集装箱用高耐候性热轧钢带的成分设计和性能分析

王刚

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003）

集装箱用高耐候性热轧钢带的成分设计和性能分析

王刚

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003）

介绍了集装箱用高耐候性热轧钢带的化学成分，分析了其性能。规模化生产结果表明，该热轧钢带化学成分设计合理，力学性能稳定，成型性能和耐大气腐蚀性能优异。

集装箱耐候热轧钢带化学成分性能

随着世界经济与国际贸易的稳步增长，集装箱运输量急剧上升，集装箱制造业迅速发展，其产地由美国转向了欧洲、日本和韩国。集装箱制造业是一种劳动密集型产业，随着这些国家劳动力成本的不断增加，集装箱产地又发生了新的变化，逐渐向其他国家和地区转移。我国集装箱工业抓住了国际上劳动密集型产业向劳动力成本低的发展中国家转移的契机，生产得以迅速发展，自20世纪80年代初期引入集装箱生产技术以来，已经发展成为世界上最大的集装箱生产国，集装箱产量约占世界总产量的90%以上。

由于市场容量较大，各大钢铁企业均把集装箱板列为重要的热连轧品种钢，不断加大开发力度。山西太钢不锈钢股份有限公司（以下简称太钢）1 549 mm热连轧机是1992年从日本引进的二手设备，2002年进行了彻底改造，增加了先进的宽度自动控制（AWC）系统，使钢带宽度控制精度进一步提高［1］。2006年6月太钢新建2 250 mm热连轧生产线投产，年设计产能400万t，其中不锈钢200万t，是目前全球不锈钢产能最大的热连轧生产线［2］。依托上述设备优势，太钢实现了集装箱用高耐候性热轧钢带的高质量、规模化生产。

1 集装箱化学成分的设计

承载货物后的集装箱要在运输或贮存过程中长时间保持堆码状态，对集装箱用热轧钢带力学性能的要求较为严格，除应使钢材本身强度达到技术条件规定外，还要求强度稳定，波动范围小。集装箱制造厂将热轧钢带开平后，要通过弯曲、冲压等工序将定尺钢板加工成零部件，冷成型是集装箱制造过程中最主要的工序之一，因此，要求相应热轧钢带必须具有良好的成型性能。集装箱多数情况下在港口、码头露天贮存或在海洋中运输，要经受潮湿的海洋大气腐蚀，耐大气腐蚀性能是对集装箱用热轧钢带性能的基本要求。钢材的化学成分是决定其性能的最主要的因素之一，为满足集装箱的各项性能要求，必须对所用热轧钢带的化学成分进行合理设计。太钢集装箱用高耐候性热轧钢带的牌号和化学成分见表1。

表1 太钢集装箱用高耐候性热轧钢带牌号和化学成分%

C在钢中形成间隙固溶体，具有显著的固溶强化效应，随着C含量的提高，钢的屈服强度和抗拉强度增加，但塑性和成型性能却明显下降。为了使集装箱用高耐候性热轧钢带的力学性能和成型性能匹配良好，限定w(C)不得高于0.015%。

Si固溶于Fe中形成置换固溶体，其固溶强化能力仅次于P，可有效提高钢的强度，但同时也在一定程度上降低钢的塑性和成型性能，故限定w(Si)为0.30%～0.80%。

Mn在钢中与Fe互溶形成置换固溶体，其固溶强化能力低于P和Si，Mn和固溶C共存会降低钢的成型性能。Mn是良好的脱硫剂，能够减弱或消除因S引起的钢的热脆性，改善钢的热加工性能。将w(Mn)限定在0.30%～0.60%。

与其他元素相比，P是固溶强化铁素体能力最强的元素，随着P含量的提高，钢的屈服强度和抗拉强度显著增加，但塑性和成型性能却明显下降。P能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，若与Cu或Cr或同时与Cu、Cr配合使用则效果更佳。综合考虑集装箱的性能要求以及P在钢中的作用，将w(P)限定在0.080%～0.150%。

S易使钢产生热脆性，严重恶化钢的热加工性能。S在铁素体中的溶解度很低，在钢中多以硫化物夹杂的形式存在，这些夹杂物会降低钢的塑性和韧性并导致成品热轧钢带表面和内在缺陷，是使钢板在冷成型过程中产生裂纹的重要原因之一。S对钢的耐蚀性十分有害，钢中的硫化物可成为铁锈的发源地。因此，限定w(S)不得高于0.030%。

Cu、Cr、Ni元素在钢中可起到不同程度的固溶强化作用，其中Ni还可改善钢的低温冲击韧性，但在集装箱用高耐候性热轧钢带中加入这些元素的主要目的却在于赋予热轧钢带优异的耐大气腐蚀性能。

Cu是耐蚀作用最为突出的合金元素，它之所以具有这样的作用，一般认为是Cu在钢中起着活性阴极的作用，可促进钢产生阳极钝化，从而降低钢的大气腐蚀速率；另一种说法认为，Cu在锈层中的富集能够改善锈层的保护性能，从而提高钢的耐大气腐蚀性能［3］。但如果Cu含量太高，则易使热轧钢带表面产生网状裂纹缺陷。因此，限定本钢种Cu含量范围为0.35%～0.65%。

Cr是提高钢耐大气腐蚀性能的主要合金元素之一，在低合金高强度钢中，Cr在Cu和（或）P的配合下会表现出更为明显的耐大气腐蚀效果。Cr含量太高时易增强钢的淬透性，降低其塑性和成型性能。将w(Cr)限定在0.40%～1.30%。

Ni是提高钢耐大气腐蚀性能的元素，它对钢耐大气腐蚀性能的改善作用随其含量的提高而增强。综合考虑本钢种耐大气腐蚀性能要求和生产成本，确定其w(Ni)为0.30%～0.60%。

2 集装箱力学性能和成型性能

工业化生产的623批TQ400GNH高耐候性热轧钢带横向力学性能、成型性能与技术条件的对比见表2。由表2可以看出，TQ400GNH热轧钢带的屈服强度Rel、抗拉强度Rm和延伸率A均满足技术条件要求且裕量较大，180。d=a冷弯试验结果全部完好，在此基础上，进一步进行了180。d=0冷弯试验，结果也全部完好，这表明TQ400GNH热轧钢带具有优异的成型性能。

抽取3卷TQ400GNH热轧钢带，在尾部取纵、横向试样并检验了其力学性能，结果见表3。由表3可以看出，TQ400GNH热轧钢带纵横向力学性能的差别不大，Rel、Rm和A的纵横向波动范围分别为5～20 MPa、5～15 MPa和1%～2%。

表2 TQ400GNH高耐候性热轧钢带横向力学性能和成型性能统计情况

表3 TQ400GNH热轧钢带的纵横向力学性能

在用户处抽取1卷太钢生产的TQ400GNH热轧钢带，从头、中、尾三个位置取横向试样并检验其力学性能见表4。由表4可知，Q400GNH热轧钢带头、中、尾三处Rel、Rm、A的波动范围分别在20 MPa、10 MPa和1%以内，整卷钢带力学性能较为稳定。

表4 TQ400GNH热轧钢带头、中、尾力学性能

3 集装箱耐大气腐蚀性能

取典型TQ400GNH、SPA-H和Q345A试样，进行了周期浸润腐蚀对比试验，试验条件见第75页表5，试验结果见第75页表6。由表6可知，对比试样Q345A的腐蚀速率为100%时，TQ400GNH和SPA-H的相对腐蚀速率分别为40.9%和46.2%，其相对耐蚀率分别为Q345A试样的2.45倍和2.16倍。因此，TQ400GNH和SPA-H的耐周期浸润腐蚀性能优于Q345A，而TQ400GNH又优于SPA-H。

4 结论

（1）按照“低C、低S以及Si、Mn、P、Cu、Cr、Ni元素适量组合”的原则设计出了集装箱用TQ400GNH高耐候性热轧钢带的化学成分，其主要元素含量范围为w(C)≤0.15%，w(Si)为0.30%～0.80%，w(Mn)为0.30%～0.60%，w(P)为0.080%～0.150%，w(S)≤0.030%，w(Cu)为0.35%～0.65%，w(Cr)为0.40%～1.30%，w(Ni)为0.30%～0.60%。

表5 周期浸润腐蚀试验条件

（2）TQ400GNH高耐候性热轧钢带力学性能稳定，具有优异的成型性能和耐大气腐蚀性能。

表6 周期浸润腐蚀试验结果

［1］王刚.太钢1 549 mm热连轧机宽度控制系统的改造［J］.山西冶金，2003（4）:38.

［2］王刚.热卷箱在2250热连轧不锈钢带生产中的应用［J］.特殊钢，2010，31（6）:47.

［3］王祖滨，东涛.低合金高强度钢［M］.北京：原子能出版社，1996：201.

（编辑：苗运平）

Abstract:The chemical compositions of high weathering hot strips for containers were introduzed and properties were analyzed in this paper.The production on a large scale indicated that the designing of the chemical compositions was rational,the mechanical properties of the strips were stably controlled,and formability and weathering resistance of the strips were excellent.

Key words:container，weathering resistance，hot strip，chemical compositions，property

Chemical Compositions and Properties of High Weathering Hot Strips for Containers

WANG Gang
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.，Taiyuan 030003，China）

TG333.7+1

A

2011－01－14

1672-1152（2011）01-0060-02

王刚（1969-），男，现在山西太钢不锈钢股份有限公司制造部工作，高级工程师。Tel：0351-3012393，E-mail：wanggang@tisco.com.cn