一种800MPa级特种集装箱用耐候钢及其制造方法与流程

本发明属于低合金高强度钢生产，尤其涉及一种800mpa级特种集装箱用耐候钢及其制造方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，集装箱制造行业和物流运输行业受贸易量增加、石油和航运价格上涨等因素的影响，迫切需要重量更轻的集装箱。由于减薄使用钢板的厚度，是最有效的集装箱轻量化技术措施，因此低成本、高强度、薄规格集装箱用耐候钢的开发已成当下的研究重点。

2、本发明之前，公开号为cn105838996a的“一种800mpa级高强耐候钢板及其生产方法”发明专利，该发明是在常规强化元素碳、锰的基础上，添加钒、铌、钛复合微合金元素，其强度通过细晶粒来提供，同时微合金钢中细小弥散的微合金碳、氮化物的析出强化对强度也有很大贡献，并添加mo元素来提高产品的耐蚀性能，不仅成本较高，而且由于添加了nb，轧制时轧机负荷大，不易生产。此外，在该发明中并未阐述发明钢的耐蚀性能。公开号为cn102796967b的“一种800mpa级经济型耐腐蚀高强钢板”，该发明合金成本低廉，不采用贵重的mo、nb等合金，但其热轧后采用淬火+回火的热处理工艺，生产周期长。此外，该发明中仅用理论参数耐腐蚀指数i来描述其耐腐蚀性能，其实际耐蚀情况不得而知。公开号为cn114411041a的“一种公路护栏用800mpa级高强度耐候钢的生产方法”，该发明通过添加耐蚀性元素cr、ni、cu，提高材料的耐蚀性，但贵金属ni的加入势必会造成生产成本的增加，且在该发明中也仅用“耐蚀指数i不低于6.0”这一理论参数来描述耐蚀性能，并未阐述其实际耐蚀性能；通过ti元素的析出强化和nb元素的晶粒细化，提高材料的强度。对于屈服强度800mpa级以上的高强钢来说，添加nb元素会增加轧制时的变形抗力，轧机负荷增大；而添加ti元素，依靠ti元素的析出强化，性能波动大，难以控制。公开号为cn106756468a的“一种800mpa输电杆塔用高强耐候钢的制备方法”，该发明耐蚀成分体系为高含量si元素+al元素，替代cr、ni和cu元素，采用高温均热、高温终轧和高温卷取及控轧控冷的制备方法，生产出高强耐腐蚀性能的耐候钢。si含量过高会严重影响钢板的表面质量，而高al钢连铸时易堵水口造成事故，生产难度大。

3、发明专利主要采用nb、ti或nb、ti和mo的复合微合金化成分设计。由于nb的添加增加了变形了抗力，从而增加了轧制难度，通过添加较高含量的ti，依靠ti的纳米析出强化，性能波动大又不好控制。采用淬火+回火的热处理工艺，合金成本低廉，但是生产工序复杂，且制造成本并不经济。采用高al和高si耐蚀成分体系来生产耐候钢，尽管降低了成本，但极容易造成表面质量差和堵水口等问题。此外，在上述对比专利中，多个专利并未阐述其具体耐蚀指标，耐蚀性能不明确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低成本的800mpa级特种集装箱用耐候钢及其制造方法，以解决现有技术存在的800mpa级高强度耐候钢板生产成本高且生产难度大的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提出一种800mpa级特种集装箱用耐候钢，钢的化学成分(重量，％)配比如下：含有0.12％～0.15％c，0.41％～0.61％si，1.16％～1.36％mn，0.048％～0.067％p，s≤0.006％，0.57％～0.77％cr，0.20％～0.30％cu，0.014％～0.025％re，0.013％～0.028％ti，0.015％～0.045％als，n≤0.0050％，其中需满足(0.1mn+p)/re＜12，余量为fe以及不可避免的杂质。

4、本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：

5、碳是钢中最经济的强化元素之一，是保证钢板强度的必要元素。c含量低时，钢中没有足够的碳化物和固溶碳，奥氏体转变马氏体时不能产生足够的畸变以强化马氏体从而获得较高的强度；c含量过高，塑韧性下降，焊接性能也显著降低。因此，本发明中限定c的含量在0.12％～0.15％。

6、硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定的固溶强化作用。si的加入可明显扩大铁素体形成的工艺窗口，净化铁素体，同时还有改善铁素体形貌作用。本发明中si的添加有利于在钢板表面生成一层致密的si-o保护锈层以提高钢板的耐大气腐蚀性能。但si的含量也不宜太高，否则轧制后影响钢板的表面质量和焊接性能。本发明中限定si的含量在0.41％～0.61％。

7、锰是钢中提高强度的重要元素之一，是扩大奥氏体、稳定奥氏体的元素，能降低奥氏体的相变温度，促进c在奥氏体中的溶解，增加c的富集，延迟珠光体的形成。此外。mn在钢中是良好的脱氧剂和脱硫剂，能够去除钢中的s、改善硫化物的分布形态，从而消除s元素带来的不利影响，有效提升钢板的力学性能。但mn含量过高会造成严重的mn偏析，恶化钢的塑韧性，因此本发明中通过添加适当的稀土元素来抑制mn的偏析，同时本发明将mn含量控制在1.16％～1.36％。

8、磷:本发明中重要的强化元素和耐蚀元素之一，但p元素含量偏高时易在晶界发生偏析，尤其是在本发明中与较高mn含量同时存在时，尽管可以进一步提高材料的强度，但同时也加剧了mn、p元素的偏析，从而会大幅度降低材料的塑、韧性，因此本发明中为避免mn、p元素的偏析，与稀土元素进行了配合添加，不仅解决了元素偏析问题，还可以有效提高材料的耐蚀性能，本发明中p含量设定为0.048％～0.067％。

9、硫：钢中的有害元素，尤其是在本发明中mn元素含量较高的情况下，硫易与锰形成硫化锰夹杂，降低钢的塑性，将s含量控制在不大于0.006％，优选地控制在不大于0.005％。

10、铬、铜：铬和铜是提高耐大气腐蚀性能最主要的合金元素，配合使用效果良好。cr作为微合金元素，可产生一部分的固溶强化效果，同时cr可以显著提高钢的淬透性，能强烈推迟珠光体转变和贝氏体转变。cu含量过低，不能有效地提高钢的耐大气腐蚀性能，而含量过高，在钢板表面易产生铜脆裂纹缺陷。本发明限定cr含量的范围为0.57％～0.77％，cu含量的范围为0.20％～0.30％。

11、稀土(re)在钢中起到良好的脱氧剂和脱硫剂作用，可净化钢液，改变夹杂物形态，进而改善钢板的力学性能。同时稀土能够促进si、cu、cr在内锈层的富集和fe2o3.h2o的生成，有利于形成致密、连续、厚且粘附性好的含硅铜稀土的复合锈层，从而提高其耐大气腐蚀性能。此外，本发明中mn、p元素含量较高，易发生元素偏析问题。因此，为避免产生元素偏析，通过稀土元素的配合添加，使得固溶的稀土元素可以细化枝晶，提高等轴晶率，有助于改善钢的微观结构，从而减轻偏析行为。稀土含量过低，不能有效地提高钢的耐大气腐蚀性能和改善偏析问题，而含量过高易堵水口，工业生产不利于控制。本发明限定re含量的范围为0.014％～0.025％，并控制(0.1mn+p)/re＜12。

12、钛是强碳氮化物形成元素，与碳、氮元素有很强的亲和力，一方面在高温下形成非常稳定的tin，在热加工前的再加热过程中抑制奥氏体的晶粒长大，一方面在轧制及冷却时析出tic，起到析出强化作用，本发明限定其范围为0.013％～0.028％。

13、铝是钢中常用的脱氧剂，但过多的al使钢中夹杂物的数量增加劣化其加工性，本发明限定其范围为0.015％～0.045％。

14、氮是冶炼过程中存在的元素，为了保证钢板具有良好的焊接性能，本发明采用微ti处理，ti元素是活性很强的元素，将与钢中o、n、s等元素反应，如果n含量过高的化，会在钢水中析出尺寸粗大的tin，不能阻止奥氏体晶粒长大，同时也起不到改善焊缝金属力学性能的作用，因此本发明限制n含量不高于0.0050％。

15、本发明还提供了800mpa级特种集装箱用耐候钢的制造方法，该方法通过水预脱硫、转炉顶底复合吹炼、lf炉外精炼、板坯连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却和卷取制造得到含有上述化学成分的800mpa级特种集装箱用耐候钢，铸坯的厚度为170-200mm。

16、(1)冶炼：

17、采用炉顶底复合吹炼工艺，转炉出钢温度为1638～1657℃。转炉冶炼过程全程吹氩。然后将转炉后的炉水转至lf炉进行炉外精炼，在lf炉中进行成分微调和测温，控制炉温在1618℃以上，在加入稀土合金之前，钢水中的o含量应控制在5.3ppm以下。在lf炉中真空处理19～24min，在真空处理结束前2～4min向lf炉中加入0.65～1.30kg/吨钢的稀土合金，然后进行氩气弱吹(氩气流量114～131nl/min，压力0.34～0.54mpa)，弱吹时间2.6～3.4min，弱吹过程中保证钢水不得裸露在空气中。

18、(2)加热及轧制

19、所述铸坯进行加热时，控制铸坯出炉温度为1223℃～1247℃。粗轧出口温度为1104℃以上。精轧开轧温度为1082℃～1092℃，精轧终轧温度为873℃～902℃，精轧后以30～39℃/s的冷却速率快速冷却至铁素体转变区域；空冷开始温度越高，铁素体含量越少，不能保证钢板的塑韧性；空冷温度越低，铁素体含量越多，不能保证钢板的强度要求，同时弛豫时间过长，铁素体开始粗化，容易导致钢板屈服强度的降低，因此在精轧后快速冷却至725～745℃(铁素体转变区域)，空冷6～10s；空冷后以大于55℃/s进行第二阶段超快冷冷却，冷却至250℃以下进行卷取，以保证获得适当的硬相马氏体或贝氏体组织。本发明得到的屈服强度800mpa级特种集装箱用耐候钢的金相组织为铁素体+马氏体+少量的贝氏体，铁素体比例25％-35％，马氏体比例60％-70％，贝氏体比例0-5％。

20、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

21、本发明主要通过微合金强化和相变强化两种机制来获得钢板的超高强度，通过cr、cu、re耐蚀元素的配合添加来达到钢板所需的耐蚀性能。在提高强度方面，首先本发明不需要添加nb、v和mo等贵重金属元素，主要通过低廉元素si、mn产生的固溶强化和ti元素产生的析出强化方式来获得钢板一部分的强化效果。其次是通过相变强化来获得钢板的另一部分强化效果，该强化方式主要体现在通过轧制及两次冷却工艺的合理制定来对软相铁素体、硬相贝氏体或马氏体组织比例的精准调控。在提高耐蚀性能方面，本发明通过添加re元素来促进cu、cr等耐蚀元素在内锈层的富集和复合保护锈层的生成，从而提高其耐大气腐蚀性能。所获钢板屈服强度≥800mpa，抗拉强度≥900mpa，断后延伸率a50mm≥15％，不同批次钢板的屈服强度和抗拉强度波动均波动能够控制在40mpa以内。同时依据tb/t2375-93，在45℃±2℃，70％±5％rh，试验72h条件下，腐蚀失重率小于1.52g/m2.h，与现有海运集装箱用钢spa-h的腐蚀性能相当，大大降低了制造成本，克服了现有技术依靠微合金化元素纳米级析出强化带来的强度波动大不易控制、不添加nb、v贵金属元素就能达到超高强的强度要求等生产难度大的问题，提高了产品的竞争力。