專利名稱:耐候性和加工性優(yōu)良的熱軋鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于耐候性和加工性優(yōu)良的熱軋鋼板及其制造方法的發(fā)明。具體地說(shuō)就是，不僅耐海洋性氣候，而且可進(jìn)行多種加工，可用于建筑物、海洋上的結(jié)構(gòu)件、鐵路的車輛和集裝箱等、抗拉強(qiáng)度588Mpa(60kg/mm2)的熱軋鋼板及其制造方法。
特別是要制作耐海洋性氣候的產(chǎn)品，必須使用耐候性鋼，現(xiàn)在耐候性鋼板得到廣泛的應(yīng)用?？墒乾F(xiàn)有技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的耐候性熱軋鋼板抗拉強(qiáng)度在490Mpa(50kg/mm2)以下，所以會(huì)因產(chǎn)品的重量使產(chǎn)品的尺寸受到制約。例如通常使用的耐候性鋼板為KS D3542(牌號(hào)SPA-H)和JIS G3125(牌號(hào)SPA-H)，由于這些鋼板抗拉強(qiáng)度小于490Mpa(50kg/mm2)，不能達(dá)到強(qiáng)度足夠的目的。
此外，為了制成產(chǎn)品要進(jìn)行多種加工，例如要進(jìn)行彎曲、焊接、延伸等，所以希望提供除了耐候性以外，要有優(yōu)良的加工性能的高強(qiáng)度鋼板，這是不容易的。
最近關(guān)于追求具有優(yōu)良耐候性和高加工性的熱軋鋼板的研究取得一定進(jìn)展，已有幾個(gè)這方面的專利申請(qǐng)。詳細(xì)情況如下。
首先日本特開(kāi)平7-207408號(hào)(以下稱“第1專利文獻(xiàn)”)中公開(kāi)了含有重量百分比C≤0.008％、Si0.5～2.5％、Mn0.1～3.5％、P0.03％～0.20％、S≤0.01％、Cu0.05～2.0％、N≤0.008％、Sol-Al0.005～0.1％、Cr0.05～6.1％、Ni0.05～2.0％，Mo0.05～3.0％、B0.0003～0.002％的鋼，在1100℃～1300℃加熱，在800℃～950℃溫度范圍熱軋的熱軋鋼板的制造方法。
另外日本特開(kāi)平11-21622號(hào)(以下稱“第2專利文獻(xiàn)”)中公開(kāi)了含有重量百分比C≤0.15％、Si≤0.7％、Mn0.2～1.5％、P0.03％～0.15％、S≤0.02％、Cu≤0.4％、Sol-Al0.01～0.1％、Cr≤0.1％、Ni0.4～4.0％，Mo0.1～1.5％的鋼，在1050℃～1300℃加熱，在950℃以上的溫度范圍進(jìn)行壓下率40％以上的熱軋，在900℃～750℃溫度范圍精軋，然后空冷的熱軋鋼板的制造方法。
可是上述第1專利文獻(xiàn)公開(kāi)的熱軋鋼板的化學(xué)成分中，起主要作用的碳的含量為≤0.008％。因此這樣的鋼板碳含量相對(duì)比較低，可以提高鋼板的加工性能，但其相反的一面是鋼板的強(qiáng)度低，抗拉強(qiáng)度大體為490Mpa(50kg/mm2)。上述第1專利文獻(xiàn)的熱軋鋼板制造方法是在超低碳鋼中添加大量的Cr、Mo、Ni、Cu等制造的，所以必須要使用特殊的冶煉工藝，會(huì)相對(duì)增加熱軋鋼板的生產(chǎn)費(fèi)用，存在有經(jīng)濟(jì)上不合理的問(wèn)題。
第2專利文獻(xiàn)公開(kāi)的熱軋鋼板其化學(xué)成分中起主要作用的磷含量為0.03％～0.15％，添加大量的磷具有提高在海洋氣候中耐腐蝕的作用，但由于中心偏析和顯微偏析等原因，存在鋼板的加工性急劇降低的問(wèn)題。這樣的熱軋鋼板抗拉強(qiáng)度小于等于490Mpa(50kg/mm2)。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種為提高耐候性添加Cr、Ni、Cu中至少之一，而且為提高加工性嚴(yán)格限制P的含量等，以最合適的合金成分和制造條件生產(chǎn)不僅強(qiáng)度高、加工性優(yōu)良，而且耐候性好的抗拉強(qiáng)度達(dá)588Mpa(60kg/mm2)的熱軋鋼板，以及它的制造方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種耐候性和加工性優(yōu)良的、抗拉強(qiáng)度為588Mpa(60kg/mm2)的熱軋鋼板，其特征為熱軋鋼板中含有重量百分比C0.05～0.10％、Mn1.20～1.70％、Si0.30～0.60％、P0.03％以下、S0.01％以下、Al0.01～0.07％、Cu0.20～0.50％、Cr0.8～1.5％、Nb0.04～0.08％、Ni0.10～0.40％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，抗拉強(qiáng)度588Mpa(60kg/mm2)的、耐候性和加工性優(yōu)良的熱軋鋼板其特征為還含有0.015～0.040％的Ti，和/或0.0005～0.005％的Ca。
本發(fā)明的另外的實(shí)施例提供一種熱軋鋼板的制造方法，該熱軋鋼板中含有重量百分比C0.05～0.10％、Mn1.20～1.70％、Si0.30～0.60％、P0.03％以下、S0.01％以下、Al0.01～0.07％、Cu0.20～0.50％、Cr0.8～1.5％、Nb0.04～0.08％、Ni0.10～0.40％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)，且耐候性和加工性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度為588Mpa(60kg/mm2)，該制造方法的特征為是由把上述鋼制成板坯后，把上述板坯在加熱爐中在1120℃～1250℃加熱的加熱階段、把加熱了的板坯在820℃～900℃溫度范圍熱軋的軋制階段、把熱軋的鋼板在540℃～620℃溫度范圍卷取的卷取階段等組成。

圖1和圖2為表示本發(fā)明熱軋鋼板和現(xiàn)有技術(shù)使用的鋼板的機(jī)械性能變化的曲線。
圖3表示本發(fā)明鋼、對(duì)比鋼及現(xiàn)有技術(shù)鋼的平均抗拉強(qiáng)度曲線。
圖4表示本發(fā)明鋼、對(duì)比鋼及現(xiàn)有技術(shù)鋼的平均屈服強(qiáng)度曲線。
C碳(C)為要獲得熱軋鋼板強(qiáng)度的最基本的、必要的元素，隨添加量的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加?？墒翘技尤脒^(guò)多會(huì)使材料的加工性能降低。因此碳的加入量上限限定為0.10％。而碳加入量不足0.05％的話，由于碳全部固溶到鐵素體中，不能與一起加入的Nb、Ti等反應(yīng)使其強(qiáng)化，不能產(chǎn)生析出強(qiáng)化的效果。因此碳的下限定為0.05％。
Si硅(Si)一般是為煉鋼時(shí)脫氧而加入的，同時(shí)具有固溶強(qiáng)化的效果。并且硅在高溫下，在鋼的表面與Fe形成Fe2SiO4的致密的氧化物，還具有提高耐蝕性的作用。因此為提高鋼板的耐候性要加入0.3％以上的硅。另一方面隨硅的加入量增加，硅使鋼板的焊接性能降低，所以為了使對(duì)鋼板的焊接性能影響盡可能小，硅的加入量上限限定在0.6％。
Mn錳(Mn)加入鋼中有固溶強(qiáng)化的效果。也就是說(shuō)錳可以提高鋼板的強(qiáng)度，而且由于能提高熱加工性能，所以要加入1.2％以上。另一方面錳與鋼中的硫(S)反應(yīng)形成MnS，而MnS對(duì)鋼板的延展性和加工程度不利。因此為防止上述問(wèn)題，把錳的加入量上限限定為1.7％。
P磷(P)具有提高鋼的耐蝕性的作用，所以從耐蝕性的角度來(lái)看希望多加入，但鋼在鑄造時(shí)磷是引起中心偏析的最重要的元素，這是引起焊接性和韌性降低的原因。因此為提高鋼的耐蝕性而加入磷的量限定在0.03％以下。
S眾所周知硫(S)也是能稍提高耐蝕性的元素，但如上所述，S會(huì)與鋼中的錳結(jié)合，形成MnS的非金屬夾雜物，會(huì)降低鋼板的延展性和加工程度。也就是說(shuō)非金屬夾雜物MnS在晶界成網(wǎng)狀析出，成為腐蝕源，在進(jìn)一步彎曲加工時(shí)，鋼板的斷裂強(qiáng)度和延展性降低，所以硫的加入量限定在0.01％以下。
Al鋁(Al)是煉鋼時(shí)脫氧所必須的元素，同時(shí)也具有提高鋼板耐蝕性的作用?？墒翘砑舆^(guò)多的鋁會(huì)使鋼中的夾雜物量增加，會(huì)降低鋼板的加工性能，所以鋁的加入量限定在0.01～0.07％。
Nb、Ti在鋼中少量添加這些元素，與碳和氮結(jié)合后在鋼中析出，具有能有效提高強(qiáng)度的作用。因此這些元素的加入量限制在通常高強(qiáng)度低合金鋼的添加范圍。也就是鈮(Nb)的加入量限定在0.04～0.08％，鈦(Ti)的加入量限定在0.015～0.04％。
Cu銅(Cu)在腐蝕性氣氛中形成穩(wěn)定的銹層，所以為提高鋼板的耐蝕性而加入。也就是說(shuō)，在一般的腐蝕性氣氛下通常加入0.1％以上的銅，而在海洋性氣候等的氣氛條件下，為形成穩(wěn)定的耐蝕層，要加入0.2％以上的銅。另一方面銅的加入量過(guò)多，熱軋鋼板的表面狀態(tài)變的粗糙，所以銅的加入量上限限定在0.5％。
Cr鉻(Cr)與銅一樣形成穩(wěn)定的銹層，所以能有效提高在海洋氣氛中的耐蝕性，其加入量限定在0.8～1.5％。
Ni加入鎳(Ni)能防止在含銅鋼中，在鑄造時(shí)產(chǎn)生鑄造龜裂，一般加入量為銅含量的一半。因此本發(fā)明的熱軋鋼板鎳含量限定為0.1～0.4％。
Ca鈣(Ca)在鋼中會(huì)防止因形成像MnS一樣的非金屬夾雜物而惡化鋼板的延展性和加工性而加入的。而且加入鈣也有提高鋼板耐蝕性的作用。因此要得到加鈣的效果，在鋼中至少要加入0.0005％以上?？墒翘砑舆^(guò)多的鈣會(huì)使鋼中的氧化物系的非金屬夾雜物量增加，使鋼的沖擊性能降低。為此鈣加入量的上限限定在0.005％以下。
含有上述組成成分的熱軋鋼板由于具有下述要說(shuō)明的抗拉強(qiáng)度588Mpa(60kg/mm2)，并且腐蝕程度相對(duì)較低，不僅耐海洋氣候而且加工性好，可以用于制作耐候性和加工性優(yōu)良的產(chǎn)品。
下面說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的熱軋鋼板的制造方法。
首先把含有重量百分比C0.05～0.10％、Mn1.20～1.70％、Si0.30～0.60％、P0.03％以下、S0.01％以下、Al0.01～0.07％、Cu0.20～0.50％、Cr0.8～1.5％、Nb0.04～0.08％、Ni0.10～0.40％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)的鋼，用連續(xù)鑄造工藝制成板坯。為了把上述板坯進(jìn)行熱軋，要把上述板坯在加熱爐再加熱到1120℃～1250℃，然后在終軋溫度820℃～900℃左右進(jìn)行熱軋。然后使鋼板在20℃/sec以上的冷卻速度水冷后，在540℃～620℃溫度卷取。
此時(shí)，上述板坯的再加熱溫度低于1120℃的話，鑄造時(shí)形成的凝固組織破壞得不充分，中心偏析更發(fā)達(dá)，因此最終形成混晶，使鋼板的加工性和沖擊性能顯著降低。因此板坯的再加熱溫度的下限定為1120℃。
另一方面上述板坯的再加熱溫度高于1250℃的話，促進(jìn)因氧化形成鐵鱗，板坯厚度減少的量相對(duì)增加。在加熱時(shí)晶粒粗化，使鋼板的沖擊韌性降低，而且由于要增加加熱成本，鋼板的制造費(fèi)用增加，為了防止上述問(wèn)題，上述板坯的再加熱溫度的上限規(guī)定為1250℃。
終軋溫度超過(guò)900℃的話，熱軋后奧氏體晶粒變大，相變前晶粒直徑大，會(huì)使相變后晶粒細(xì)化不充分。因此晶粒粗化造成鋼板沖擊韌性和強(qiáng)度降低，為了防止此問(wèn)題，終軋溫度的上限規(guī)定為900℃。
而終軋溫度在820℃以下的話，要在奧氏體和鐵素體相變的兩相區(qū)完成軋制，會(huì)產(chǎn)生晶粒粗大和混晶的現(xiàn)象，帶來(lái)沖擊韌性和加工性能的降低，所以為了防止此問(wèn)題，精軋溫度的下限規(guī)定在820℃。
如果熱軋鋼板的冷卻速度在20℃/sec以下的話，會(huì)促進(jìn)鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，形成相對(duì)粗大的晶粒，引起鋼板的沖擊韌性和強(qiáng)度的降低，為了防止上述問(wèn)題，鋼板的冷卻速度定為20℃/sec以上。
如果卷取溫度保持在540℃以下的話，鐵素體組織會(huì)從多邊形鐵素體轉(zhuǎn)變成針狀鐵素體。其結(jié)果形成含有大量貝氏體組織的顯微組織，包括焊接性能和沖擊性能的加工性能要受到損害。因此要避免這樣低的卷取溫度，規(guī)定卷取溫度的下限為540℃。
另一方面熱軋鋼板在620℃以上溫度卷取的話，由于晶粒的長(zhǎng)大和析出物的粗化，鋼板的強(qiáng)度降低，為了防止此問(wèn)題，卷取溫度的上限規(guī)定為620℃。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，為了防止上述鋼中形成MnS夾雜物，造成鋼板強(qiáng)度的降低，制造上述成分的鋼時(shí)要添加鈣(Ca)。也就是利用添加鈣把對(duì)裂紋敏感的MnS夾雜物置換成CaS系夾雜物。為了使鋼板的強(qiáng)度增加，加入0.015～0.04％的鈦(Ti)。
表1中給出按本發(fā)明實(shí)施例制造的鋼和對(duì)比鋼，以及現(xiàn)有技術(shù)鋼的化學(xué)成分。
其中現(xiàn)有技術(shù)鋼意思是用現(xiàn)有技術(shù)制造的耐候性優(yōu)良的軋制鋼材，一般稱為SPA-H。而對(duì)比鋼意思是為開(kāi)發(fā)本發(fā)明鋼而生產(chǎn)的試驗(yàn)用鋼。
表1


如上述表1所示，現(xiàn)有技術(shù)鋼A、B、C中，為了提高中低碳鋼系的耐蝕性，加入了相對(duì)較多的P、Cr、Cu。
可是在本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼A、B、C中，為了提高加工性能添加的P含量相對(duì)較少，相反為提高耐蝕性添加了較多Cr。另外在本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼B中加了Ca。
為了提高鋼板的強(qiáng)度，在本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼C中加入了Nb、Ti。
含上述表1所示成分的鋼利用連續(xù)鑄造工藝制成板坯。然后，在加熱爐中在1120℃～1250℃溫度范圍對(duì)板坯進(jìn)行3小時(shí)的再加熱。然后熱軋成厚度4.5～6.0mm的熱軋鋼板。此時(shí)終軋溫度設(shè)定在820℃～900℃。上述熱軋鋼板卷取時(shí)保持在560℃～620℃。
用這樣方法生產(chǎn)的鋼板抗拉強(qiáng)度和加工性能等示于下面的表2。
表2


如上述表2所示，本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼A、B、C的抗拉強(qiáng)度與現(xiàn)有技術(shù)鋼A、B、C相比，得到相對(duì)比較大的值，也就是在588Mpa(60kg/mm2)以上。本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼A、B、C與現(xiàn)有技術(shù)鋼A、B、C相比，屈服強(qiáng)度和沖擊韌性也相對(duì)較好。
另一方面下述表3中表示對(duì)上述表1中的鋼耐蝕性的評(píng)價(jià)。其中現(xiàn)有技術(shù)鋼采用集裝箱用鋼SPA-H和一般碳素鋼SS400進(jìn)行試驗(yàn)。
表3


試樣用涂料覆蓋，只露出一面，露出的面積為105cm2。試驗(yàn)進(jìn)行大約30天。試驗(yàn)后在70～80℃左右的17％(NH4)2HC6H5O7溶液中，把表面形成的鐵銹除掉，然后測(cè)量重量的減少，換算成腐蝕的深度。
本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼A、B、C的腐蝕深度與現(xiàn)有技術(shù)鋼SPA-H大體相同或要好一些，但腐蝕深度是一般的鋼SS400的約一半。
特別是，在本發(fā)明鋼和對(duì)比鋼A、B、C的情況下，對(duì)提高耐候性有很大影響的P含量，考慮到鋼板的脆性和焊接性能，保持在現(xiàn)有技術(shù)鋼SPA-H的0.10或更低的水平。相反，為了提高耐蝕性，把Cr含量增加到現(xiàn)有技術(shù)鋼SPA-H的2倍左右。其結(jié)果是，即使在鹽分充足的海洋性氣候下，耐候性也沒(méi)有多大差別。
附圖中圖1和圖2為表示本發(fā)明熱軋鋼板和現(xiàn)有技術(shù)熱軋鋼板機(jī)械性能變化的曲線，圖3和圖4表示本發(fā)明鋼、對(duì)比鋼、現(xiàn)有技術(shù)鋼的平均抗拉強(qiáng)度和平均屈服強(qiáng)度的曲線。
參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明鋼幾乎都滿足抗拉強(qiáng)度588Mpa(60kg/mm2)以上的目標(biāo)值。參照?qǐng)D3和圖4，本發(fā)明鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度不僅高于對(duì)比鋼，而且高于現(xiàn)有技術(shù)鋼。
如前所述，采用本發(fā)明，可提供適用于建筑物、海洋上用的結(jié)構(gòu)件、鐵路的車輛、集裝箱等有耐蝕性要求的、而且要減輕產(chǎn)品重量、抗拉強(qiáng)度在588Mpa(60kg/mm2)的熱軋鋼板，與現(xiàn)有技術(shù)的熱軋鋼板相比，可以制造具有優(yōu)良的耐蝕性和多種的加工性能的產(chǎn)品，同時(shí)具有產(chǎn)品輕量化和延長(zhǎng)壽命的效果。
盡管上述內(nèi)容只是以本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為例介紹的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離權(quán)利要求
范圍所記載的本發(fā)明的思想和宗旨的前提下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改和變更。
權(quán)利要求
1.耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板，其特征為包括重量百分比C0.05～0.10％、Mn1.20～1.70％、Si0.30～0.60％、P0.03％以下、S0.01％以下、Al0.01～0.07％、Cu0.20～0.50％、Cr0.8～1.5％、Nb0.04～0.08％、Ni0.10～0.40％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求
1所述的耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板，其特征為還含有重量百分比為0.015％至0.040％的Ti。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板，其特征為還含有重量百分比為0.0005％至0.005％的Ca。
4.耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板的制造方法，其中所述鋼板含有重量百分比C0.05～0.10％、Mn1.20～1.70％、Si0.30～0.60％、P0.03％以下、S0.01％以下、Al0.01～0.07％、Cu0.20～0.50％、Cr0.8～1.5％、Nb0.04～0.08％、Ni0.10～0.40％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)，該制造方法包括步驟把上述鋼制成板坯，把上述板坯在加熱爐中在1120℃～1250℃加熱，把加熱了的板坯在820℃～900℃溫度范圍熱軋，然后把熱軋鋼板在540℃～620℃溫度范圍卷取。
5.如權(quán)利要求
4所述的耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板的制造方法，其特征為所述鋼板還含有重量百分比為0.015％至0.040％的Ti。
6.如權(quán)利要求
4或5所述的耐候性、加工性優(yōu)良的熱軋鋼板的制造方法，其特征為所述鋼板還含有重量百分比為0.0005％至0.005％的Ca。
專利摘要
本發(fā)明涉及耐侯性和加工性優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度為588Mpa(60kg/mm
文檔編號(hào)B21B3/00GKCN1125187SQ01115952
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2001年6月8日
發(fā)明者趙炳金侖, 崔錫燦, 崔哲宇, 梁熙春, 李熙寬 申請(qǐng)人:浦項(xiàng)綜合制鐵株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan