專利名稱：：一種600MPa級熱軋薄鋼板及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于低合金鋼
技術領域：
，具體涉及一種低成本、高強度的600MPa級熱軋薄鋼板及其制造方法。
背景技術：
：在集裝箱制造行業(yè)，目前普遍采用345MPa級的以Cu、P、Cr、Ni為主要合金成分的具有耐大氣腐蝕性能的熱軋薄鋼板(高耐侯鋼板)制造外板和內部框架，由于這種鋼的強度低，要想達到設計要求就要采用較厚的尺寸，這樣就會使集裝箱的自身重量增加，成本增加?，F(xiàn)用于集裝箱制造的鋼板達到300萬噸以上，而且伴隨集裝箱運輸業(yè)的發(fā)展，這個行業(yè)所需要的鋼材的數(shù)量也是逐年增加的。隨著人們對礦產資源、能源、制造成本等問題的日益關注，集裝箱輕量化、長壽命化成為一種趨勢，在這種情況下，已經開始出現(xiàn)使用密度小的鋁材料制作集裝箱的苗頭。但是，由于受到價位高、強度低等原因的限制，鋁材還不能成為集裝箱制造的主流材料，要想真正實現(xiàn)集裝箱的輕量化，還需要從鋼材入手。如果集裝箱用鋼板的屈服強度達到600MPa以上，就可以減少集裝箱結構材料的厚度15%~40%，在保障結構的整體剛度的前提下，能夠有效降低單位箱體的自重，對降低集裝箱的單位用鋼量、提高集裝箱的運載效率、節(jié)約集裝箱制造成本有著重要的現(xiàn)實意義。由于制造集裝箱結構件時需要大量的冷彎成型過程，因此對于鋼材的要求必然是強度要高，且冷彎成型性要好，能夠穩(wěn)定成型而不發(fā)生開裂。也就是需要鋼材具有高強度、高的冷變形延展性，另外從經濟方面考慮，這種集裝箱鋼板應具有易于生產，成本低廉的特點?，F(xiàn)有屈服強度到600MPa以上的鋼板在這方面還達不到要求。在日本特開昭63—72853號公報中，曾經公開了在高P鋼中添加Nb、Ti、V、B以實現(xiàn)集裝箱用結構材料的輕量化和長壽命化。但是這種成分體系可以保障強度、耐候性，無法保障彎曲成型的穩(wěn)定性。在日本特開平3^2321號公報中曾經公開最大拉伸強度在590MPa或以上的冷加工性優(yōu)良的耐候性熱軋鋼板的制造方法。但是，這種鋼板屈服強度還是偏低，不能滿足集裝箱進一步輕量化的要求。在公開號CN1639371A的專利中，提出一種700MPa級的耐大氣腐蝕鋼板，其實例中的強度和延伸率很高，但是其設計思路中的合金很高，成本上沒有優(yōu)勢。在軋制中，精軋的溫度范圍狹窄，對軋機的軋制控制要求高，生產適應性差。珠鋼專利CN1785543A，提出用薄板坯連鑄連軋生產高強度集裝箱鋼板。其適用于薄板坯，沒有明確是否適用于厚板坯，具有應用的局限性，且貴金屬Ni等合金成分較高，合金成本還未達到理想程度。如上所述，所期望的屈服強度在600MPa以上，延伸率高、冷彎成型性好，且具有耐大氣腐蝕性能的成本低廉、適于的集裝箱制造的專用鋼板，過去還沒有更適宜的生產技術。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、屈服強度在600MPa或以上的具有高強度、高延伸率、良好冷彎成型性的熱軋耐候鋼板及其制造方法。由于強度的提高，可實現(xiàn)鋼板厚度減薄，在制造集裝箱時，可以節(jié)約鋼材消耗量，并大幅度減輕箱體自重，提高集裝箱運輸效率。本發(fā)明提出一種600MPa級熱軋薄鋼板，其化學成分的重量百分比為C:0.02%0.09%、Si:0.01%0.35%、Mn:0.20%~0.卯％、P:0.04%以下、S:0.005%以下、Ni:0.20%以下、Cu:0.2%~0.4%、Cr:0.30%0.45%、Als:0.005%0.050%、Ca:0.0005%~0.005%、Ti:0.02o/o0.15%且含有Nb:0%0.070%、Bs:0%0.003%中的一種或一種以上，余量為Fe以及不可避免的雜質。該鋼板的生產工藝特征為對所述鋼經連鑄成120300mm厚度的板坯后，在1260120(TC加熱均勻后、于高于104(TC的溫度范圍內進行粗軋，在1100100(TC開始精軋，在950880。C結束軋制、在軋后10s以內以20。C/s以上的冷卻速度冷卻后，在550650"C進行巻取。技術特征的詳細說明(1)本發(fā)明目的是為實現(xiàn)集裝箱的輕量化和制造成本低廉化，提供一種以中厚板坯為原料，確保屈服強度在600MPa或以上的高強度、延伸率高、冷彎成型性好，同時易于生產的、成本低廉的，產品厚度在L06.0mm的熱軋耐候鋼板及其制造方法。(2)本發(fā)明的重要特點之一是Ti元素的選擇。Ti在本發(fā)明中是重要的微合金強化元素，除可有效細化晶粒外，其形成的低于10nm的微小TiC析出相具有很高的沉淀強化作用，可大幅度提高鋼板強度。低于0.07%，沉淀強化作用不足，高于0.15%對連鑄的影響增大，會導致鑄坯縱裂發(fā)生率上升，因此限定其范圍為0.07%0.15%。但在加入B時，由于B提高了組織強化作用，Ti的下限可以放寬到0.020%。(3)Ni是貴金屬元素，其起到明顯耐腐蝕作用的范圍是1.0°/。以上。本發(fā)明不將Ni元素作為耐腐蝕元素，適當加入這種元素主要是為了防范板坯加熱時表面Cu裂紋現(xiàn)象。為控制成本，限定其低于0.12%。(4)Cu是保障耐腐蝕性能的元素，其達到0.20%時，作用已接近飽和，而超過0.40%成本升高過多，所以限定其范圍在0.20%0.40%。(5)Cr作為耐大氣腐蝕元素與Cu配合使用，必要的量是0.30%，超過0.45%成本增加過多，因此限定其含量范圍為0.30%0.45°/。。(6)C元素是強化元素，其低于0.02%時，固溶強化作用不足。超過0.09%，碳當量提高，焊接性不利，同時析出的Ti的碳化物易于粗化，降低了TiC的沉淀強化作用，因此限定其范圍為0.02%0.09%。(7)Mn是強化元素，又是鋼中冶煉時必然存在的元素。根據(jù)要達到的強度級別水平確定其含量范圍，但使其低于0.20%對冶煉要求高，增加成本。限定其不超過0.90%，主要是考慮成本因素，并且過高也不利于焊接，延伸率等也受到影響，因此確定其范圍為0.20%~0.90%。(8)Si是具有脫氧作用的元素，低于0.01%，會增加煉鋼工序成本。高于0.35%，易使板坯產生難以去除的再生鐵皮，影響成品鋼板的表面質量。因此確定其范圍為0.01%~0.35%。(9)Ca除了球化S化物，使夾雜物細小而均勻分布，減少不均勻腐蝕發(fā)生外，生成的CaS也具有改善鋼板與銹層界面PH值的作用，0.0005%是其必要的量。由于S含量最高不超過0.005%，使Ca在鋼中殘余含量超過0.005%時，加入有難度，也沒有必要。卿P易于導致偏析，對焊接性和冷彎成型性能不利。為保證焊接性要求和冷彎成型性能，本發(fā)明控制其低于0.04%。(IDS是有害元素，從力學性能上來說，自然是越低越好，但過低會導致工序成本增加，而超過0.005%使鋼板產生橫\縱向性能差異大，使鋼板橫向延伸率降低，所以限定其上限為0.005%。似Nb是細化晶粒的元素，加入其可以明顯提高奧氏體未再結晶區(qū)的溫度，從而減小成品的晶粒尺度，增加組織的位錯密度。由于Nb需要充分固溶到奧氏體中才能起到作用，而當含量達到0.07%時其在選定的加熱溫度和加熱時間下，固溶度基本達到飽和，再增加含量也沒有作用，反而造成浪費，所以上限確定為0.07%。在本發(fā)明中，由于Ti有很強的沉淀強化作用。當冷速足夠快，而且?guī)喨囟冗m當時，由于Ti析出粒子的沉淀強化，即使不添加Nb，鋼板的屈服強度也能夠達到600MPa以上。所以僅限定其上限，對其下限不予限定。其范圍為0%0.07%。(13)B是推遲鐵素體轉變，提高貝氏體組織強化幅度的元素。B只有以Bs形式存于鋼中時才會起到作用。所以本發(fā)明中僅對Bs含量做了規(guī)定。Bs含量達到0.0005%時，將發(fā)揮有效作用，其含量超過0.003%，作用已經飽和。所以選擇添加B時的范圍限定為Bs:0.0005~0.003%。而當添加Ti+Nb的含量不低于0.09%時，不用添加B，鋼板的屈服強度也能夠達到600MPa以上。以本發(fā)明限定的成分，通過中厚板坯鑄機連鑄成120~300mm的板坯后，采用直接熱裝、冷裝進入加熱爐均熱，通過熱連軋生產線進行生產。對各階段溫度進行限定的理由如下(W)加熱溫度限定在120(M26(TC，是因為鋼中加入較高的Ti，要使Ti充分發(fā)揮沉淀強化作用而不影響延伸率，需要其充分固溶于奧氏體中，120(TC是必要的溫度，而超過126(TC，能耗升高，鋼坯的氧化損失大。所以確定加熱溫度為12001260°C。(15)粗軋是為精軋做準備，開軋溫度限定在104(TC以上，鋼的塑性好，強度低，易于軋制，不會因中間坯的頭尾溫差而導致尺寸不良以及發(fā)生翹頭、瓢曲等形狀不良問題而影響下步工序的正常進行。低于1040°C，會使粗軋鋼坯發(fā)生形狀不良的幾率增大。(16)精軋溫度高于IIO(TC，成品晶粒不易細化，細晶強化效果不好。低于IOO(TC，則增加精軋機架的負荷，容易導致事故。在1100~1000°C進精軋機架開始軋制，即可使軋機負荷不過高，又能有效細化晶粒。(17)由于含有Ti，而且期望Ti的碳化物盡量少地在軋制過程中析出，影響最終的沉淀強化效果。確定軋制終了溫度在950~880°C。終軋溫度高于95(TC，晶粒細化不足，影響強化效果。低于880。C，會因軋制變形的能量貯存，誘導析出Ti的碳化物。這些先析出的碳化物較粗大，對屈服強度的貢獻小，但卻導致延伸率的下降。同時，終軋溫度過低，軋機的負荷會增加，導致事故率上升。而鋼板的橫縱向性能差異也升高。(18)巻取溫度確定在550650°C，因為高于650°C，相變后的鐵素體仍有長大傾向而影響晶粒細化效果，并且析出的TiC沉淀相會粗大化，而降低沉淀強化效果。低于55(TC，Ti的碳化物的析出會被抑制。TiC析出相的強化作用不會充分發(fā)揮。(19)確定軋后在10s內冷卻，是為了確保軋后的變形奧氏體中有足夠的位錯密度。這些高密度的位錯是提高相變形核率的基本因素。超過10s，位錯密度降低，先析出的粗大的TiC會增加，成品晶粒細化、沉淀強化的效果都會受到較大影響。冷卻速度要求高于20°C/S，是因為高的冷卻速度可以實現(xiàn)更大的相變過冷度，抑制在相界析出粗大的Ti的碳化物，并確保細化晶粒。冷速低于2(TC/s，晶界析出的粒子增加，對成品的力學性能和冷彎成型性能不利。本發(fā)明的的優(yōu)點及效果在于，合金成本低，生產工藝簡單易行。由于屈服強度達到600MPa以上仍然具有良好的冷成型性能，可以替代現(xiàn)在的345MPa級的集裝箱用鋼板，使結構件重量減輕15%40%。應用本發(fā)明的鋼板能大幅度降低制造集裝箱的鋼材消耗量，從而降低集裝箱的生產成本，用這種鋼板制成的集裝箱自重小，可以提高裝載效率、降低運輸成本。由于鋼板還具有耐大氣腐蝕性能，且抗磨、抗劃、抗壓能力更強，可以使集裝箱具有更長的使用壽命。具體實施例方式下面介紹本發(fā)明的具體實施例方式本發(fā)明鋼化學成分的重量百分比為.-C:0.02%~0.09%、Si:0.01%0.35%、Mn:0.20o/o~0.90%、P:0.04%以下、S:0.005%以下、Ni:0.20%以下、Cu:0.2%0.4%、Cr:0.30%0.45%、Als:0.005%0.050%、Ca:0.0005%0.005%、Ti:0.02%0.15%且含有Nb:0%0.070%、Bs:0%0.003。/0中的一種或一種以上，余量為Fe以及不可避免的雜質。應用上述化學成分的鋼，經連鑄成120~300mm厚度的板坯后，其生產工藝的特征為，在1260120(TC加熱均勻后、在高于1040。C的溫度范圍內進行粗軋，在1100100(TC開始精軋，在95088(TC結束軋制、在軋后10s內以20'C/s以上的冷卻速度冷卻后，在55065(TC進行巻取。表1~3是按照上述的化學成份范圍生產的幾個實施例及與345、450、550MPa級耐候鋼的成分、性能對比。表l實施例的成分樣號熔煉化學成分，Wt%CSiMnPSAlsCuNiCaCrNbTiBs實施例10.080.010.900.010.0030.020.210.190.0010.31-0.020.0029本實施例20.050.250.250.030.0040.030.33-0.0020.41-0.100.0006發(fā)實施例30.040.130.510.020.0020.010.20-0細80.300.050.14-明實施例40.030.350.680.010遠0.020.380.070.0010.330.040.07-鋼實施例50.090.220.900.040.0010.010.300.090細0.35-0.110.0015實施例60.070.180.810.020.0010.040.250.060細70.310.060.12-對G345GNHL0.070.330.440.070.0060.030.280.16-0.52---比Q450NQR10.080.191.100.010.0050.030.310.180.0010.550.040.015-鋼Q550NQR10.080.241.330.010.0040.040.320.200.0010.510.050.012-(2)熱軋工藝控制實施例本發(fā)明成品的厚度范圍在1.0mm6.0mm，是通過平整、開平工序所生產的平板。鋼板在熱連軋生產線生產，具體的工藝控制實例如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1、一種600MPa級熱軋薄鋼板，其特征在于，其化學成分的重量百分比為，C0.02％～0.09％、Si0.01％～0.35％、Mn0.20％～0.90％、P0.04％以下、S0.005％以下、Ni0.20％以下、Cu0.2％～0.4％、Cr0.30％～0.45％、Als0.005％～0.050％、Ca0.0005％～0.005％、Ti0.02％～0.15％，且含有Nb0％～0.070％、Bs0％～0.003％中的一種或一種以上，余量為Fe以及不可避免的雜質。2、按權利要求1所述的一種600MPa級熱軋薄鋼板的制造方法，其特征為對所述成分的鋼在連鑄成120~300mm厚度的板坯，在12601200'C加熱均勻后、高于104(TC的溫度范圍內進行粗軋，在1100100(TC開始精軋，在95088(TC結束軋制，在軋后10s內，以20°C/s以上的冷卻速度冷卻，在550650。C進行巻取。全文摘要本發(fā)明公開一種600MPa級熱軋薄鋼板及其制造方法，其化學成分的重量百分比為C0.02％～0.09％、Si0.01％～0.35％、Mn0.20％～0.90％、P0.04％以下、S0.005％以下、Ni0.20％以下、Cu0.2％～0.4％、Cr0.30％～0.45％、Als0.005％～0.050％、Ca0.0005％～0.005％、Ti0.02％～0.15％，且含有Nb0％～0.070％、Bs0％～0.003％中的一種或一種以上，余量為Fe以及不可避免的雜質。本發(fā)明所述鋼連鑄成120～300mm板坯后，在1260～1200℃加熱均勻、高于1040℃的范圍內粗軋，在1100～1000℃開始精軋，在950～880℃結束軋制、在軋后10s內以20℃/s以上的冷卻速度冷卻，550～650℃卷取。用這種鋼板制造集裝箱使其重量減輕15％～40％，從而降低生產成本。文檔編號C22C38/54GK101550520SQ200810010899公開日2009年10月7日申請日期2008年3月31日優(yōu)先權日2008年3月31日發(fā)明者劉鳳蓮,劉志偉,朱克永,王東明,董恩龍,谷春陽,郭曉宏申請人:鞍鋼股份有限公司