CN100422372C - 热轧双相耐候钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的热轧双相耐候钢板，抗拉强度大于680MPa，屈服强度大于360MPa，延伸率大于25%，加工硬化指数n值大于0.20，屈强比小于0.60，耐候性能优于现有商用O9CuPCrNi耐候钢，焊接热影响区抗拉强度大于550MPa；并且钢板中形成有基体相和第二相，基体相为铁素体，体积分数为70-85%，第二相主要是马氏体，体积分数为15%-30%，第二相均匀弥散的分布在基体相中。所述钢板成分中含有Fe以及0.05-0.12%C、0.05-0.15%P、0.1-0.4%Cu等元素。钢板的制造方法为：将板坯加热至1100-1250℃，然后进行轧制，终轧温度为820-900℃，终轧后以15-40℃/s的冷却速度冷却至400-650℃，然后进行卷取或快速冷却至室温。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的金属材料及其制造技术，尤其涉及一种屈服强度低、抗拉强度高、无不连续屈服现象、加工硬化指数高、均匀变形延伸率和总延伸率大、综合力学性能及可焊性好，同时具有高耐候性，以及可以热轧生产双相组织的耐候钢板及其制造方法。
背景技术
耐候钢是一类耐大气腐蚀钢种，就其成分而言，属低碳低合金高强度钢，因含有Cu、P等合金元素，而具有优良的耐大气腐蚀性能，即耐候性。Cu元素对耐候性的影响最为显著，与P元素配合下效果更佳。耐候钢含碳量一般控制在0.12％以下，由于含碳量较低，一般需加入Ni、Cr、Ti等合金元素以获得适当的强度。目前，我国铁路客、货车辆车体的结构件主要由耐候钢板经冷冲压、焊接制成，随着对车辆高速化、轻量化的要求日益迫切，用于制造车辆的板材不仅要求具有良好的耐候性，以满足车辆经受风吹雨打、阳光暴晒以及温度变化大的恶劣服役条件，同时，还要求所用板材既具有较高的强度，从而可以大幅度减小板厚，降低车辆自重，且具有较高的塑性和较大的加工硬化指数，以满足加工制造过程中对板材冷成形工艺性的要求。
由低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制而得到的、主要由铁素体(F)和少量转变相(一般为马氏体，M)所组成的钢叫双相钢。实际上第二相还可能含有贝氏体、残余奥氏体及碳化物等相，但由于这些相的含量均很少，故一般称之为马氏体双相钢，简称双相钢。双相钢具有高的抗拉强度、低的屈强比、无不连续屈服现象、初始加工硬化速率高以及强度和延性匹配好等特点，这不仅解决了冲压构件长期存在的冷成形性与强度之间的矛盾，而且可使构件的重量大大减小。可见，将传统耐候钢板材双相化，使之成为双相耐候钢，是车体材料创新的重要途径之一。
铁道部工业总公司所属车辆厂每年制造货车15000-20000辆，其中敞车约10000辆，棚车约4000辆，平车和罐车各约2000-3000辆，客车数千辆。以C64型敞车的现行设计结构为例，制造一辆货车的冲压结构件需要各种规格的耐候钢板7.747吨，而全路每年制造货车需要耐候钢板为116000-155000吨。如果能将耐候钢双相化，以双相耐候钢替代现行传统耐候钢，假设双相化可使耐候钢强度提高30％以上，节材率按20％计算，那么全路每年可节约钢材23000-31000吨，将大大降低车辆制造成本。
双相耐候钢的采用不仅可降低车辆制造成本，减轻车体自重，为提速提供有利条件，而且还将节约运营能耗，减轻车辆对钢轨和路基的损耗。可见，双相耐候钢在铁路客、货车辆制造上的应用有着广阔的市场前景及十分可观的经济效益和社会效益。
根据制备工艺不同，双相钢一般分为热处理型和热轧型两种，前者是通过将低碳低合金钢加热到双相区而后进行淬火的热处理方法获得，而后者则是通过控制轧制和轧后的控制冷却来直接获得。由于采用热处理法生产双相钢需要将钢板重新加热，不仅增加了生产工序，而且还需配置先进的连续炉，因而增加了双相钢的生产成本。而热轧法生产双相钢的生产效率高，节约能源，并且产品的性能稳定。
所以，开发出在现有连铸连轧生产线上可实现热轧双相化的新型双相耐候钢，具有重要的工程价值，同时对于相关双相钢的生产及开发具有一定的理论参考价值。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种屈服强度低、抗拉强度高、无不连续屈服现象、加工硬化指数高、均匀变形延伸率和总延伸率大、综合力学性能及可焊性好，同时具有高耐候性；
本发明的第二目的在于提供合金化处理方法，在现有耐候钢体系基础上开发出可实现热轧双相化的新一代耐候钢；
本发明的第三目的在于提供一种在铁素体基体中引入或形成均匀弥散分布的第二相马氏体、从而克服现有商用耐候钢“屈强比高、加工硬化指数低、不连续屈服、强度低”的弱点，并最终通过热轧方法制造出具有良好综合力学性能的双相耐候钢板的工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的热轧双相耐候钢板，抗拉强度大于700MPa，屈服强度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指数n值大于0.20，屈强比小于0.60，耐候性能优于现有商用09CuPCrNi耐候钢，焊接热影响区抗拉强度大于600MPa；并且钢板中形成有基体相和第二相，基体相为铁素体，体积分数为70-85％，第二相主要是马氏体，体积分数为15％-30％，第二相均匀弥散地分布在基体相中。所述钢板成分中含有：
C：0.05-0.12％，Mn：0.30-0.60％，Si：0.30-0.60％，S：0.012-0.02％，P：0.05-0.15％，Cu：0.1-0.4％；
余量为Fe和不可避免的杂质；
以上均为质量百分比。
其中，进一步含有至少一种选自下列的添加元素：
Mo：0.1-1.5％，Cr：0.2-1.0％，Ni：0.1-0.3％；
更进一步可以含有选自下列的添加元素：
V：≤1.0％，Ti：≤1.0％，Nb：≤1.0％。
又，一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的热轧双相耐候钢板，抗拉强度大于680MPa，屈服强度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指数n值大于0.20，屈强比小于0.60，耐候性能优于现有商用09CuPTiRE耐候钢，焊接热影响区抗拉强度大于550MPa；并且钢板中形成有基体相和第二相，基体相为铁素体，体积分数为70-85％，第二相主要是马氏体，体积分数为15％-30％，第二相均匀弥散的分布在基体相中。所述钢板成分中含有：
C：0.05-0.12％，Mn：0.30-0.60％，Si：0.30-0.60％，S：0.012-0.02％，P：0.05-0.15％，Cu：0.1-0.4％；
以上均为质量百分比。
其中，进一步含有至少一种选自下列的添加元素：
Mo：0.1-1.5％，Ti：0.001-1.0％，RE：0.001-1.2％；
更进一步可能含有选自下列的添加元素：
V：≤1.0％，Cr：≤1.0％，Ni：≤1.0％，Nb：≤1.0％。
本发明获得上述热轧双相耐候钢板的制造方法，包括以下步骤：
(1)将板坯加热至1100-1250℃，然后进行轧制，终轧温度为820-900℃；
(2)终轧后以15-40℃/s的冷却速度冷却至400-650℃，然后进行卷取；
进一步，按照本发明的方法，在步骤(1)可以将热轧板坯重新加热至保温温度区间，也可以将连铸坯直接冷却到上述温度区间，为了降低奥氏体晶粒度，也可以将保温温度适当降低。轧制可以采用单道次，也可以采用多道次。
步骤(2)中，可以冷却到400-650℃，进行卷取，也可以不进行卷取而快速冷却至室温，以制造单张双相耐候钢板。
具体实施方式
实施例1
实施过程在连铸连轧生产线上进行，合金成分为：C：0.11％；Mn：0.50％；Si：0.49％；S：0.015％；P：0.098％；Cr：0.60％；Ni：0.20％；Cu：0.27％；Mo：0.42％。首先，在连铸机上铸造板坯，经辊底炉加热至1150℃；然后进行两道次粗轧，再进行五道次精轧，终轧温度为880℃；终轧后的冷却速度为25℃/s，最后进行卷取，卷取温度为600℃。
所得热轧双相耐候钢板的性能如下：抗拉强度780MPa，屈服强度420MPa，延伸率28％，加工硬化指数n值为0.21，屈强比0.54，无不连续屈服现象，焊接热影响区抗拉强度630MPa；盐雾试验结果表明，热轧双相耐候钢板的腐蚀率为1.37mm/a(周期为120h)，耐候能力优于现有商用09CuPCrNi耐候钢。
实施例2
实施过程在连铸连轧生产线上进行，合金成分为：C：0.11％；Mn：0.50％；Si：0.49％；S：0.015％；P：0.098％；Cr：0.60％；Ni：0.20％；Cu：0.27％；Mo：0.42％。首先，在连铸机上铸造板坯，经辊底炉加热至1150℃；然后进行两道次粗轧，再进行五道次精轧，终轧温度为860℃；终轧后的冷却速度为26℃/s，最后进行卷取，卷取温度为580℃。
所得热轧双相耐候钢板的性能如下：抗拉强度750MPa，屈服强度415MPa，延伸率26％，加工硬化指数n值为0.21，屈强比0.55，无不连续屈服现象；盐雾试验结果表明，热轧双相耐候钢板的腐蚀率为1.26mm/a(周期为120h)，耐候能力优于现有商用09CuPCrNi耐候钢。
实施例3
实施过程在连铸连轧生产线上进行，合金成分为：C：0.09％；Mn：0.54％；Si：0.51％；S：0.012％；P：0.094％；Cr：0.55％；Ni：0.21％；Cu：0.29％；Mo：0.44％；Nb：0.035％；V：0.03％。首先，在连铸机上铸造板坯，经辊底炉加热至1200℃；然后进行两道次粗轧，再进行五道次精轧，终轧温度为880℃；终轧后的冷却速度为26℃/s，最后进行卷取，卷取温度为600℃。
所得热轧双相耐候钢板的性能如下：抗拉强度770MPa，屈服强度420MPa，延伸率28％，加工硬化指数n值为0.22，屈强比0.545，无不连续屈服现象；盐雾试验结果表明，热轧双相耐候钢板的腐蚀率为1.31mm/a(周期为120h)，耐候能力优于现有商用09CuPCrNi耐候钢。
实施例4
实施过程在连铸连轧生产线上进行，合金成分为：C：0.08％；Mn：0.53％；Si：0.49％；S：0.013％；P：0.01％；Cu：0.27％；Mo：0.40％；RE：0.13％。首先，在连铸机上铸造板坯，经辊底炉加热至1200℃；然后进行两道次粗轧，再进行五道次精轧，终轧温度为860℃；终轧后的冷却速度为24℃/s，最后进行卷取，卷取温度为550℃。
所得热轧双相耐候钢板的性能如下：抗拉强度740MPa，屈服强度410MPa，延伸率29％，加工硬化指数n值为0.21，屈强比0.554，无不连续屈服现象；盐雾试验结果表明，热轧双相耐候钢板的腐蚀率为1.22mm/a(周期为120h)，耐候能力优于现有商用09CuPCrNi耐候钢。
实施例5
实施过程在连铸连轧生产线上进行，合金成分为：C：0.07％；Mn：0.55％；Si：0.54％；S：0.012％；P：0.097％；Cu：0.29％；Mo：0.44％；RE：0.14％；Cr：0.60％；Nb：0.03％。首先，在连铸机上铸造板坯，经辊底炉加热至1200℃；然后进行两道次粗轧，再进行五道次精轧，终轧温度为860℃；终轧后的冷却速度为27℃/s，最后进行卷取，卷取温度为570℃。
所得热轧双相耐候钢板的性能如下：抗拉强度760MPa，屈服强度425MPa，延伸率26％，加工硬化指数n值为0.24，屈强比0.559，无不连续屈服现象；盐雾试验结果表明，热轧双相耐候钢板的腐蚀率为1.21mm/a(周期为120h)，耐候能力优于现有商用09CuPCrNi耐候钢。
Claims (9)
1. 一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的热轧双相耐候钢板，抗拉强度大于700MPa，屈服强度大于400MPa，延伸率大于25％，加工硬化指数n值大于0.20，屈强比小于0.60，耐候性能优于现有商用09CuPCrNi耐候钢，焊接热影响区抗拉强度大于600MPa；并且钢板中形成有基体相和第二相，基体相为铁素体，体积分数为70-85％，第二相主要是马氏体，体积分数为15％-30％，第二相均匀弥散的分布在基体相中，所述钢板成分为：
C：0.05-0.12％，Mn：0.30-0.60％，Si：0.30-0.60％，S：0.012-0.02％，P：0.05-0.15％，Cu：0.1-0.4％；
余量为Fe和不可避免的杂质；
以上均为质量百分比。
2. 根据权利要求1所述的热轧双相耐候钢板，其特征是：其进一步含有至少一种选自下列的添加元素：
Mo：0.1-1.5％，Cr：0.2-1.0％，Ni：0.1-0.3％。
3. 根据权利要求1或2所述的热轧双相耐候钢板，其特征是：其更进一步含有至少一种选自下列的添加元素：
V：≤1.0％，Ti：≤1.0％；Nb：≤1.0％。
4. 一种具有良好力学性能、冷成形性能、焊接性能及耐候性能的热轧双相耐候钢板，抗拉强度大于680MPa，屈服强度大于360MPa，延伸率大于25％，加工硬化指数n值大于0.20，屈强比小于0.60，耐候性能优于现有商用09CuPTiRE耐候钢，焊接热影响区抗拉强度大于550MPa；并且钢板中形成有基体相和第二相，基体相为铁素体，体积分数为70-85％，第二相主要是马氏体，体积分数为15％-30％，第二相均匀弥散的分布在基体相中。所述钢板成分中含有：
C：0.05-0.12％，Mn：0.30-0.60％，Si：0.30-0.60％，S：0.012-0.02％，P：0.05-0.15％，Cu：0.1-0.4％；
以上均为质量百分比。
5. 根据权利要求4所述的热轧双相耐候钢板，其特征是：其进一步含有至少一种选自下列的添加元素：
Mo：0.1-1.5％，Ti：0.001-1.0％，RE：0.001-1.2％。
6. 根据权利要求4或5所述的热轧双相耐候钢板，其特征是：再进一步可以含有至少一种选自下列的添加元素：
V：≤1.0％，Cr：≤1.0％，Ni：≤1.0％，Nb：≤1.0％。
7. 一种制造权利要求1或4所述的热轧双相耐候钢板的制造方法，包括以下步骤：
(1)将板坯加热至1100-1250℃，然后进行轧制，终轧温度为820-900℃；
(2)终轧后以15-40℃/s的冷却速度冷却至400-650℃，然后进行卷取。
8. 根据权利要求7所述的热轧双相耐候钢板的制造方法，其特征是：其中在步骤(1)中，板坯重新加热至保温温度1100-1250℃；或连铸坯直接冷却到上述温度区间，为了降低奥氏体晶粒度，将保温温度适当降低；轧制采用单道次或多道次。
9. 根据权利要求8所述的热轧双相耐候钢板的制造方法，其特征是：其中在步骤(2)中，按15-40℃/s的冷却速度冷却到400-650℃，进行卷取，或不进行卷取而快速冷却至室温，以制造单张双相耐候钢板。
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