[发明专利]一种钒氮微合金化高强度耐候钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐候钢生产领域，适用于以钒作为主要强化元素的耐候钢的生产，尤其是屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥900MPa，延伸率≥15％，冷弯合格的高强度耐候钢的生产。

 

现有技术

耐候钢又称为耐大气腐蚀钢，由于钢中添加了铜、铬、镍等耐候性元素，不需要涂装就能够长期抵御大气的腐蚀，相比与不锈钢而言就大大降低了成本，广泛应用于建筑、桥梁、铁道车辆等领域。

我国耐候钢的开发生产起步较晚，目前生产耐候钢的主要厂家有：宝钢、鞍钢、珠钢、武钢等。主要的耐候钢品种有：Cu-P-Cr-Ni系、Cu-P-RE系、Cu-P系等，这些耐候钢强度级别较低，已不能够满足需要。在高强度耐候钢的生产领域，国内主要厂家一般都是采用Nb、Mo、B、Ti、V等合金元素进行强化，成本较高，生产过程中的控制难度较大，而单独添加V-N进行力学性能强化在传统热连轧设备上生产高强度耐候钢则报道较少。

中国专利申请号：200910301054.0公开了“高强度耐大气腐蚀钢及其生产方法”，该专利采用V、Nb、Ti对耐候钢力学性能进行强化，化学成分的重量百分比为：C：≤0.12％，Si：≤0.75％，Mn：≤1.50％，P：≤0.025％，S：≤0.008％，Cr：0.30～1.25％，Ni：0.12～0.65％，Cu：0.20～0.55％，Ti：0.006～0.02％，V：0.09～0.15％，N：0.01～0.02％，Nb：0.015～0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。其屈服强度≥575MPa，抗拉强度≥690MPa，该钢中添加了Nb、V、Ti等元素，成本相对较高，而本发明只添加了V元素，而没有加入Nb和Ti元素，通过合理的成分设计和工艺控制，耐候钢的抗拉强度达到900MPa以上。

中国专利申请号：200610035800.2公开了“一种基于薄板坯连铸连轧工艺生产700MPa级V-N微合金化高强耐候钢板的方法”，化学成分（Wt.％）如下：C：≤0.08％，Si：0.25～0.75％，Mn：0.8～2.0％，P：0.070～0.150％，S：≤0.040％，Cu：0.25～0.60％，Cr：0.30～1.25％，Ni：≤0.65％，V：0.05～0.20％，N：0.015～0. 03％。钢板的屈服强度≥700MPa，但是该专利采用的是薄板坯连铸连轧工艺技术，众所周知，薄板坯连铸连轧技术其热历史制度明显区别于传统工艺，其变形条件与过程不同，其再结晶行为、相变以及第二相粒子析出过程、状态和条件也不同，更能发挥微合金元素的高固溶优势，因此其钢板力学性能明显提高。而本发明采用的则是传统的热连轧技术，因此，其成分和工艺控制要求更加严格。

国外耐候钢的发展起源于美国的Corten系列耐候钢，经过多年的发展已比较成熟，在高强度耐候钢领域，瑞典SSAB生产的Domex系列的耐候钢产品的主要成分如表1所示。

表1 Domex系列的耐候钢主要成分

550W：Micro alloying elements added

700W：may contain max 0.65% Ni and 0.30% Mo, the sum of Nb, V, Ti shall be max 0.22%

Domex系列的耐候钢具有很高的强度，其力学性能的提高主要是依靠Nb、V、Ti、Mo等合金元素的添加，不但提高了耐候钢的生产成本而且较高的合金含量使得产品的力学性能对工艺参数会比较敏感，提高了生产过程中的控制难度。

单独添加钒和氮提高耐候钢的力学性能具有很大的优势。我国拥有非常丰富的钒资源，单独添加钒进行强化会在很大程度上降低耐候钢的生产成本。钒的固溶温度低，加热温度也就比较低。钒在奥氏体当中有较高的溶解度，几乎对热变形工艺没影响，但是在冷却过程中能够大量析出，因此能够产生非常强的析出强化作用，尤其氮的加入，氮提高了钒析出的化学驱动力，极大的促进钒的析出。钒的热裂敏感性较小，易于实现连铸，即使在增氮的情况下也能避免铸坯表面形成微裂纹。含钒钢比较适合通过再结晶控轧来生产，轧制温度较高，不必通过降低终轧温度来提高钢板强度，因此，不需要大幅度增加轧机负荷，而且力学性能对终轧温度不是很敏感。

目前，V-N微合金化技术在高强钢的生产领域主要是在高强度钢筋方面，攀钢研究开发的500MPa级高强度钢筋以及德国开发的屈服强度为500MPa级别高强度钢筋都采用了钒氮微合金化技术，但是在高强度耐候钢的生产领域，V-N微合金化技术还处在起步阶段。

发明内容