、Ni0.1～5.5％和余量的Fe。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括4～11％的Al，优选为4.5～10.5％，更优选为5～10％，再优选为5.5～9.5％。在本发明中，Al元素作为耐候钢的强化元素，通过固溶强化的方式溶入耐候钢的基体中，在拉伸时通过阻碍位错运动提升位错运动的阻力，有效提升拉伸强度；同时，Al在耐候钢中的固溶强化作用强，有利于在大气腐蚀环境中细化耐候钢表面锈层产物。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括0.2～2％的Si，优选为0.22～1.8％，更优选为0.25～1.6％，再优选为0.3～1.5％。在本发明中，Si有利于提高耐候钢的弹性，还有利于增强耐候钢钢在自然条件下的耐腐蚀性。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括0.01～0.35％的P，优选为0.02～0.32％，更优选为0.03～0.30％，再优选为0.05～0.25％。在本发明中，P固溶强化效果强，与Cu联合使用，有助于Cu元素在生成的锈层中富集，提高耐候钢抵御外界侵蚀的能力，即有利于提高耐候钢的耐大气腐蚀性能。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括0.15～0.5％的Cu，优选为0.18～0.48％，更优选为0.2～0.45％，再优选为0.25～0.42％。在本发明中，Cu有利于扩大奥氏体相区，与P协同作用有利于提高耐大气腐蚀性能。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括0.2～1.5％的Cr，优选为0.25～1.4％，更优选为0.3～1.3％，再优选为0.35～1.2％。在本发明中，Cr有利于提高耐候钢的强度和硬度。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括0.1～5.5％的Ni，优选为0.5～5.3％，更优选为1～5.2％，在优选为2～5％。在本发明中，Ni有利于细化耐候钢的塑性和韧性，同时有利于改善耐候钢的耐腐蚀性能。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括以下元素中的一种或多种：Mn、C、Mo、Ti、Nb和V。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有Mn时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于35％的Mn，更优选为2～33％，再优选为4～31％，进一步优选为5～30％。在本发明中，Mn对耐候钢有较强的固溶强化作用，通过形成奥氏体，有利于扩大奥氏体相区，奥氏体具有FCC结构，滑移系众多，有良好的变性能力，有助于提高耐候钢塑性。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有C时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于0.6％的C，更优选为0.01～0.58％，再优选为0.03～0.55％，进一步优选为0.05～0.45％。在本发明中，C有利于扩大奥氏体相区，提高耐候钢的强度和硬度。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有Mo时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于1.5％的Mo，更优选为0.1～1.4％，再优选为0.15～1.3％，进一步优选为0.2～1％。在本发明中，Mo有利于使耐候钢的晶粒细化，提高耐候钢的强度和硬度。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有Ti时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于0.15％的Ti，更优选为0.01～0.14％，再优选为0.02～0.13％，进一步优选为0.03～0.12％。在本发明中，Ti有利于降低耐候钢的时效敏感性和冷脆性，并细化晶粒。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有Nb时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于0.15％的Nb，更优选为0.01～0.14％，再优选为0.02～0.13％，进一步优选为0.03～0.12％。在本发明中，Nb有利于提高耐候钢的强度。

在本发明中，当所述高铝耐候钢含有V时，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢优选还包括大于0且小于等于0.15％的V，更优选为更优选为0.01～0.14％，再优选为0.02～0.13％，进一步优选为0.03～0.12％。在本发明中，V有利于细化晶粒，提高耐候钢的强度和韧性。

在本发明中，以质量百分含量计，所述高铝耐候钢包括余量的Fe。

在本发明中，所述高铝耐候钢的组织优选包括铁素体和/或奥氏体。

在本发明中，所述高铝耐候钢的组织的宽度优选为10～750μm，更优选为20～700μm。

本发明还提供了上述技术方案所述高铝耐候钢的制备方法，包括以下步骤：

将高铝耐候钢的原料进行熔炼后冷却，得到铸锭；

将所述铸锭依次进行预热保温和热轧，得到所述高铝耐候钢。

在本发明中，若无特殊说明，所述制备方法中各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将高铝耐候钢的原料进行熔炼后冷却，得到铸锭。

本发明对所述高铝耐候钢的原料的具体来源和添加量没有特殊的限定，以得到满足化学成分要求的高铝耐候钢为准。具体来说，根据实际得到的原料合金的组成，合理调整各原料合金的用量，配合中间合金的组分及用量，以得到满足化学成分的高铝耐候钢即可。在本发明中，所述高铝耐候钢的原料优选包括工业纯铁、纯铝、硅颗粒、磷铁、纯铜、铬颗粒和纯镍，优选还包括电解锰片、碳粒、纯钼、纯钛、纯铌和纯钒中的一种或多种。

在本发明中，所述熔炼优选为：将高铝耐候钢的原料混合熔化后冷却，将所得的合金铸锭翻转后，再进行熔化后冷却，反复进行多次，得到铸锭。

在本发明中，所述熔化的温度优选为2200～2600℃，更优选为2200～2550℃，再优选为2200～2500℃，进一步优选为2200～2400℃。在本发明中，所述熔化的次数优选≥6次，更优选为7～9次。在本发明中，每次熔化的时间优选为2.5～5min，更优选为3～4.5min，再优选为3.5～4min。

在本发明中，所述熔炼优选为真空电弧熔炼。在本发明中，所述熔炼的设备优选为真空电弧炉。在本发明中，所述真空电弧熔炼的真空度优选为0.03～0.06MPa，更优选为0.035～0.055MPa。在本发明中，所述熔炼优选在电离气条件下进行。在本发明中，所述电离气优选为氩气。本发明优选将熔炼设备的腔体内抽真空，再通入电离气。在本发明中，所述抽真空优选抽至3×10^-3～8×10^-3Pa。在本发明中，所述电离气的通入量以满足电弧熔炼用电离气体的用量为准。本发明采用先抽真空再通入电离气的方法可以在提供电离气的同时避免熔炼时的原料氧化。

所述熔炼前，本发明优选将高铝耐候钢的原料进行清洗。在本发明中，所述清洗中的液体介质优选为无水乙醇。在本发明中，所述清洗的方法优选为超声波清洗；本发明对所述超声波清洗没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的超声波清洗即可。

清洗后，本发明优选将所得清洁原料风干。

得到铸锭后，本发明将所述铸锭依次进行预热保温和热轧，得到所述高铝耐候钢。

在本发明中，所述预热保温的温度优选为1000～1150℃，更优选为1015～1135℃，再优选为1025～1125℃；保温时间优选为20～60min，更优选为25～55min，再优选为30～50min。在本发明中，所述预热保温的温度优选由室温升温获得；所述升温的速率优选为5～15℃/min，更优选为7～13℃/min，再优选为9～11℃/min。在本发明中，所述预热保温的设备优选为马弗炉。

在本发明中，所述热轧的开轧温度优选为1000～1150℃，更优选为1015～1135℃，再优选为1025～1125℃。在本发明中，所述热轧的总变形量优选为65～70％，更优选为65.5～79.5％。在本发明中，所述热轧的道次数优选为5～6次；每道次的变形量优选独立地为10～14％，更优选为11～13％。在本发明中，所述热轧中每道次的压下量优选独立地为1.5～2.5mm，更优选为1.7～2.3mm，再优选为1.9～2.1mm。在本发明中，所述热轧后所得的高铝耐候钢钢板的厚度优选为4～5mm，更优选为4.2～4.8mm，再优选为4.4～4.6mm。在本发明中，所述热轧的设备优选为双辊同步轧机；是本发明的实施例中，所述热轧的设备优选为200型双辊同步轧机。

本发明优选在所述热轧中两道次之间进行保温。在本发明中，所述保温的温度优选独立地为1000～1150℃，更优选为1015～1135℃，再优选为1025～1125℃；时间优选独立地为4～6min，更优选为4.5～5.5min。在本发明中，所述保温的设备优选为马弗炉。在本发明中，热轧时合金铸锭经受了剧烈的挤压变形，使得晶粒沿轧制方向被拉长并产生了大量的畸变能存储在内部；在每道次热轧之间的保温过程中，畸变能释放从而提高再结晶速度，细化晶粒，有利于提高高铝耐候钢的强度和塑性、韧性。

在本发明中，预热保温和热轧联合作用，有利于消除熔炼后由于冷却速度过快产生的内部缺陷，细化晶粒组织，在组织内部积累大量位错，提高力学性能。

在本发明中，所述高铝耐候钢具有良好的力学性能和优异的耐候性，满足工业结构用钢材的使用需求。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种高铝耐候钢及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-2Mn-5Al-0.3Si-0.05P-0.15Cu-0.15Ni-0.2Cr，即按质量百分含量计为Mn2％，Al 5％，Si 0.3％，P 0.05％，Cu 0.15％，Ni 0.15％，Cr 0.2％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将92g工业纯铁、2g电解锰片、5g纯铝、0.3g硅颗粒、0.2g磷铁、0.15g纯铜、0.15g纯镍和0.2g铬颗粒浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

将所得清洁的原料混合后置于真空电弧炉的水冷铜坩埚中，在真空度为5×10^{- 3}Pa，压力为0.06MPa的氩气条件下进行真空电弧熔炼，熔炼温度为2400℃，熔炼过程中的工作电流为500A，每次熔炼完成后，冷却合金液，翻转所得的合金铸锭，然后再次熔化进行熔炼，每次熔化4min，共熔化7次，冷却，得到铸锭；

将所得铸锭至于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30min后取出，与200型双辊同步轧机上进行热轧，热轧的开轧温度为1050℃，热轧的轧制道次为6次，每道次压下量为2mm，变形量为11％，总变形量为66％，每道次轧制之间于马弗炉内1050℃保温5min，得到厚度为4.5mm的高铝耐候钢。

实施例2

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-8Mn-6.5Al-0.1C-0.3Si-0.05P-0.3Cu-0.5Ni-0.2Cr-0.05Ti，即按质量百分含量计为Mn 8％，Al 6.5％，C 0.1％，Si 0.3％，P 0.05％，Cu 0.3％，Ni 0.5％，Cr 0.2％，Ti0.05％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将83.85g工业纯铁、8g电解锰片、6.5纯铝、0.1g碳粒、0.3g硅颗粒、0.2g磷铁、0.3g纯铜、0.5g纯镍、0.2g铬颗粒和0.05g纯钛浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

将所得清洁的原料混合后置于真空电弧炉的水冷铜坩埚中，在真空度为5×10^{- 3}Pa，压力为0.06MPa的氩气条件下进行真空电弧熔炼，熔炼温度为2400℃，熔炼过程中的工作电流为500A，每次熔炼完成后，冷却合金液，翻转所得的合金铸锭，然后再次熔化进行熔炼，每次熔化4min，共熔化7次，冷却，得到铸锭；

将所得铸锭至于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30min后取出，与200型双辊同步轧机上进行热轧，热轧的开轧温度为1050℃，热轧的轧制道次为6次，每道次压下量为2mm，变形量为11％，总变形量为66％，每道次轧制之间于马弗炉内1050℃保温5min，得到厚度为4.5mm的高铝耐候钢。

实施例3

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-15Mn-8Al-0.25C-0.45Si-0.1P-0.35Cu-1Ni-0.5Cr-0.05Ti-0.05Nb，即按质量百分含量计为Mn 15％，Al 8％，C 0.25％，Si 0.45％，P 0.1％，Cu 0.35％，Ni 1％，Cr0.5％，Ti 0.05％，Nb 0.05％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将73.95g工业纯铁、15g电解锰片、8g纯铝、0.25g碳粒、0.45g硅颗粒、0.4g磷铁、0.35g纯铜、1g纯镍、0.5g铬颗粒、0.05g纯钛和0.05g纯铌浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

将所得清洁的原料混合后置于真空电弧炉的水冷铜坩埚中，在真空度为5×10^{- 3}Pa，压力为0.06MPa的氩气条件下进行真空电弧熔炼，熔炼温度为2400℃，熔炼过程中的工作电流为500A，每次熔炼完成后，冷却合金液，翻转所得的合金铸锭，然后再次熔化进行熔炼，每次熔化4min，共熔化7次，冷却，得到铸锭；

将所得铸锭至于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30min后取出，与200型双辊同步轧机上进行热轧，热轧的开轧温度为1050℃，热轧的轧制道次为6次，每道次压下量为2mm，变形量为11％，总变形量为66％，每道次轧制之间于马弗炉内1050℃保温5min，得到厚度为4.5mm的高铝耐候钢。

实施例4

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-22Mn-9Al-0.3C-0.45Si-0.15P-0.35Cu-2Ni-0.75Cr-0.1Ti-0.05Nb，即按质量百分含量计为Mn 22％，Al 9％，C 0.3％，Si 0.45％，P 0.15％，Cu 0.35％，Ni 2％，Cr0.75％，Ti 0.1％，Nb 0.05％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将64.4g工业纯铁、22g电解锰片、9g纯铝、0.3g碳粒、0.45g硅颗粒、0.6g磷铁、0.35g纯铜、2g纯镍、0.75g铬颗粒、0.1g纯钛和0.05g纯铌浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

将所得清洁的原料混合后置于真空电弧炉的水冷铜坩埚中，在真空度为5×10^{- 3}Pa，压力为0.06MPa的氩气条件下进行真空电弧熔炼，熔炼温度为2400℃，熔炼过程中的工作电流为500A，每次熔炼完成后，冷却合金液，翻转所得的合金铸锭，然后再次熔化进行熔炼，每次熔化4min，共熔化7次，冷却，得到铸锭；

将所得铸锭至于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30min后取出，与200型双辊同步轧机上进行热轧，热轧的开轧温度为1050℃，热轧的轧制道次为6次，每道次压下量为2mm，变形量为11％，总变形量为66％，每道次轧制之间于马弗炉内1050℃保温5min，得到厚度为4.5mm的高铝耐候钢。

实施例5

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-32Mn-10Al-0.3C-0.5Si-0.2P-0.4Cu-3Ni-0.75Cr-0.5Mo-0.1Ti-0.1Nb-0.1V，即按质量百分含量计为Mn 32％，Al 10％，C 0.3％，Si 0.5％，P 0.2％，Cu 0.4％，Ni 3％，Cr 0.75％，Mo 0.5％，Ti 0.1％，Nb 0.1％，V 0.1％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将51.45g工业纯铁、32g电解锰片、10g纯铝、0.3g碳粒、0.5g硅颗粒、0.8g磷铁、0.4g纯铜、3g纯镍、0.75g铬颗粒、0.5g纯钼、0.1g纯钛、0.1g纯铌和0.1g纯钒浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

将所得清洁的原料混合后置于真空电弧炉的水冷铜坩埚中，在真空度为5×10^{- 3}Pa，压力为0.06MPa的氩气条件下进行真空电弧熔炼，熔炼温度为2400℃，熔炼过程中的工作电流为500A，每次熔炼完成后，冷却合金液，翻转所得的合金铸锭，然后再次熔化进行熔炼，每次熔化4min，共熔化7次，冷却，得到铸锭；

将所得铸锭至于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至1050℃，保温30min后取出，与200型双辊同步轧机上进行热轧，热轧的开轧温度为1050℃，热轧的轧制道次为6次，每道次压下量为2mm，变形量为11％，总变形量为66％，每道次轧制之间于马弗炉内1050℃保温5min，得到厚度为4.5mm的高铝耐候钢。

对实施例1～实施例5所得高铝耐候钢进行金相光学显微观察，所得的金相光学纤维图见图1～图5，其中，图1为实施例1所得高铝耐候钢的金相光学显微图，图2为实施例2所得高铝耐候钢的金相光学显微图，图3为实施例3所得高铝耐候钢的金相光学显微图，图4为实施例4所得高铝耐候钢的金相光学显微图，图5为实施例5所得高铝耐候钢的金相光学显微图。

由图1～图5可见，实施例1所得的高铝耐候钢为纯铁素体组织；实施例2和实施例3所得的高铝耐候钢为铁素体和奥氏体组织；实施例4和实施例5所得高铝耐候钢为纯奥氏体组织；实施例1～5所得高铝耐候钢的组织晶界清晰可见，说明在本发明提供的技术方案条件下得到高铝耐候钢不存在因过烧导致晶界模糊的现象。

对比例1

高铝耐候钢的化学成分为：

Fe-1.2Mn-0.1C-0.3Si-0.015P-0.3Cu-0.45Cr-0.3Ni-0.05V-0.05Nb，即按质量百分含量计为Mn 1.2％，C 0.1％，Si 0.3％，P 0.015％，Cu 0.3％，Cr 0.45％，Ni 0.3％，V0.05％，Nb 0.05％，余量为Fe；

按设计高铝耐候钢的化学成分，将92g工业纯铁、2g电解锰片、5g纯铝、0.3g硅颗粒、0.2g磷铁、0.15g纯铜、0.15g纯镍和0.2g铬颗粒浸于无水乙醇中，超声波清洗后风干；

其余制备方法与实施例1一致，得到耐候钢。

对实施例1～5所得高铝耐候钢和对比例1所得耐候钢进行力学性能测试，测试方法为：利用线切割将耐候钢板切出骨棒状的单轴拉伸试样，按照GBT228-2002对单轴拉伸试样分别进行测试，所述单轴拉伸试样的尺寸图见图6。测试过程中，每个实施例的样品至少切出3个单轴拉伸试样，确保数据的可重复性，采用室温单轴拉伸实验进行测量，测试仪器型号为Instron5982的万能材料试验机(生产商：英斯特朗，美国)，全程用引伸计监测试样的拉伸位移，拉伸速率设定为5×10^-3s^-1。对实施例1～5所得高铝耐候钢和对比例1所得耐候钢的力学性能测试结果见表1。

表1实施例1～5和对比例1的力学性能测试结果

由表1可见，本发明提供的高铝耐候钢的屈服强度为424.59～521.27MPa，抗拉强度为552.26～725.34MPa，延伸率为32.43～51.91％，具有良好的强度和塑性；相比对比文件1提供的耐候钢，屈服强度提升21.57～49.25％，抗拉强度提升0.47～31.96％，延伸率提升21.01～93.69％，具有更优秀的工程应用前景。

对实施例1～5所得高铝耐候钢和对比例1所得耐候钢进行耐腐蚀性能测试，测试方法为：将耐候钢用线切割加工出尺寸为60mm×40mm×3mm的周期浸润腐蚀试样，每种耐候钢板切出5个试样，以保证试验的可重复性；将试样使用砂纸打磨至800#，清洗后吹干其表面，然后用周期浸润腐蚀试验箱(FL-65，无锡驰和试验仪器有限公司)，按照GB/T 19746-2005，在浓度为3.5wt％的NaCl溶液环境中进行周期浸润腐蚀试验，周期浸润腐蚀试验的试验标准见表2，试验周期为480h(20天)，由此获得其腐蚀性能相关数据，测试结果见表3。

表2周期浸润腐蚀试验的试验标准

表3实施例1～5和对比例1的耐腐蚀性能测试结果

由表3可见，本发明提供的高铝耐候钢在480h氯化钠水溶液中增重为1.20～2.81mg/cm²，与对比例1(增重为15.28mg/cm²)相比较，本发明提供的高铝耐候钢具有更优异的耐腐蚀性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。