500 MPa级耐大气腐蚀钢的研制与开发★

2018-03-04辛建卿

山西冶金 2018年6期

何晋，辛建卿

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原 030003）

耐大气腐蚀钢又称为耐候钢，具有较好的耐大气腐蚀能力，其特点是通过添加少量 Cu、Cr、P、Ni等合金元素，可以使其在表面形成一层致密的氧化层，氧化层可以阻止大气中的腐蚀介质侵入到钢铁基体中，从而减缓钢板的锈蚀。由于耐候钢的耐大气腐蚀能力相比普通碳钢能提高2～8倍，并且具有良好的力学、成型、焊接等性能，在国内外广泛应用于铁道车辆、电缆线槽、桥梁和集装箱等行业[1]。考虑耐候钢具有良好的经济性和耐蚀性，山西太钢不锈钢股份有限公司研制了500 MPa级耐大气腐蚀钢热轧带钢。

1 化学成分设计

碳作为传统强化元素添加到钢中，增加碳含量，可以提高钢的强度及硬度，但过高的碳含量会降低钢的塑韧性和焊接性。因此，碳含量的要求为不大于0.16。

硅在钢中起固溶强化作用，可以提高钢的强度，但降低钢的韧性，降低硅含量可以保证钢板的焊接性能，避免硅高引起焊接飞溅。

锰能够提高钢的屈服强度与抗拉强度，起到一定的固溶强化作用，而锰含量增加会降低钢的塑性，同时会影响焊接性能。

磷虽然对改善钢的耐大气腐蚀性能非常有效，但过量加入会降低钢的塑性、韧性和焊接性能；硫作为钢中的有害元素，使耐大气腐蚀钢产生热脆性，降低钢的塑性和韧性。因此，应尽可能降低耐大气腐蚀钢中的磷和硫含量。

铜是提高耐大气腐蚀性能的主要合金元素，含铜钢之所以具有耐蚀性，是因为铜在钢的表面富集且形成一层致密的氧化层，氧化层可以阻止大气中的腐蚀介质侵入到钢铁基体中，减缓钢板的锈蚀[2]，从而使钢具有良好的耐大气腐蚀性能。当铜含量（质量分数）为0.25%时就可以使钢具有良好的耐大气腐蚀性能，铜与铬、磷等其他元素同时加入到钢中时，会得到更好的耐蚀性效果。

铬能在耐大气腐蚀钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，提高锈层抵抗腐蚀介质入侵的能力[3]，使锈层生长速度减慢。当铬和铜同时加入时，效果尤为明显。

镍能提高钢的耐大气腐蚀性能，同时，为了减少铜的热脆缺陷，其含量一般大于铜含量的一半。

铌、钒、钛不仅能提高耐大气腐蚀钢强度，而且能改善其焊接性能。在钢中加入铌、钒、钛元素能与碳、氮形成碳化物、氮化物和碳氮化物，这些化合物可以细化原奥氏体晶粒，在铁素体基体上析出更细小弥散的碳化物、氮化物和碳氮化物，能够起到析出强化的作用。

综合考虑耐大气腐蚀钢要满足耐蚀性、成型性及焊接性等各项性能要求，设定了熔炼成分的控制范围，500 MPa级耐大气腐蚀钢的化学成分设计见表1。

表1 500 MPa级耐大气腐蚀钢的化学成分 %

2 热连轧工艺制度

2.1 加热工艺

制定合适的加热制度不仅能够减轻轧机负荷，还能保证轧制后钢板的最终力学性能。为了充分发挥微合金元素在轧制过程中的强化作用，连铸坯在加热时要保证微合金元素充分固溶，适当的加热温度可以使原始奥氏体晶粒分布均匀，在轧制过程中再结晶后形成的奥氏体晶粒也均匀细小，从而在轧制后容易获得细小的铁素体晶粒。为了便于组织生产，确定铸坯的加热温度范围为1 250～1 280℃。

2.2 轧制工艺

采用二阶段控制轧制，粗轧的目的是经过多道次大变形轧制可以使奥氏体晶粒充分破碎，通过多次再结晶可以细化奥氏体晶粒且得到均匀的奥氏体组织。为防止产生混晶组织，保证轧制稳定性，粗轧道次变形率按照不小于14%控制；随后进入精轧阶段，精轧是在奥氏体未再结晶区进行足够的变形量，使奥氏体晶粒充分拉长并在晶粒内部形成均匀的变形带，变形带可以为奥氏体向铁素体的转变提供大量的形核位置，使相变后的铁素体晶粒得以细化均匀。为了得到均匀的变形带，获得细小均匀的铁素体晶粒，精轧累计变形率应控制在70%以上。

2.3 冷却工艺

轧后冷却工艺是热轧带钢的关键环节，卷取温度直接影响到钢板的组织和性能。在冷却过程中将发生形变:奥氏体向铁素体的转变。轧后快速冷却可以使相变温度开始向低温移动，这样就使铁素体的形核率得以提高，导致铁素体晶粒得到细化，强度及塑性都有所提高。轧后快速冷却还可以阻止或延迟钛的碳、氮化物在冷却过程中过早析出，能够生成更加弥散的析出物。所以卷曲温度范围确定为480～650℃。