具有優良耐候性的高強度冷軋鋼板及其製備方法
2023-04-28 07:19:46
專利名稱：具有優良耐候性的高強度冷軋鋼板及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用在鐵路車輛和貨櫃中的具有優良抗衝擊性的高強度冷軋鋼 板及其製備方法，更具體地，本發明涉及一種通過控制鋼的成分和製備條件而獲得的具有 高強度特徵及耐候性的冷軋鋼板，以及一種製備所述冷軋鋼板的方法。
背景技術：
通常，使用諸如不鏽鋼和鋁等材料來降低貨櫃或鐵路車輛的重量或延長其有效 壽命。這些產品要求彎曲加工性、可焊性、耐久性等。運輸結構在其上運送或裝載貨物時也 易於受到衝擊，因此必須阻止衝擊導致的變形。為此，可能會需要使用耐衝擊材料。工作構 件的抗衝擊性是一個與材料厚度和屈強比密切相關的因素。在通過拉伸試驗獲得的材料參數中，屈強比被定義為抗拉強度與屈服強度的比 率。同樣抗拉強度下較高的屈強比意味著鋼的屈服強度較高。即，具有高屈強比的鋼在受 到衝擊時具有較高的抗變形能力，因為其具有彈性材料所特有的高屈服強度，所以更能阻 止變形。為用於耐衝擊結構例如貨櫃，所述鋼可具有至少為80%的屈強比。此外，根據運 輸情況的不同，貨櫃應能承受地面或海上的各種氣候條件。這導致了對具有優良耐候性 的鋼的需求。例如，在相關領域中，SPA-C (韓國標準KS-D3542和日本標準JIS-G3125)已經被 用作具有耐候性的軋制鋼。然而，這種鋼具有50kg/mm2的低抗拉強度，因此當所述鋼被用於 製備大型貨櫃例如50英尺貨櫃時會導致貨櫃的重量增加。這會導致運輸成本增加， 並且因此仍然繼續需要降低鋼的重量。具有60-80kg/mm2的抗拉強度的高強度冷軋鋼也已 經用於汽車的結構構件。然而，這種類型的鋼並不具有所需的優良耐候性，因為多數注意力 仍然集中在強度的增加上面。在貨櫃工業中，為降低成本並且解決環境問題，近來已經試圖通過生產重量減 輕的較大型貨櫃來提高運輸效率。為此，對於開發具有以下特性的鋼的需求正在日益增 加優良耐候性、輕質的並且具有至少80kg/mm2的高強度。例如，日本專利特開平7-207408公開了一種製備熱軋鋼板的方法。在該相關技術 方法中，將含有以下組分的鋼加熱至1100-1300°C ^ 0. 008% C、0. 5-2. 5% Si、0. 1-3. 5% Μη、0. 03-0. 20% P、彡 0. 01% S、0. 05-2. 0% Cu、0. 005-0. 1% Al、彡 0. 008% N、0. 05-6. 0% Cr、0. 05-2. 0% Ni、0. 05-3. 0% Mo 和 0. 0003-0. 002% B。然後，將所述鋼在 800-950°C下精 軋，然後400-700°C下卷取。然而，根據該相關技術方法，僅有有限的實施例提供了抗拉強度 為60-70kg/mm2的鋼板，而大多數實施例提供了抗拉強度為50kg/mm2的鋼板。因此，難以獲 得抗拉強度為80kg/mm2的鋼板。還大量加入增強淬透性的組分如Cr和Mo，這樣損害了可 焊性並且增加了生產成本。日本專利特開平11-21622還公開了一種製備鋼產品的方法。在該相關技術方 法中，將具有以下組成的鋼加熱至1，050-1，300°C，所述組成為，按重量計，< 0. 15% C、 ^ 0. 7 % Si、0. 2-1. 5 % Μη、0· 03-0. 15 % P, ^ 0. 02 % S, ^ 0. 4 % Cu、0. 01-0. 1 % Al、^ 0. 1% Cr、0. 4-4. 0% Ni和0. 1-1. 5% Mo。之後，將所述鋼在950°C或更高的溫度下熱軋 至少40%，然後在900-75(TC下精軋，之後進行空氣冷卻。然而，甚至根據該相關技術方法， 大多數的鋼產品也僅具有50kg/mm2的抗拉強度，僅有有限的鋼產品顯示出60kg/mm2的抗拉 強度。因此，該相關技術方法僅適用於製備抗拉強度為50kg/mm2的鋼板。此外，該參考文 獻公開了加入0. 03-0. 15%的P可提高在海水氛圍下的耐腐蝕性。然而，過量的P會導致冷 軋鋼板發生中心偏析，從而快速地降低了所述鋼板的可加工性。因此，上述相關技術方法並 未提出本發明的方法，後者能夠獲得抗拉強度為至少80kg/mm2並且具有優良抗衝擊性和耐 候性的鋼板。
發明內容
技術問題本發明的一個方面提供了一種抗拉強度為至少80kg/mm2並且具有優良抗衝擊性 和耐候性的高強度冷軋鋼板，所述鋼板是通過控制鋼組分——例如Co、V、Zr和W——的加 入量，並且優化軋鋼和退火條件獲得的；並且提供了一種製備所述高強度冷軋鋼板的方法。技術方案根據本發明的一個方面，提供了 一種高強度冷軋鋼板，包括，按重量計， 0. 08-0. 20 % C、0. 1-0. 5 % SiU. 2-2. 0 % Mn, ^ 0. 03 % P, ^ 0. 01 % S、0. 02-0. 07 % Al、 0. 02-0. 06% V,0. 2-0. 5%Cu,0. 3-0. 8% Cr、0. 04-0. 08%Zr,0. 02-0. 08% Co、0. 02-0. 07% W，其餘為Fe和不可避免的雜質；並且還提供了一種製備具有優良抗衝擊性和耐候性的高 強度冷軋鋼板的方法，所述方法包括將所述高強度冷軋鋼板再熱至1150至130(TC ；在 800°C至950°C下精軋所述經重新加熱的鋼；以20-40°C /秒的冷卻速率冷卻所述經精軋的 鋼；在500°C至650°C下卷取所述鋼，並且冷軋所述經卷取的鋼；並且在範圍從550°C至Al 轉變點的退火溫度下，連續退火所述經冷軋的鋼。有益效果根據本發明，可以通過適當地控制成分及加工條件來獲得具有優良耐候性、機械 性質和高屈強比的高強度冷軋鋼板。因此，可以製備一種用在需要高抗衝擊性的室外結構 中的高附加值鋼板。此外，退火過程是在相對較低的溫度範圍內進行，因而節省能量並且提 高了退火效率。
具體實施例方式現在將詳細描述本發明的示例性實施方案。發明人通過反覆研究和實驗完成了本發明，獲得一種高抗拉強度的鋼，所述鋼具 有優良的抗衝擊性和耐候性以及多種可加工特性，即可彎性、可焊性、拉伸性等，因此可用 於貨櫃和鐵路車輛。根據本發明，鋼組分可具有如下化學組成。首先，加入碳(C)是為了增加鋼板的強度。較大量的C增加了鋼板的抗拉強度和屈 服強度。然而，過量的C會降低鋼的可加工性，因此將C量的上限設定為0.20%。同時，如 果C量為0. 08%或更低，則不能達到增強沉澱的效果。因此，可將C量設定為0. 08-0. 20%.矽(Si)可有效地使熔融的鋼脫氧並且進行固溶強化。此外，在高溫下，Si會與Fe 在鋼的表面層上形成一種緻密的Fe2SiO4氧化物，因此起到提高耐腐蝕性的作用。為充分達到這些效果，可加入的Si的量至少為0. 1%。因此，必須加入Si來提高耐候性，但是過量的 Si會降低可焊性及塗層的性質。因此，可加入的Si的量最高為0.5%，因此Si的加入量被 限定在0. 1-0. 5%。錳(Mn)可有效進行固溶強化，並且可顯著增加鋼的強度和熱軋可加工性。然而， 由於會形成MnS，Mn也會使鋼的延性和可加工性變差。少量Mn有利於可加工性，但是會導 致鋼的強度不足。因此，為實現所需的強度，所加入的Mn的量至少應為0.5%。另一方面， 過量的Mn會降低經濟效率並且導致可焊性變差。因此，Mn量的上限被設定為2.0%。磷(P)可增加鋼的耐腐蝕性，因此可被大量加入以增加耐腐蝕性。然而，P在鑄鋼 過程會導致中心偏析。因此，大量的P會降低可焊性和抗拉強度。因而，P的加入量被限定 在0. 03%或更低。已知硫⑶可有效增加耐腐蝕性。然而，當S與鋼中的Mn結合時，會形成一種引 發腐蝕的非金屬夾雜物。因此，加入到鋼中的Si應儘可能的少。因此，所加入的S的量最 高可為0. 01 %，更特別地，最高可為0. 005 %。鋁(Al)通常可有效地使熔融的鋼脫氧並且增加耐腐蝕性，但是過量的Al會增加 鋼內夾雜物的量，並因此使可加工性變差。因此，Al的量可設定為0.02-0.07%。釩(V)延遲了鐵氧體的重結晶，並且也增強了鋼板的強度，因為它會與鋼中的C和 N結合形成沉澱物。為獲得所需強度，所加入的V的量應為0.02%或更高。同時，V的加入 量超過0.06%時可能會增加生產成本並且使熱軋可加工性變差。因此，V的加入量被限定 在 0. 02-0. 06%。銅(Cu)在腐蝕氛圍中會形成一層穩定鏽層，從而提高了耐腐蝕性。為達到所需的 耐腐蝕性，所加入的Cu量可為0. 02%或更高。然而，Cu量超過0. 5%時可能會在連續澆鑄 過程中導致晶界裂紋，並且也可能會使熱軋鋼板的表面粗糙。因此，Cu的加入量被限定在 0. 2-0. 5%。與Cu類似，鉻(Cr)的作用是形成一層穩定鏽層。為了獲得耐腐蝕性和強度，所加 入的Cr的量可為0. 3%或更高。同時，如果Cr的加入量為0. 8%或更高，則會產生縫隙腐 蝕並且生產成本會大幅度增加。因此，Cr的加入量可為0. 3-0. 8%。鋯(Zr)能延遲鐵氧體重結晶，為獲得所需強度，其加入量可為0. 04%或更高。同 時，Zr量超過0. 08%時不能確保鋼的軋制性質，因此將V的加入量限定為最高達0. 08%。鈷(Co)能夠與為獲得鋼的腐蝕性而加入的Cu和Cr反應，因而有助於形成一種抑 制表面層腐蝕的產物。為獲得該效果，所加入的Co的量應為0.02%或更高。然而，Co的量 超過0.08%時會導致較高的生產成本，而沒有產生更好的耐腐蝕性。因此，Co的加入量被 限定在 0. 02-0. 08%。同時，加入鎢(W)可確保淬透性和強度特性，為在低溫範圍內獲得所需強度，其加 入量應至少為0.02%。相反，如果W量超過0.07%，則難以確保軋制性質。因此，W量的上 限可被限定為0. 07%，並且W的加入量被設定為0. 02-0. 07%。具有上述組成的鋼可具有6. 62或更高的耐腐蝕指數(Cl)。此外，所述鋼可具有至 少80kgf/mm2的抗拉強度、至少80%的屈強比和至少10%的延伸率。具有上述組成的鋼可在下述條件下製備。S卩，將具有上述化學組成的鋼在1150-1300°C下再熱，並且在800°C至950°C下熱精車U然後，使所述鋼以20-40°C/秒的冷卻速率冷卻。隨後，在500°C至650°C下卷取所述 鋼，然後冷軋。之後，在550°C至Al轉變點的溫度下熱處理所述鋼，從而製得一種高強度冷 軋鋼板，所述鋼板具有優良的耐候性和抗衝擊性，並且具有至少80kg/mm2的抗拉強度。當再熱至低於1150°C時，所述鋼傾向於發生中心偏析，這是因為在澆鑄過程形成 的凝固晶粒結構未被充分破壞。因此，最終形成的晶粒會被混入而顯著降低鋼的可加工性 和衝擊韌性。同時，當再熱至高於1300°C時，所述鋼會加速因氧化而導致的鱗皮的生成，導 致板坯的厚度顯著降低和晶粒的粗化。在這種情況下，還會消耗過多的熱量而導致較大的 經濟損失，因此再熱的溫度範圍為1，150-1，3000C。在熱精軋溫度為高於950°C的情況下，所述鋼不能在其整個厚度上被均勻熱軋。因 此，晶粒未被充分細化，使得所述鋼的衝擊韌性因所述粗化晶粒而降低。相反，在熱精軋溫 度為低於800°C的情況下，所述鋼在較低溫度下被熱精軋，從而加速了其晶粒的混合。這會 使耐腐蝕性和可加工性變差，因此熱精軋溫度可設定為800-950°C。同時，當在熱精軋後在輸出輥道(ROT)以低於20°C /秒的冷卻速率冷卻所述鋼時， 所述鋼具有因晶粒生長加速而形成的相對粗糙的晶粒，這會導致強度下降。因此，所述鋼的 冷卻速率可被設定為每秒20°C或更低。相反，冷卻速率超過40°C /秒時會導致形成與貝氏 體類似的堅硬的第二相，因而使冷軋性質明顯變差。因此，所述鋼的冷卻溫度可被設定為每 秒 20-40 0C ο熱軋卷取溫度超過650°C時不會產生充分的沉澱效應，因而難以穩定地確保達到 80kg/mm2的所需強度。同時，在卷取溫度低於500°C的情況下，會在鋼冷卻和保溫的過程中 形成硬質相，使得冷軋過程中軋機的軋力顯著增加。這使得難以軋制所述鋼，因此鋼的卷取 溫度可被設定為500-650°C。在常規冷軋條件下軋制所述經熱軋的鋼，然後對其進行連續退火。本文中，為獲得 所需的鋼特性，鋼需要在適合溫度下退火。當連續退火過程中退火溫度低於550°C時，冷軋 中變形的晶粒仍然存在，這會顯著降低延性並因此使可加工性變差。相反，退火溫度超過A1 轉變點時，會因退火後冷卻時鋼的轉變而導致馬氏體的形成。這使所述鋼的屈服強度降低 至60%或更低，因此所述鋼的抗衝擊性變得更差。因此，鋼的退火溫度上限被設定為A1轉 變點。將滿足下表1的鋼錠在加熱爐中在1，200-1, 260°C下再熱1小時，然後熱軋。將熱 精軋溫度設定為860-910°C。一組鋼在560°C下卷取，另一組鋼在620°C下卷取。考慮到用 戶可採用的厚度範圍，將每塊鋼板的最終目標厚度設定為1. Imm0測量具有表1中列出的組 成的鋼的標準化耐腐蝕指數(Cl)和耐候性。結果在表2中示出。對於耐候性測試，在30°C下和5%鹽水(NaCl溶液)中對所述鋼進行鹽霧試驗 (SST)，持續480小時。本文中，耐腐蝕指數(Cl)為一個根據ASTM GlOl用於評估耐候性的 指標。較高的耐腐蝕指數意味著較強的耐候性。耐腐蝕指數(Cl)主要是基於合金元素推 演而來，並且按照下述等式加以定義。耐腐蝕指數(Cl)= 26. 01 ( % Cu) +3. 88 ( % Ni)+1. 2( % Cr)+1. 49 ( % Si)+17. 28(% P)-7. 29(% Cu) (% Ni)-9. 10(% Ni) (% P)-33. 39(% Cu)2。表 1本發明的鋼與比較用的鋼的化學組成的比較
表2本發明的鋼與比較用的鋼的腐蝕性評估 鹽霧試驗的結果及耐腐蝕指數在表2中示出。如表2中所示，比較用的鋼2、3和 4的耐腐蝕指數較低，並且在鹽霧試驗中其因腐蝕導致的失重為0. 030g/cm2或更高，因此它 們不適合作為耐候性的鋼。相反，就腐蝕誘導的失重和耐腐蝕指數來看，可以觀察到本發明 的鋼1和2以及比較用的鋼1顯示出優良的耐候特性。在下表3中列出的條件下，使用表1中的本發明的鋼1和2以及比較用的鋼1-4 製備冷軋鋼板，然後測量機械性質和可加工性。結果在下表4中示出。表3鋼板的製備條件 表 4各製備條件下的材料性質 如表4中所示，化學組成和製備條件滿足本發明條件的本發明實施例1-4分別獲 得了至少80kgf/mm2的抗拉強度，至少80%的屈強比，以及至少10%的延性。此外，它們在 彎曲過程中未破裂，因此使得製備一種具有優良抗衝擊性和耐候性的高強度冷軋鋼板成為 可能。相反，比較實施例1-5未能獲得所需的特性，所述比較實施例1-5的化學組成滿足 本發明鋼的條件，但其製備條件不在本發明的範圍內。即，退火溫度高於本發明退火條件的 比較實施例2和比較實施例5獲得了所需的抗拉強度，但是屈強比降低到70%以下。這是 因為由於所述高退火溫度而在冷卻過程中通過轉變形成了第二相，並且由此，屈服強度降 低。即，比較實施例2和比較實施例5未能獲得至少80%的屈強比，導致抗衝擊性降低。在 退火溫度低於本發明退火條件的比較實施例4中，冷軋過程中產生的變形晶粒大部分未恢 復原狀，因此無法確保所需的可加工性。此外，熱精軋溫度和卷取溫度不在本發明範圍內的 比較實施例1以及冷卻速率高於本發明冷卻條件的比較實施例3表現出的延性在5%以下， 因此未獲得適合的可加工性。當W和Mn組成範圍不滿足本發明要求但具有相對優良的耐候性的比較用的鋼1 在本發明的條件下製備時(比較實施例7)，所述比較用的鋼1未獲得延性和可加工性。此外，當為確保延性和可加工性而增加退火溫度時，比較實施例6的屈服強度由於產生兩相 如馬氏體而降低，因此使得難以達到80%以上的屈強比。此外，對於化學組成不符合本發明要求且未能獲得耐候性的比較用的鋼2和3而 言，即便在不同製備條件下測試(比較實施例8-11)，也難以獲得本發明可以提供的可加工 性和抗衝擊性的目標範圍，如表4中所示。儘管已經結合示例性實施方案示出並且描述了本發明，但是對本領域技術人員來 說顯而易見的是，可以進行改變和變化而不偏離由所附權利要求限定的本發明的主旨和範圍。
權利要求
一種具有優良抗衝擊性和耐候性的高強度冷軋鋼板，包括，按重量計0.08 0.20％碳(C)、0.1 0.5％矽(Si)、1.2 2.0％錳(Mn)、≤0.03％磷(P)、≤0.01％硫(S)、0.02 0.07％鋁(Al)、0.02 0.06％釩(V)、0.2 0.5％銅(Cu)、0.3 0.8％鉻(Cr)、0.04 0.08％鋯(Zr)、0.02 0.08％鈷(Co)、0.02 0.07％鎢(W)，其餘為鐵(Fe)和不可避免的雜質。
2.權利要求1的高強度冷軋鋼板，其中所述冷軋鋼板的耐腐蝕指數(Cl)為6.62或更尚，其中所述耐腐蝕指數(Cl)被定義為下述等式耐腐蝕指數(Cl) = 26. 01(% Cu) +3. 88 (% Ni)+1. 2(% Cr)+1. 49 ( % Si)+17. 28 ( % P)-7. 29(% Cu) (% Ni)-9. 10(% Ni) (% P)-33. 39(% Cu)2。
3.權利要求1的高強度冷軋鋼板，其中所述冷軋鋼板的抗拉強度至少為80kgf/mm2，屈 強比至少為80%，並且延伸率至少為10%。
4.一種製備具有優良抗衝擊性和耐候性的高強度冷軋鋼板，所述方法包括將鋼再熱至1150至1300°C，所述鋼包括，按重量計0. 08-0. 20% C.0, 1-0.5% Si、`1.2-2. 0 % Mn, ^ 0. 03 % P, ^ 0. 01 % S、0. 02-0. 07 % A1、0. 02-0. 06 % V、0. 2-0. 5 % Cu、 0. 3-0. 8% Cr、0. 04-0. 08% Zr、0. 02-0. 08% Co、0. 02-0. 07% W，其餘為 Fe 和不可避免的雜 質；在800°C至950°C下精軋所述經再熱的鋼； 以20-40°C /秒的冷卻速率冷卻所述經精軋的鋼； 在50(TC至650°C下卷取所述鋼，並且冷軋所述經卷取的鋼；和 在範圍從550°C至Al轉變點的退火溫度下，連續退火所述經冷軋的鋼。
全文摘要
本發明提供了一種具有優良耐候性的高強度冷軋鋼板及其製備方法。所述冷軋鋼板包括，按重量計，0.08-0.20％C、0.1-0.5％Si、1.2-2.0％Mn、≤0.03％P、≤0.01％S、0.02-0.07％Al、0.02-0.06％V、0.2-0.5％Cu、0.3-0.8％Cr、0.04-0.08％Zr、0.02-0.08％Co、0.02-0.07％W，其餘為Fe和不可避免的雜質。根據所述冷軋鋼板及其製備方法，可以通過適當地控制成分及加工條件來獲得具有優良耐候性、機械性質和高屈強比的高強度冷軋鋼板。因此，可以製備一種用在需要高抗衝擊性的室外結構中的高附加值鋼板。此外，退火過程是在相對較低的溫度範圍內進行，因而節省能量並且提高了退火效率。
文檔編號C22C38/00GK101910436SQ200880121820
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月22日 優先權日2007年12月24日
發明者鄭琪朝, 金在翼 申請人:Posco公司