本发明属于钢铁材料及其生产技术领域，更具体地说，涉及一种经济型低屈强比热轧耐候钢板及其制造方法。
背景技术：
热轧耐候钢具备优良的耐大气腐蚀性能和较长的服役寿命，被广泛应用于铁道车辆、集装箱、电力塔架等领域。部分耐候钢尤其是薄规格系列多用于辊弯或冲压成形件，因此应具备良好的塑韧性和冷成形性能。屈强比是衡量成形性能的重要指标之一，低的屈强比意味着较高的加工硬化指数和良好的成形性能。在激烈的市场竞争环境下，如何在保证经济性的基础上，通过成分设计和工艺优化实现345mpa级耐候钢的低屈强比稳定控制，是提高其冷成形性能的技术关键和难点。
目前，行业内关于低屈强比耐候钢制造技术已有大量专利公开，如专利公开号为cn108728740a的发明专利公开了一种低屈强比铁道车辆用热轧钢带及其生产方法，其化学成分为：c：0.09～0.12％；si：0.25～0.50％；mn：0.30～0.50％；p：0.060～0.100％；s≤0.012％；cr：0.60～1.00％；cu：0.25～0.40％；ni：0.12～0.25％；b：0.0010～0.0025％，ti：0.015～0.030％，其余为fe和不可避免的杂质，钢板厚度4.5～12mm，，该申请案精轧出口温度820～870℃，卷取温度660～710℃且合金成本较高，ti微合金化塑韧性较差。
又如专利公开号为cn110093568的发明专利公开了一种高强度低屈强比耐候车厢用耐候钢，其化学成分为：c：0.10～0.12％；si：0.30～0.50％；mn：0.30～0.50％；p≤0.015％；s≤0.005％；al≤0.050％；cu：0.26～0.36％；cr：0.50～0.60％；ni：0.15～0.25％；n≤50ppm，其余为fe及不可避免杂质，终轧温度860～900℃，卷取温度700～730℃，需配合库内48h保温罩缓冷，且cr、ni、cu添加量较高。以上热处理工序和合金设计皆增加了生产成本。
又如申请号为2020110522728的发明专利公开了一种热轧低屈强比高强度耐酸腐蚀钢板及其生产方法，化学成分为：c：0.06～0.08％；si：0.20％～0.40％；mn：0.80～1.20％；p≤0.012％；s≤0.005％；cr：0.70～1.20％；ni：0.10～0.30％；cu：0.20～0.40％；alt：0.020～0.045％；nb：0.015～0.030％；ti：0.010～0.025％；sb：0.06～0.12％；余量为fe及不可避免的杂质；该申请案采用微合金化控制技术结合控制轧制和控制冷却原理，开发出屈强比低、成形性能和耐酸腐蚀性能优异的高强耐酸钢产品。
345mpa级热轧耐候钢仍是目前市场需求最大的耐候系列产品，如何针对该强度级别从关键成分设计、炼钢及轧钢工艺参数控制等方面出发，实现低成本、无需热处理、低屈强比、高塑韧性的热轧耐候钢稳定工业生产是技术难点与关键。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有345mpa级热轧耐候钢生产成本较高、性能仍需优化的不足，本发明拟提供一种经济型低屈强比热轧耐候钢板及其制造方法，具体为一种345mpa级经济型低屈强比热轧耐候钢板及其制造方法，本发明的耐候钢板具有低成本、高塑韧性、易于成型等优点，主要用于铁路车辆、集装箱、电力塔架等行业的冲压、辊弯成形件制造；本发明的制造方法则易于操作，成本较低，适宜推广应用。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本发明的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.11～0.13％；si：0.20％～0.50％；mn：0.20～0.60％；p：≤0.15％；s：≤0.005％；cr：0.30～0.50％；ni：≤0.07％；cu：0.25～0.40％，且cr ni cu≤0.90％；alt：0.020～0.045％；余量为fe及不可避免的杂质。
更进一步地，所述热轧耐候钢板成品厚度规格h在3-20mm之间，当热轧耐候钢板厚度h≥10mm时，成分中还包括nb：≤0.030％。
更进一步地，所述热轧耐候钢板的力学性能为：rel≥345mpa，rm≥480mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率a≥30.0％，-40℃kv2≥60j，具有低屈强比以及良好的强度和塑韧性匹配。且具有优良的冷弯成形性能，经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
更进一步地，所述热轧耐候钢板的组织为多边形铁素体 珠光体，其中珠光体组织面积分数为9-11％，铁素体晶粒度为7-9级。
本发明的低屈强比热轧耐候钢板，微观组织中硬质相珠光体的占比与c含量密切相关，恰当的c含量有利于提高钢板强度尤其是抗拉强度，是影响屈强比的关键元素之一，但较高的c含量对铸坯纵裂和钢板成形性能影响显著，本发明c含量严格控制在0.11～0.13％，可以实现低屈强比和成形性能的有效平衡。
其次，本发明中通过cr、ni、cu复合添加，利用其协同作用，在表面富集形成致密的稳定性锈层，阻止腐蚀介质向基体扩散，提高材料的耐腐蚀性能；另外cr：0.30～0.50％；ni：≤0.07％；cu：0.25～0.40％，cr ni cu≤0.90％，对贵重金属ni不做下限要求，优选添加适量的ni可减少因c、cu等元素导致的铸坯裂纹及热卷锯齿边风险，有助于在保障性能基础上降低生产成本。
其次，本发明中的nb为强碳氮化物形成元素，主要通过析出强化和细晶强化弥补厚规格引起的强度不足，同时有效改善钢板低温韧性，当钢板厚度h＞10mm时，添加nb：≤0.030％，具体为nb：0.020～0.030％；h≤10mm时，则无需添加nb元素。
本发明的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，包括转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中板坯加热阶段采用低温快烧模式。
更进一步地，转炉精炼工序中控制c含量0.11～0.13％；连铸过程中投用电磁搅拌和动态轻压下，最高拉速不大于1.3m/s，铸坯下线时需进行检查，若发现纵裂则进行火焰清理。
更进一步地，铸坯加热可采用热装或冷装入炉，采用低温快烧方式，有效保障热卷边部质量，避免加热过程中产生cu脆；具体地，板坯加热工序中，包括一加热段、二加热段和均热段，其中一加热段末温度控制为≤1050℃；二加热段末温度控制在1180-1220℃；二加热段和均热段时间之和控制为≤120min，并控制铸坯出炉温度1170～1210℃。
更进一步地，控制轧制采用粗轧 精轧模式，粗轧采用3 5道次大压下率轧制，压下率≥85％，且通过降低中间坯厚度达到进一步降低屈强比的作用，具体地，钢板中间坯厚度h按照以下标准控制：成品厚度h为3mm≤h≤6mm时，对应中间坯厚度h为30mm≤h≤33mm；成品厚度h为6mm＜h≤10mm时，对应中间坯厚度h为33mm＜h≤40mm；成品厚度h为10mm＜h≤20mm时，对应中间坯厚度h为40mm＜h≤45mm。
本发明中精轧采用f1-f7连轧，精轧出口温度为880～930℃，f7出口速度≤8m/s。
更进一步地，控制冷却采用后段稀疏冷却模式，冷却水喷嘴开放和关闭的比例为开：关≤1：5，其中前段区域的冷却水喷嘴全部关闭，后段区域的冷却水喷嘴设置为间隔式开关状态。具体地，行业内实践操作中层流冷却区域普遍分为人工控制的微调区以及自动控制的精调区，其中微调区的冷却控制对于钢板性能影响尤其明显，本发明将微调区前5/6冷却线长度的冷却水喷嘴全部关闭，后1/6冷却线长度的冷却水喷嘴打开，且该长度的冷却水控制相邻喷嘴之间为开/关/开/关的间隔式开放状态，实现后段稀疏冷却。
更进一步地，卷取温度680～730℃，然后冷却到室温。
本发明通过上述成分设计和控轧控冷工艺优化，可以获得钢板强度和塑韧性的优化组合，对钢板显微组织进行精确调控，控制珠光体面积分数占比9～11％，铁素体晶粒度7～9级，使得软质相为一定尺寸和面积占比的强度较低的多边形铁素体组织，硬质相为精确范围的强度较高的珠光体组织，同时晶粒尺寸较常规工艺减小2个晶粒度级。并通过控制粗轧阶段大压下有效增加奥氏体再结晶区的变形量，减少奥氏体未再结晶区形变来减弱奥氏体晶粒细化作用；高温终轧、高温卷取并配合后段稀疏冷却模式，则更有助于铁素体晶粒在奥氏体区和铁素体高温区充分长大。最终达到降低该材料的屈强比同时又保证良好的塑韧性。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，钢板的力学性能达到：rel≥345mpa，rm≥480mpa，屈强比≤0.75，a≥30.0％，-40℃kv2≥60j，具有低屈强比以及良好的强度和塑韧性匹配；并具有优良的冷弯成形性能，经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
(2)本发明一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，实践操作简单，且加工成本较低，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明的耐候钢板在光学显微镜下的显微组织形貌示意图，图中钢板的显微组织为多边形铁素体 珠光体组织，其中珠光体组织面积分数占比为9-11％，铁素体晶粒度7-9级。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如表1所示，本实施例的经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.12％；si：0.32％；mn：0.25％；p：0.09％；s：0.003％；cr：0.48％；ni：0.03％；cu：0.26％，alt：0.04％；余量为fe及不可避免的杂质。
如表2所示，本实施例的钢板成品厚度h为3mm，其制备方法包括转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中板坯加热阶段采用低温快烧模式，一加热段末温度为1047℃，二加热段末温度为1220℃，然后进入均热段，二加热段和均热段时间之和控制为116min，最终出炉温度为1208℃；在轧制阶段采用3 5道次粗轧和f1-f7连轧配合，控制中间坯厚度h为30mm；精轧出口温度为880℃，f7出口速度为8m/s，卷取温度为697℃。
如表3所示，本实施例最终得到的钢板性能为rel：406mpa；rm：546mpa，屈强比0.74，a：31.5％，，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现。
本实施例的耐候钢板具有低成本、高塑韧性、易成形等优点，同时具有良好的耐大气腐蚀性能和低温韧性，适用于极寒等恶劣服役环境，主要用于制造铁路车辆、集装箱、电力塔架等冲压、辊弯成型件等成形加工需求。
实施例2
如表1所示，本实施例的经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.11％；si：0.38％；mn：0.55％；p：0.11％；s：0.002％；cr：0.41％；ni：0.07％；cu：0.3％，alt：0.03％；余量为fe及不可避免的杂质。
本实施例的钢板成品厚度h为6mm，其制备方法包括转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中板坯加热阶段采用低温快烧模式，一加热段末温度为1050℃，二加热段末温度为1212℃，然后进入均热段，二加热段和均热段时间之和控制为100min，最终出炉温度为1210℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为33mm；精轧出口温度为915℃，f7出口速度为7m/s，卷取温度为730℃。
本实施例最终得到的钢板性能为rel：361mpa；rm：496mpa，屈强比0.73，a：32％，-40℃冲击功为：70/75/82j(55x10x5mm)，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
实施例3
如表1所示，本实施例的经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.12％；si：0.25％；mn：0.42％；p：0.01％；s：0.002％；cr：0.32％；cu：0.35％，alt：0.025％；nb：0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。
本实施例的钢板成品厚度h为16mm，制备方法基本同上述实施例，所不同的是，本实施例中板坯加热阶段最终出炉温度为1170℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为41mm；精轧出口温度为904℃，卷取温度为703℃，本实施例最终得到的钢板性能为rel：392mpa；rm：537mpa，屈强比0.73，a：30.5％，-40℃冲击功为：108/119/126j(55x10x10mm)，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
实施例4
如表1所示，本实施例的经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.13％；si：0.5％；mn：0.6％；p：0.08％；s：0.002％；cr：0.3％；ni：0.02％；cu：0.25％，alt：0.02％；余量为fe及不可避免的杂质。
本实施例的钢板成品厚度h为10mm，制备方法基本同上述实施例，所不同的是，本实施例中板坯加热阶段最终出炉温度为1206℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为40mm；精轧出口温度为883℃，卷取温度为680℃，本实施例最终得到的钢板性能为rel：451mpa；rm：607mpa，屈强比0.74，a：31％，-40℃冲击功为：88/90/76j(55x10x7.5mm)，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
实施例5
如表1所示，本实施例的经济型低屈强比热轧耐候钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.11％；si：0.2％；mn：0.2％；p：0.015％；s：0.005％；cr：0.5％；cu：0.4％，alt：0.045％；nb：0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。
本实施例的钢板成品厚度h为20mm，制备方法基本同上述实施例，所不同的是，本实施例中板坯加热阶段采用低温快烧模式，一加热段末温度为1018℃，二加热段末温度为1180℃，然后进入均热段，二加热段和均热段时间之和控制为120min，最终出炉温度为1175℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为45mm；精轧出口温度为930℃，卷取温度为727℃。本实施例最终得到的钢板性能为rel：346mpa；rm：481mpa，屈强比0.72，a：32.5％，-40℃冲击功为：92/104/110j(55x10x10mm)，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面没有裂纹出现，满足铁道车辆、集装箱等产品制造过程中的冲压、辊弯等成形加工需求。
对比例1
如表1所示，本对比例的热轧钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.08％；si：0.3％；mn：0.34％；p：0.03％；s：0.003％；cr：0.35％；ni：0.04％；cu：0.32％，alt：0.028％；余量为fe及不可避免的杂质。
本对比例的热轧钢板成品厚度h为4mm，制备方法亦采用转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中如表2所示，板坯加热阶段最终出炉温度为1186℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为32mm；精轧出口温度为862℃，卷取温度为632℃。如表3所示，本对比例最终得到的钢板性能中屈强比0.79，明显增高，难以满足目前行业内对于低屈强比钢板的性能需求。
对比例2
本对比例的热轧钢板，其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.12％；si：0.36％；mn：0.5％；p：0.06％；s：0.004％；cr：0.4％；cu：0.36％，alt：0.022％；余量为fe及不可避免的杂质。
本对比例的热轧钢板成品厚度h为5mm，制备方法亦采用转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中如表2所示，板坯加热阶段最终出炉温度为1190℃；在轧制阶段控制中间坯厚度h为39mm；精轧出口温度为865℃，卷取温度为625℃。如表3所示，本对比例最终得到的钢板性能中屈强比0.76，明显增高，难以满足目前行业内对于低屈强比钢板的性能需求，且经过180°冷弯(d＝0a)后，弯曲试样外侧面有裂纹出现。
上述实施例和对比例的化学成分、轧制工艺以及所得钢板的力学性能等分别如下表1、表2和表3所示。
表1本发明实施例和对比例的化学成分
表2实施例和对比例轧制工序主要工艺参数
表3实施例和对比例力学性能
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
1.一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，其特征在于：其化学成分组成以重量百分比计包括：c：0.11～0.13％；si：0.20％～0.50％；mn：0.20～0.60％；p：≤0.15％；s：≤0.005％；cr：0.30～0.50％；ni：≤0.07％；cu：0.25～0.40％，且cr ni cu≤0.90％；alt：0.020～0.045％；余量为fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，其特征在于：所述热轧耐候钢板成品厚度规格h在3-20mm之间，当热轧耐候钢板厚度h＞10mm时，成分中还包括nb：≤0.030％。
3.根据权利要求1或2所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，其特征在于：所述热轧耐候钢板的力学性能为：rel≥345mpa，rm≥480mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率a≥30.0％，-40℃kv2≥60j。
4.根据权利要求1或2所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板，其特征在于：所述热轧耐候钢板的组织为多边形铁素体 珠光体，其中珠光体组织面积分数为9-11％，铁素体晶粒度为7-9级。
5.一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：包括转炉冶炼→精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→卷取工序，其中板坯加热阶段采用低温快烧模式。
6.根据权利要求5所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：转炉精炼工序中控制c含量0.11～0.13％；连铸过程中投用电磁搅拌和动态轻压下，最高拉速不大于1.3m/s。
7.根据权利要求5所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：板坯加热工序中，包括一加热段、二加热段和均热段，其中一加热段末温度控制为≤1050℃；二加热段末温度控制在1180-1220℃；二加热段和均热段时间之和控制为≤120min，并控制铸坯出炉温度1170～1210℃。
8.根据权利要求5所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：控制轧制工序中，钢板中间坯厚度h按照以下标准控制：成品厚度h为3mm≤h≤6mm时，对应中间坯厚度h为30mm≤h≤33mm；成品厚度h为6mm＜h≤10mm时，对应中间坯厚度h为33mm＜h≤40mm；成品厚度h为10mm＜h≤20mm时，对应中间坯厚度h为40mm＜h≤45mm。
9.根据权利要求5所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：控制轧制采用粗轧 精轧模式，粗轧采用3 5道次大压下率轧制，压下率≥85％，精轧采用f1-f7连轧，精轧出口温度为880～930℃，f7出口速度≤8m/s；卷取工序中卷取温度680～730℃，然后冷却到室温。
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种经济型低屈强比热轧耐候钢板的制造方法，其特征在于：控制冷却采用后段稀疏冷却模式，冷却水喷嘴开放和关闭的比例为开：关≤1：5，其中前段区域的冷却水喷嘴全部关闭，后段区域的冷却水喷嘴设置为间隔式开关状态。
技术总结