專利名稱：具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低碳低合金鋼領(lǐng)域，涉及耐大氣腐蝕鋼。
背景技術(shù)：
在大氣環(huán)境中使用的鋼結(jié)構(gòu)如橋梁、塔架及車輛等，由于受空氣中氧、水和酸性物質(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)作用，往往會(huì)使之產(chǎn)生大氣腐蝕，從而影響使用壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，為了提高結(jié)構(gòu)鋼耐大氣腐蝕的性能，國內(nèi)外采用各種方法研制出一批耐大氣腐蝕鋼或稱為耐大氣腐蝕鋼。尤其在我國，橋梁、塔架等鋼結(jié)構(gòu)多用耐候性較差的鋼制造，為防止大氣腐蝕，必須不定期進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)表面噴刷防腐涂料，為此花費(fèi)大量人力、財(cái)力和物力。另一方面，為適應(yīng)現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，一些鋼結(jié)構(gòu)如橋梁等向重載、大跨度方向發(fā)展，因此研制抗拉強(qiáng)度≥600MPa的高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼，用于大型橋梁、通信及輸電塔架等，已成為當(dāng)務(wù)之急。
目前，一般地采用在鋼中添加一定量的Cu、P等合金元素，可顯著提高鋼的耐大氣腐蝕性能，如美國研制的高磷、銅加鎳、鉻耐大氣腐蝕鋼COR-TEN A(ASTM A242)系列，其主要化學(xué)成分按重量百分比為C≤0.12％，Mn0.20～0.50％，Si0.25～0.75％，Cu0.25～0.60％，S≤0.04％，P≤0.07～0.15％，Cr0.30～1.25％，Ni≤0.65％，余為Fe。該耐大氣腐蝕鋼的屈服強(qiáng)度≥345MPa，抗拉強(qiáng)度≥490MPa。另外還研制了以Cr、Mn、Cu為主的COR-TENB(ASTM A588)系列耐大氣腐蝕鋼及改良型COR-TEN B耐大氣腐蝕鋼，即COR-TEN B-QT 70(ASTMA852)，該鋼碳含量為0.12～0.20％，用于制造橋梁。
中國專利號(hào)為85108118的專利，介紹了一種低合金耐大氣腐蝕鋼，其化學(xué)成分為C≤0.12％，Si0.20～0.75％，Mn0.20～0.70％，Cu0.20～0.50％，P0.06～0.15％，V0.02～0.12％，Xt≤0.20％，S≤0.04％，余為Fe和雜質(zhì)。
中國專利號(hào)為00121262.1的專利介紹了一種耐大氣腐蝕鋼，化學(xué)成分按重量百分比為C0.085～0.15％，Si0.30～0.50％，Mn0.30～0.60％，P0.035～0.050％，S≤0.01％，Cu0.10～0.19％，RE0.005～0.05％，余為Fe。
上述所列專利其主要均采用高P、Cu，輔以Cr，Ni等合金元素的方法研制。添加的P含量較高而Mn含量相對較低，它們的共同不足是鋼的韌性低，脆性增加，難于承受重載荷。
美國專利號(hào)為US6,056,833的專利介紹一種熱機(jī)械控軋高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比耐大氣腐蝕鋼(Thermomechanically controlled processed high strength weathering steel with lowyield/tensile ratio)，化學(xué)成分按重量百分比為C0.08-0.12％，Mn0.80-1.35％，Si0.30-0.65％，Mo0.08-0.35％，V0.06-0.14％，Cu0.20-0.40％，Ni≤0.50％，Cr0.30-0.70％，Nb≤0.04％，Ti≤0.02％，S≤0.01％，P≤0.02％，N0.001～0.014％，余為Fe和微量雜質(zhì)。控軋控冷后該鋼的屈服強(qiáng)度≥490MPa，屈強(qiáng)比≤0.85。
另一項(xiàng)美國專利號(hào)為US6,315,946的專利，介紹一種超低碳貝氏體耐大氣腐蝕鋼(Ultralow carbon bainitic weathering steel)，其化學(xué)成分按重量百分比為C0.015～0.035％；Cu0.20～0.40％；Cr0.40～0.70％；Ni0.20～0.50％；Ti0.02～0.05％；Nb0.03～0.06％；B0.0015～0.003％；Mn≤2.0％；P≤0.012％；S≤0.005％；Si≤0.40％；Mo≤0.50％；V≤0.10％；Al≤0.03％；N≤0.006％。余為Fe和微量雜質(zhì)。經(jīng)控軋控冷后屈服強(qiáng)度≥450MPa，-35℃夏比沖擊吸收功≥40J。
上述兩項(xiàng)耐大氣腐蝕鋼采用控軋控冷工藝過程生產(chǎn)，并含有價(jià)格較昂貴的合金元素V、Mo，其不足是工藝過程難于控制，生產(chǎn)成本高。由于添加的Ni較高，使得生產(chǎn)成本更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種采用低碳高錳方法制造，使鋼具有同類型的鐵素體組織，避免形成珠光體組織，從而減小鋼中各相或不同組織之間的電位差，提高鋼的抗腐蝕性能，不添加昂貴合金元素V、Mo，生產(chǎn)工藝容易控制的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼及其生產(chǎn)方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.05～0.09、Si0.45～0.70、Mn2.10～3.00、P≤0.02、S≤0.01、Ti0.005～0.009、Nb0.095～0.19、Ni0.10～0.19、Cu0.45～0.65、Cr0.75～1.50、Ca≤0.02，余量為Fe及雜質(zhì)，同時(shí)滿足0.70＜Cr+Ni+Cu＜2.50及Nb＞4Ti+3Ca。
其在于C的重量百分比為0.05～0.07。
其在于Mn的重量百分比為2.20～2.80。
其在于Mn的重量百分比為2.30～2.60。
其在于Cr+Ni+Cu之和的重量百分比為1.00＜Cr+Ni+Cu＜1.50。
其在于C與Mn的取值關(guān)系相反。
其生產(chǎn)步驟為1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫、脫磷技術(shù)、轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑?、喂Al絲脫氧、爐后真空處理、鈣處理及成分微調(diào)的冶煉工藝；2)進(jìn)行初軋初軋溫度控制在1150℃～1230℃；
3)進(jìn)行精軋精軋的后三道次累計(jì)壓下率≥50％；4)進(jìn)行終軋其溫度控制在800～880℃；5)進(jìn)行冷卻以不小于5℃/秒冷卻速度將鋼板冷卻到400～700℃；6)在常溫狀態(tài)下對鋼板進(jìn)行冷卻并至室溫。
本發(fā)明主要合金元素含量的設(shè)定是基于以下原理本發(fā)明采用低C的目的在于經(jīng)上述制造方法生產(chǎn)的耐大氣腐蝕鋼易獲得單一的同類型鐵素體組織，抑制珠光體組織及其它碳化物的形成，從而避免了不同組織、不同相之間較高的電位差，獲得優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。
鋼中添加較高的Mn含量，可顯著降低鋼的相變溫度，細(xì)化晶粒，提高鋼的綜合性能，且能夠形成固溶強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度。
大氣腐蝕是化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)過程，加入適量Cr、Ni及Cu等合金元素，通過與大氣中氧的作用，鋼表面可形成一層致密的復(fù)合鈍化薄膜，能有效阻礙H+與Fe的化學(xué)反應(yīng)，避免內(nèi)部金屬受到腐蝕，提高鋼的耐大氣腐蝕性能。Cr+Ni+Cu＞0.70的重量百分比，以保證形成致密鈍化薄膜的最小含量；Cr+Ni+Cu＜2.50的重量百分比，以在保證鋼質(zhì)具有優(yōu)異耐大氣腐蝕的前提下，盡可能降低鋼的碳當(dāng)量，使鋼具有優(yōu)異的焊接性能。
加入少量的Ca，是對鋼進(jìn)行鈣處理，可明顯改善鋼中夾雜物的形態(tài)、分布及大小，提高鋼的耐大氣腐蝕性能及機(jī)械性能。
加入一定的Nb含量，且Nb＞4Ti+3Ca，可使軋制在較高溫度下完成，一方面可保證鋼的機(jī)械性能，另一方面可減小軋制設(shè)備的軋制抗力，延長使用壽命。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.化學(xué)成分比較簡單，工藝過程容易控制，耐大氣腐蝕性能與COR-TEN A鋼相當(dāng)。
2.本發(fā)明因采用低碳高錳，與采用V、Mo合金元素鋼種相比，生產(chǎn)成本大幅降低。
3.降低了因碳偏析而產(chǎn)生的鋼板廢品率。
4.本發(fā)明還具有優(yōu)異的焊接性能及低溫沖擊韌性。
四

圖1為本發(fā)明與Q345C、COR-TENA在實(shí)驗(yàn)室模擬大氣腐蝕試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
圖2為本發(fā)明的金相組織圖五具體實(shí)施方式
在實(shí)驗(yàn)室用50kg真空感應(yīng)爐冶煉了4爐本發(fā)明，4爐鋼的具體化學(xué)成分見表1所示。
經(jīng)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法
其具體試驗(yàn)的生產(chǎn)步驟1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫、脫磷技術(shù)、轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑挕⑽笰l絲脫氧、爐后真空處理、鈣處理及成分微調(diào)的冶煉工藝；2)進(jìn)行初軋初軋溫度控制在1180℃；3)進(jìn)行精軋精軋的后三道次累計(jì)壓下率60％；4)進(jìn)行終軋其溫度控制在850～870℃范圍內(nèi)；5)進(jìn)行冷卻以8℃/秒冷卻速度將鋼板冷卻到550～650℃；6)在常溫狀態(tài)下對鋼板進(jìn)行冷卻并至室溫。然后，取樣進(jìn)行金相組織觀察，典型的組織見附圖2。對本發(fā)明鋼取樣進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表2。同時(shí)，對4個(gè)爐號(hào)的鋼材取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬大氣腐蝕試驗(yàn)，同時(shí)，本申請還將對比鋼號(hào)Q345c，COR-TEN A的樣品在實(shí)驗(yàn)室相同條件下進(jìn)行了模擬大氣腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見附圖1所示。
在附圖1中，橫座標(biāo)為試驗(yàn)時(shí)間，單位為小時(shí)h；縱座標(biāo)為腐蝕深度，單位為毫米mm。
由附圖1可見，在全部試驗(yàn)過程中，本發(fā)明鋼與對比鋼COR-TEN A的腐蝕深度相差很小，略高于對比例鋼COR-TEN A，因此，本發(fā)明鋼具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。由圖1可見另一特征，即在全部模擬大氣腐蝕過程中，本發(fā)明鋼的腐蝕深度隨著鋼的碳含量的降低而略微減小。
表1 實(shí)施例鋼號(hào)的化學(xué)成分重量百分比

表2 實(shí)施例鋼號(hào)的機(jī)械性能

權(quán)利要求
1.具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分重量百分比為C0.05～0.09、Si0.45～0.70、Mn2.10～3.00、P≤0.02、S≤0.01、Ti0.005～0.009、Nb0.095～0.19、Ni0.10～0.19、Cu0.45～0.65、Cr0.75～1.50、Ca≤0.02，余量為Fe及雜質(zhì)，同時(shí)滿足0.70＜Cr+Ni+Cu＜2.50及Nb＞4Ti+3Ca。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于C的重量百分比為0.05～0.07。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于Mn的重量百分比為2.20～2.80。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于Mn的重量百分比為2.30～2.60。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于Cr+Ni+Cu之和的重量百分比為1.00＜Cr+Ni+Cu＜1.50。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其特征在于C與Mn的取值關(guān)系相反。
7.制造權(quán)利要求1所述的具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼的生產(chǎn)方法，其在于步驟為1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫、脫磷技術(shù)、轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑?、喂Al絲脫氧、爐后真空處理、鈣處理及成分微調(diào)的冶煉工藝；2)進(jìn)行初軋初軋溫度控制在1150℃～1230℃；3)進(jìn)行精軋精軋的后三道次累計(jì)壓下率≥50％；4)進(jìn)行終軋其溫度控制在800～880℃；5)進(jìn)行冷卻以不小于5℃/秒冷卻速度將鋼板冷卻到400～700℃；6)在常溫狀態(tài)下對鋼板進(jìn)行冷卻并至室溫。
全文摘要
具有600MPa級(jí)的低溫高韌性耐大氣腐蝕鋼，其解決目前高P、Cu，輔以Cr，Ni等合金元素使鋼的韌性低，脆性高，難于承受重載；美國專利存在的工藝過程難于控制，生產(chǎn)成本高等不足。其解決的技術(shù)措施其在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.05～0.09、Si0.45～0.70、Mn2.10～3.00、P≤0.02、S≤0.01、Ti0.005～0.009、Nb0.095～0.19、Ni0.10～0.19、Cu0.45～0.65、Cr0.75～1.50、Ca≤0.02，余量為Fe及雜質(zhì)，同時(shí)滿足0.70＜Cr+Ni+Cu＜2.50及Nb＞4Ti+3Ca。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性、低溫沖擊韌性和焊接性能。
文檔編號(hào)C21D6/00GK1718832SQ20051001911
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者陳顏堂, 郭愛民, 汪福成, 丁慶豐, 李書瑞, 董漢雄, 董中波 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司