一种基于CSP流程生产的薄规格无Ni耐候钢及其生产方法与流程

一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢及其生产方法
技术领域
1.本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢及其生产方法。


背景技术：

2.耐候钢又称为耐大气腐蚀钢，相对于不锈钢合金含量少制造成本低，相对于普通碳钢具有良好的耐大气腐蚀性能，在铁道车辆、集装箱、建筑、光伏支架等行业得到广泛应用。cu能显著提高钢材的耐大气腐蚀性能，是耐候钢中添加的主要合金元素之一，但是其熔点只有1083℃，由于cu的存在易导致连铸生产过程中产生漏钢，铸坯加热和热轧过程中产生边部裂纹等表面质量缺陷。以往耐候钢中常常复合添加cu、ni，控制ni/cu≥0.5，形成高熔点的cu-ni二元合金相，抑制液相铜富集，解决上述制造难题。然而ni是贵重合金元素，添加ni不仅提高了耐候钢制造成本，同时也加速了ni资源消耗。
3.csp薄板坯连铸连轧流程生产薄规格板耐候钢板具有板型好、性能均匀、轧制稳定性高等优点。但是薄板坯连铸连轧流程的拉速大大高于常规热连轧板带流程，且铸坯压下率低，生产无ni耐候钢产生漏钢风险加剧，同时热轧卷表面存在裂纹缺陷影响下游用户使用。
4.现有技术中，2016年5月26日公开的公开号cn 105603320 a公开了一种薄板坯连铸连轧生产集装箱板的方法，其化学成分质量百分比含量(wt％)为：c：0.05～0.09％，si：0.30～0.50％，mn：0.40～0.60％，p：0.070～0.120％，s：0.001～0.015％，cr：0.30～0.50％，ni：0.03～0.10％，cu：0.25～0.40％，余量为fe和不可避免的杂质。添加了贵重合金ni，制造成本较高，且仅用于集装箱制造，用途单一。
5.2020年10月30日公开的公开号cn 111850396a公开了一种经济型集装箱用贝氏体耐候钢及用csp线生产方法，其化学成分质量百分比含量(wt％)为：c：0.051～0.065％，si：0.61～0.85％，mn：0.81～1.02％，p：0.08～0.15％，s：≤0.005％，al：0.015～0.055％，cu：0.46～0.61％，cr：0.61～0.72％，ti：0.026～0.061％，n：≤0.006％，其余为fe和不可避免的杂质。终轧温度758～799℃，418～511℃低温卷取，金相组织为不低于体积占比95％的贝氏体。屈服强度：351～396mpa，抗拉强度：483～532mpa，延伸率：36～47％。该发明专利适用钢板厚度≤2.0mm，且si、mn、cu含量高，大大提高耐候钢制造成本。虽然未添加ni，但是在高cu含量下并未提出解决铜脆缺陷的措施。且仅用于集装箱制造，用途单一。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢及其生产方法，节约贵重ni合金,降低耐候钢制造成本，；且具有良好的耐大气腐蚀性和综合力学性能，板材厚度范围1.5～3.0mm。解决了csp流程生产无ni含cu耐候钢的连铸漏钢和热轧表面缺陷控制难题，实现了无ni薄规格高强耐候钢板的批量稳定生产，可用于集装箱、电缆桥架、光伏支架等所用薄规格耐候钢制造。
7.本发明具体技术方案如下：
8.一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢，包括以下质量百分比成分：
9.c：0.04％～0.06％、si：0.30％～0.55％、mn：0.30～0.80％、p：0.020～0.150％、s：≤0.005％、cr：0.30％～0.80％、cu：0.25％～0.40％、als：0.015％～0.040％、ti：0.010％～0.040％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
10.本发明基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢的化学成分设计还需满足如下条件：参照美国材料与试验协会标准astm g101-01中修正的legault-leckie公式计算该钢种的耐候指数i，i＝26.01(％cu) 3.88(％ni) 1.20(％cr) 1.49(％si) 17.28(％p)-7.29(％cu)
×
(％ni)-9.10(％ni)
×
(％p)-33.39(％cu)2。随着i值增加，材料的耐大气腐蚀性能增加，当i值≥6.0时，具有良好的耐大气腐蚀性能。本发明化学成分设计还需满足i≥7.0。
11.所述的基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢，组织为多边形铁素体和珠光体，铁素体平均晶粒尺寸8-12μm，铁素体体积分数90-92％，余量为珠光体。
12.所述的基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢，厚度：1.5～3.0mm，拉伸性能：屈服强度r
el
≥380mpa，抗拉强度rm≥490mpa，延伸率a≥28％。
13.本发明提供的一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢的生产方法，包括以下工艺流程：铁水预处理深脱硫
→
转炉顶底复合吹炼
→
lf精炼
→
薄板坯连铸
→
csp板坯加热
→
csp热连轧
→
层流冷却
→
卷取。
14.具体的，按照上述化学成分进行钢水冶炼后进行薄板坯连铸。
15.所述薄板坯连铸具体为：连铸过程采用低过热度浇铸增加坯壳厚度，专用保护渣进行保护浇铸提高结晶器壁与坯壳之间的润滑作用，避免漏钢。中间包钢水过热度控制在10～30℃；所述专用保护渣主要理化性能指标：碱度0.8～1.3，粘度0.10～0.30pa
·
s，熔点1022～1152℃；连铸板坯的厚度为60～90mm，连铸坯拉速根据铸坯宽度和厚度控制在3.5～4.5m/min。
16.所述csp板坯加热具体为：铸坯切割后进入辊底式加热炉进行加热，入炉温度≥1000℃。对板坯进行加热，加热时间20～35min，出炉温度1130～1200℃。采用低温快速加热，缩短铸坯在炉时间，降低液相cu向奥氏体晶界的扩散富集。加热炉采用还原气氛，减少加热过程中铸坯表面fe的氧化，降低液相铜在钢基体与氧化铁皮界面富集，从而改善热轧过程中产生的表面裂纹缺陷。
17.所述csp热连轧具体为：
18.板坯出炉后经过高压水除鳞去除表面氧化铁皮，然后直接采用7机架四辊cvc连轧机组进行轧制；f1、f2、f3压下率＞50％，通过高温大压下促进形变奥氏体再结晶细化晶粒尺寸；f6、f7主要用于改善薄规格钢带的板型，压下率＜10％；带钢出f7运行速度控制在7～12m/s。控制终轧温度为840～900℃，在奥氏体未再结晶区完成轧制，细化相变后的铁素体晶粒尺寸。终轧温度过高，奥氏体晶粒长大，降低材料强度；终轧温度过低，在两相区轧制易照成混晶，降低材料塑形。
19.所述层流冷却具体为：精轧结束后进行层流冷却，冷却速度为50～100℃/s；
20.所述卷取具体为：卷取温度控制在570～630℃。层流冷却至570～630℃进行卷取，卷取温度过高，铁素体晶粒粗化，导致强度不足；卷取温度过低生成贝氏体组织，降低材料
塑性，影响成形性能。卷取后自然冷却至室温。
21.本发明提供的csp流程生产薄规格无ni耐候钢合金元素及其质量百分比设计原理如下：
22.c(碳)：c是提高钢材强度最经济的元素，但是c含量过高会恶化钢材的焊接性能，降低塑性。本发明为提高耐候钢强度，将c含量设计为0.04～0.06％。
23.si(硅)：si有利于细化腐蚀产物，促进钢材表面形成致密的保护性锈层从而提高耐大气腐蚀性能，还能抑制含铜钢高温氧化后表面铜元素富集，改善热轧过程中产生表面裂纹缺陷。但是si含量过高会降低钢材的焊接性能。因此本发明将si含量设计为0.30～0.55％。
24.mn(锰)：mn是钢中重要的固溶强化元素之一，提高钢的强度和韧性。但是mn含量过高不但会提高耐候钢制造成本，还会恶化钢材的焊接性能。因此，将其含量设计为0.30～0.80％。
25.p(磷)：p是提高钢材耐大气腐蚀性能最经济的元素，还能起到固溶强化作用，但是p含量过高容易在晶界偏析降低钢材的低温韧性，增加焊接裂纹敏感性。因此将p含量设计为0.020～0.150％，可根据下游用户需要及产品标准要求选择低p或者高p成分；
26.s(硫)：s是钢中的有害残余元素，恶化钢材的耐大气腐蚀性能和塑韧性。因此本发明将s含量设计为≤0.005％
27.als(铝)：al是钢中加入的主要脱氧元素，与氧的结合力大于ti。但过高的al会导致钢中al的氧化物夹杂含量增加，降低钢材的耐大气腐蚀性能，连铸容易堵塞水口。因此，将其含量设计为0.015～0.040％。
28.cr(铬)：cr是提高钢材耐大气腐蚀性能重要的合金元素，尤其是在与cu复合添加的时候，能够在钢材表面富集促进致密的保护性锈层生成，显著提高钢材的耐大气腐蚀性能。cr含量过高会恶化钢材的焊接性能，因此将cr含量设计为0.30～0.80％。
29.cu(铜)：cu是主要的耐大气腐蚀元素，还能在冷却过程中析出细小的第二相粒子提高强度；但是cu的熔点较低，含量过高容易导致连铸漏钢，在热轧过程中产生表面裂纹，因此将cu含量设计为0.25～0.40％。
30.ti(钛)：ti是强氮化物形成元素，tin的固溶温度较高，在板坯加热过程中能抑制奥氏体晶粒长大,细化晶粒尺寸增加奥氏体晶界面积，降低液相铜在奥氏体晶界的富集程度，从而改善热轧过程中产生表面裂纹缺陷；此外，还能提高材料的强度。将其含量控制在0.010％～0.040％。
31.本发明通过化学成分、连铸和加热工艺协同设计和控制，解决了csp流程生产无ni耐候钢易产生的连铸漏钢和产品表面裂纹缺陷难题，通过合金成分和热连轧工艺设计获得需要的显微组织和力学性能，提高产品耐候性能。
32.与现有技术相比，本发明实现在csp流程生产无ni耐候钢，节约贵重金属ni资源，降低制造成本。同时，通过si-p-cu-cr元素的匹配设计和协同作用，耐候指数i≥7.0，具有良好的耐大气腐蚀性能。厚度：1.5～3.0mm，拉伸性能：屈服强度r
el
≥380mpa，抗拉强度rm≥490mpa，延伸率a≥28％。经过双倍冷弯试样外侧面没有裂纹出现，具有良好的冷弯成形性能。
附图说明
33.图1为本发明实施例钢板的典型金相组织，铁素体平均晶粒尺寸10μm，体积分数91.5％。
34.图2为本发明实施例生产的热轧钢带的热轧卷边部，无裂纹；
35.图3为本发明实施例生产的热轧钢带表面，无裂纹。
具体实施方式
36.以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
37.实施例1-实施例6
38.一种基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。各实施例耐候指数i≥7.0，具有优良的耐大气腐蚀性能。
39.对比例1
40.以公开号为cn 105603320 a的实施例4作为对比例1；具体成分如表1所示，表1没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。
41.对比例2
42.以公开号为cn 111850396a的实施例10作为对比例2；表1没有显示的余量为fe和不可避免的杂质。
43.从表1可以看出，对比例1含有贵重合金ni，制造成本高；对比例2的si、mn、cu含量均高于本发明，制造成本较高。
44.表1本发明各实施例及对比例的化学成分
[0045][0046]
注：对比例2还控制n：0.003％。
[0047]
上述各实施例基于csp流程生产的薄规格无ni耐候钢的生产方法，包括以下工艺流程：铁水预处理深脱硫
→
转炉顶底复合吹炼
→
lf精炼
→
薄板坯连铸
→
csp板坯加热
→
csp热连轧
→
层流冷却
→
卷取。
[0048]
按照上述化学成分进行钢水冶炼，连铸过程中间包钢水过热度控制在10～30℃，保护渣主要理化性能指标：碱度0.8～1.3，粘度0.10～0.30pa
·
s，熔点1022～1152℃。连铸板坯的厚度为60～90mm，连铸坯拉速根据铸坯宽度和厚度控制在3.5～4.5m/min。铸坯切割后进入辊底式加热炉进行加热，入炉温度≥1000℃。首先对板坯进行加热，加热时间20～35min，出炉温度1130～1200℃。板坯出炉后经过高压水除鳞去除表面氧化铁皮后采用7机架四辊cvc连轧机组进行轧制。f1、f2、f3压下率》50％，f6、f7压下率《10％；带钢出f7运行速度控制在7～12m/s。控制终轧温度为840～900℃。精轧结束后进行层流冷却，冷却速度为50～100℃/s，卷取温度控制在570～630℃。卷取后自然冷却至室温。
[0049]
各实施例和对比例连铸工序主要工艺参数、轧制工序主要工艺参数及力学性能分别如表2、表3和表4所示。拉伸性能测试根据gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行，冷弯性能测试根据gb/t232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行。
[0050]
表2本发明实施例和对比例连铸主要工艺参数
[0051][0052]
表3本发明实施例和对比例轧制工序主要工艺参数
[0053][0054]
表4本发明实施例、对比例力学性能和表面质量
[0055][0056]
本发明通过化学成分和控轧控冷工艺设计，使得钢板显微组织为多边形铁素体 珠光体，铁素体平均晶粒尺寸8-12μm，铁素体体积分数90-92％，典型金相组织见图1所示。
[0057]
按照tb/t 2375进行72h周期浸润腐蚀试验，式样尺寸：40mm
×
60mm
×
2mm，以q345b低合金钢作为对比试样，试验结果如表5所示，对比例2(cn 111850396a)的结果如表6所示。各实施例的耐大气腐蚀性能相对于q345b低合金钢提高了1倍，与对比例2处于同一水平，具有良好的耐大气腐蚀性能。但是对比例2的合金成本显著高于本发明。
[0058]
表5各实施例及对比试样耐大气腐蚀性能
[0059] 平均腐蚀失重速率，(g/(m2·
h))相对腐蚀率，％实施例1//实施例2//实施例32.2752实施例42.0046实施例52.0747实施例6//q345b4.37100
[0060]
表6对比例2及对比试样耐大气腐蚀性能
[0061][0062]
综上所述，按本发明技术在csp薄板坯连铸连轧流程生产的薄规格无ni耐候钢板解决了连铸漏钢和热轧卷表面裂纹难题，产品的屈服强度≥380mp，抗拉强度≥490mpa，延伸率≥28％以上，具有良好的耐大气腐蚀性能和冷弯成形性能，可应用于集装箱、光伏支架、电缆桥架等等制造。