一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法

摘要

一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其组分及wt%为：C：0.05~0.08%、Si：0.32~0.38%、Mn：0.50~0.60%、Cr：0.60~0.80%、Cu：0.32~0.40%、Mo：0.10~0.18%、Nb：0.05~0.07%、Ti：0.01~0.02%，P不超过0.020%、S≤0.005%。生产方法：经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；用NaCl溶液层流冷却；自然冷却；稳定化锈层处理；卷取。本发明在保证钢板屈服强度550~580MPa、抗拉强度620~650MPa、延伸率≥20％的前提下，实现在线在钢板表面生成厚度不低于3µm致密稳定锈层，在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035µm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后使用，提高了钢板表面质量及生产效率。

权利要求

1.生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其步骤：

1）经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001% 0.002%；

~

2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；

3）进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75 85%；

~

4）进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80%，钢板厚度在1.5 3 mm；

~

5）进行层流冷却，采用质量浓度为0.1 0.5%的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为~

15～20℃/s下冷却至450 500℃；

~

6）自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；

7）对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1~3%的FeCl3溶液中，在通带速度为1~5m/s下使钢板表面形成锈层后置入质量浓度为0.2~0.8%的ZnH2PO4溶液中，在通带速度为5 10m/s下使钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；

~

8）卷取；

所述具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的组分及重量百分比含量为：C：

0.05 0.08%、Si：0.32 0.38%、Mn：0.50 0.60%、Cr：0.60 0.80%、Cu：0.32 0.40%、Mo：0.10~ ~ ~ ~ ~ ~

0.18%、Nb：0.05 0.07%、Ti：0.01 0.02%，P不超过0.020%、S≤0.005%，其余为Fe及不可避免~ ~

的杂质；金相组织为贝氏体；屈服强度Rt0.5为550~580MPa，抗拉强度Rm为620~650MPa，延伸率≥20％；表面具有厚度≥3μm的褐色锈层；在大气环境下曝晒1年腐蚀速度不超过0.035μm /a。

2.如权利要求1所述的生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：采用质量浓度为0.13 0.43%的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～~

17℃/s下冷却至456 490℃。

~

3.如权利要求1所述的生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其特征在于：稳定化锈层处理中：FeCl3溶液的质量浓度为1.5~2.5%，钢带通带速度为2~

4m/s；ZnH2PO4溶液的质量浓度为0.27~0.72%，钢带通带速度为6~8m/s。

说明书

一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种集装箱钢及生产方法，具体涉及一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法。

背景技术

[0002] 在大气腐蚀过程中，耐候钢中的合金元素能够改善锈层结构和性能，形成致密的保护性锈层，有效阻滞腐蚀介质的渗入和传输，抑制腐蚀的进一步发生。耐候钢在集装箱行
业中得到了广发应用。虽然耐候钢具有良好的耐蚀性能，但是在自然环境下耐候钢表面要
形成稳定致密的保护性锈层需要相当长的时间，并且耐候钢在裸露使用的情况下，初期与
普通碳钢一样也会生成红锈，出现锈液流挂与飞散，污染周围环境的现象。因此，集装箱用
耐候钢仍需要经过涂装后来使用。为解决耐候钢裸露时出现的这个问题，人们开展了大量
耐候钢锈层稳定化技术研究，以期使耐候钢在短时间内生成致密的锈层而不出现流淌，从
而达到环保、经济等特性。现今，锈层稳定化处理技术已经在耐候钢成品或者结构上应用，
但是均为离线处理，即在线下有人工在钢板表面涂覆锈层，存在不仅涂覆层不均匀，且劳动
强度大，生产效率低、并对操作者身体有一定影响。如，经检索的：

[0003] 中国专利申请号为CN201610504636.9的文献，公开了《低成本550MPa级热轧集装箱用耐候钢的制造方法》。钢板的生产工艺为：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却、卷取、
平整,其特征在于,钢中化学成分按质量百分比为：C 0.049％～0.069％,Si 0.21％～
0.29％,Mn 0.51％～0.79％,P≤0.020％,S≤0.006％、Als 0.015％～0.045％,Cr 0.31％
～0.39％,Ni 0.079％～0.099％,Cu 0.21％～0.26％,Ti 0.057％～0.077％,N≤
0.006％,其余为Fe和不可避免的杂质；连铸坯厚度200～230mm,铸坯加热温度在1250℃以
上，精轧开轧温度为1080～1100℃，精轧终轧温度为921～949℃，轧后采用层流冷却，冷却
速度大于20℃/s，卷取温度为619～649℃，卷取后进入缓冷罩进行缓冷，若成品钢板厚度≤
2.0mm,需要进行平整。

[0004] 中国专利申请号为CN201710068872.5的文献，公开了《一种耐候钢表面稳定化锈层快速生成处理剂及其使用方法》。由A剂和B剂两部分组成，A剂组成按质量百分比为：
CuSO4#0.4％～2％、NaCl#0.1％～2.5％、FeCl3#0.5％～3％、HCl#0.1％～0.5％,余量为
水；B剂为保湿剂水溶液,保湿剂质量百分含量为0.2％～3.5％，余量为水；所述的保湿剂为
NaH2PO4、Na5P3O10、(NaPO3)6、C6H5Na3O7·2H2O中的一种或几种。

[0005] 本发明的优点是：使用该处理剂可直接对表面带氧化铁皮的耐候钢进行处理，省去了除氧化皮步骤，提高了处理速度和处理剂的实用性。此外，处理剂为水性体系且不含六
价铬等组分，具备环境友好特征；处理剂配方及处理工艺简单，制备及施工成本低，适合在
冶金企业及施工现场实施。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证钢板屈服强度550～580MPa、抗拉强度620～650MPa、延伸率≥20％的前提下，在线在钢板表面生成厚度不低于3μm致密稳定锈
层，在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035μm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后
使用的具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢及生产方法。

[0007] 实现上述目的的技术措施：

[0008] 一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.05～0.08％、Si：0.32～0.38％、Mn：0.50～0.60％、Cr：0.60～0.80％、Cu：0.32～
0.40％、Mo：0.10～0.18％、Nb：0.05～0.07％、Ti：0.01～0.02％，P不超过0.020％、S≤
0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质；金相组织为贝氏体；屈服强度Rt0.5为550～580MPa，
抗拉强度Rm为620～650MPa，延伸率≥20％；表面具有厚度≥3μm的褐色锈层；在大气环境下
曝晒1年腐蚀速度不超过0.03μm/a。

[0009] 优选地：P的重量百分比含量在0.007～0.016％。

[0010] 优选地：Cr的重量百分比含量为0.64～0.75％。

[0011] 优选地：其特征在于：Cu的重量百分比含量为0.32～0.36％。

[0012] 生产一种具有稳定锈层的550MPa级热轧集装箱用耐候钢的方法，其步骤：

[0013] 1)经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001％～0.002％；

[0014] 2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；

[0015] 3)进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％；

[0016] 4)进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，钢板厚度在1.5～3mm；

[0017] 5)进行层流冷却，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～20℃/s下冷却至450～500℃；

[0018] 6)自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；

[0019] 7)对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1～3％的FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下使钢板表面形成锈层；

[0020] 后置入质量浓度为0.2～0.8％的ZnH2PO4溶液中，在通带速度为5～10m/s下使钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；

[0021] 8)卷取。

[0022] 优选地：采用质量浓度为0.13～0.43％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～17℃/s下冷却至456～490℃。

[0023] 优选地：稳定化锈层处理中：FeCl3溶液的质量浓度为1.5～2.5％，钢带通带速度为2～4m/s；ZnH2PO4溶液的质量浓度为0.27～0.72％，钢带通带速度为6～8m/s。

[0024] 本发明中各组分及主要工艺的机理及作用

[0025] 碳(C)：碳是最经济、最基本的强化元素，可以减少其它贵重合金的加入量；另一方面对管线钢的延性、焊接性能有负面影响。本发明碳含量限制在0.05～0.08％。

[0026] 硅(Si)：硅主要起脱氧和固溶强化作用，但添加过量硅会导致钢的塑、韧性、焊接性降低。本发明硅含量限制在0.32～0.38％。

[0027] 锰(Mn)：锰起到固溶强化作用，弥补低碳或超低碳造成的强度下降。但是过高的锰容易引起组织偏析。本发明锰含量限制在0.50～0.60％。

[0028] 铬(Cr)：铬能在腐蚀产物膜层中出现富集，使α‑FeOOH晶体细化，有利于致密的保护性内锈层形成，提高耐大气腐蚀性能。但其如高于所限定值，则会降低钢的韧性和焊接性
能，无法满足使用要求。但其如低于所限定值，则无法形成致密的锈层，影响锈层稳定化工
艺。因此经综合考虑，将本发明铬含量限制在0.60％～0.80％，优选地Cr的重量百分比含量
为0.64～0.75％。

[0029] 铜(Cu)：铜不仅是固溶强化元素，而且是提高钢耐大气腐蚀的重要元素。研究表明‑
铜能够能够使耐候钢锈层表现出离子选择特性，排斥Cl 进入锈层，减缓腐蚀。但其如高于
所限定值，则会引起钢的热脆现象，热轧时会出现表面裂纹，成品钢性能恶化，焊接性能不
合格，不能满足使用要求。但其如低于所限定值，则会无法在钢的表面形成耐大气腐蚀保护
层，降低了钢的耐大气腐蚀性能。因此经综合考虑，将本发明铜含量限制在0.32～0.40％，
优选地Cu的重量百分比含量为0.32～0.36％。

[0030] 钼(Mo)：钼能够提高钢的淬透性，改善钢的抗点蚀性能。钢中的钼在大气腐蚀过程中被氧化成难溶钼酸盐，起到缓蚀剂的作用。但钼元素能使焊接性能下降。本发明钼含量限
制在0.10～0.18％。

[0031] 铌(Nb)：铌最主要的微合金元素，能细化晶粒，起到固溶强化作用，使钢具有高强度、高韧性。在低合金钢种加入铌，能有效提高其腐蚀性能。本发明铌含量限制在0.05～
0.07％。

[0032] 钛(Ti)：一方面有利于钢的脱氧，减少钢中的夹杂物；另一方面能够提高钢的冲击韧性。但是钛含量超过一定值会使TiC得沉淀强化作用显现，降低钢的低温韧性。本发明钒
含量限制在0.01～0.02％。

[0033] 磷(P)：一方面在含铜钢中添加磷会明显强化其腐蚀抗性；另一方面在大气腐蚀条件下，磷有阳极去极化作用，可以帮助锈层快速稳定，促进锈层致密氧化膜的生成，成为钢
板表面的保护屏障。但其如高于所限定值，则会对钢板的低温韧性和焊接性能产生不好的
影响，随着磷含量增加，将造成焊缝金属的韧性、特别是低温冲击韧性下降。因此，本发明控
制磷的含量不超过0.020％，但不能为零，否则锈层中磷不足以阻止晶态Fe3O4结晶成长，从
而生成疏松的锈层，钢的耐大气腐蚀性能降低。优选地P的重量百分比含量在0.007～
0.016％。

[0034] 硫(S)：硫是钢中的有害元素，生成的硫化锰夹杂物不仅会降低钢的力学性能，而且会降低钢的耐大气腐蚀性能。因此，本发明控制硫的含量≤0.005％。

[0035] 本发明之所以在真空进行Ca处理，是由于Ca处理可以对钢中夹杂物进行变性，容易从钢水中去除，达到纯净钢水作用。

[0036] 本发明之所以控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％，是由于在奥氏体再结晶温度以上进行粗轧过程，本发明成分体系下再
结晶温度约在940℃。

[0037] 本发明之所以控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，是由于在奥氏体析出铁素体(Ar3)温度上进行精轧过程，集装箱
板属于热轧薄板，故采用较高的累计压下率。

[0038] 本发明之所以在层流冷却中，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～20℃/s下冷却至450～500℃，是由于使用NaCl溶液作为冷却水提供
‑
了腐蚀性强的Cl离子，它具有离子半径小、穿透能力强，并且在钢的表面较强吸附的特点。
‑
冷却过程中Cl附着在钢的表面能够破坏钢表面钝化膜形成，阻止冷却过程中致密氧化铁
皮的生成，使钢表面形成较为疏松的氧化铁皮。

[0039] 本发明之所以将钢板自然冷却至不超过100℃，是由于过高的钢板温度容易导致锈层稳定化处理剂挥发，过低的温度增加了自然冷却时间，因此选定100℃为进入锈层稳定
化工序的温度上限。

[0040] 本发明之所以在对钢板表面进行稳定化锈层处理中：先将钢板置入质量浓度为1～3％的FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下在钢板表面形成锈层；后置入质量浓度为
0.2～0.8％的ZnH2PO4溶液中在通带速度为5～10m/s下在钢板表面形成致密稳定锈层；稳定
化锈层厚度不低于3μm，是由于FeCl3溶液具有较强的氧化性，可以将钢板表面快速形成锈
层。ZnH2PO4溶液则可以与铁离子生成磷酸铁盐沉淀，形成致密稳定锈层的作用，消除黄锈流
淌现象。通过在线锈层稳定化处理使钢板表面生成致密的褐色锈层。

[0041] 本发明与现有技术相比，在保证钢板屈服强度550～580MPa、抗拉强度620～650MPa、延伸率≥20％的前提下，实现在线在钢板表面生成厚度不低于3μm致密稳定锈层，
在大气环境下裸露腐蚀速度不超过0.035μm/a，不会产生黄锈流淌现象，也无需涂装后使
用，提高了钢板表面质量及生产效率。

附图说明

[0042] 图1为本发明钢的金相组织图；

[0043] 图2为本发明钢的表面锈层状况图。

具体实施方式

[0044] 下面对本发明予以详细描述：

[0045] 表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；

[0046] 表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；

[0047] 表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；

[0048] 各实施例均按照以下步骤生产：

[0049] 1)经转炉冶炼、真空Ca处理后浇注成坯；期间，在真空进行Ca处理，并控制真空处理结束时Ca重量百分比含量在0.001％～0.002％；

[0050] 2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；

[0051] 3)进行粗轧，控制粗轧开轧温度在1080～1130℃，粗轧结束温度在950～990℃，总下率在75～85％；

[0052] 4)进行精轧，控制精轧开轧温度自890～910℃，精轧终轧温度在830～850℃，精轧累积压下率不低于80％，钢板厚度在1.5～3mm；

[0053] 5)进行层流冷却，采用质量浓度为0.1～0.5％的NaCl溶液进行层流冷却，在冷却速度为15～20℃/s下冷却至450～500℃；

[0054] 6)自然冷却，将钢板自然冷却至不超过100℃；

[0055] 7)对钢板表面进行稳定化锈层处理：先将钢板置入质量浓度为1～3％的FeCl3溶液中，在通带速度为1～5m/s下在钢板表面形成锈层；

[0056] 后置入质量浓度为0.2～0.8％的ZnH2PO4溶液中在通带速度为5～10m/s下在钢板表面形成致密稳定锈层；稳定化锈层厚度不低于3μm；

[0057] 8)卷取。

[0058] 表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)

[0059]

[0060] 表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

[0061]

[0062]

[0063] 续表2

[0064]

[0065] 表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表

[0066]

[0067] 腐蚀速度实验条件：按照GB/T 6464‑1997《金属及其覆盖层大气腐蚀试验现场试验的一般要求》标准进行，在武汉工业大气环境下曝晒1年，得到的腐蚀速度。

[0068] 从表3可以看出，本发明力学性能满足GB/T 4171‑2008《耐候结构钢》中550MPa级耐候钢力学性能要求，生产钢板表面具有厚度≥3μm的褐色锈层，腐蚀速度不超过0.032μm/
a大气曝晒试验表明其腐蚀速度大幅降低。

[0069] 以上实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。