(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022027527
(43)【公開日】2022-02-10
(54)【発明の名称】630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20220203BHJP
C22C 38/42 20060101ALI20220203BHJP
C21D 8/02 20060101ALI20220203BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20220203BHJP
C21C 7/10 20060101ALN20220203BHJP
C21C 7/064 20060101ALN20220203BHJP
C21C 1/02 20060101ALN20220203BHJP
C21C 5/30 20060101ALN20220203BHJP
【FI】
C22C38/00 301F
C22C38/42
C21D8/02 A
C21D9/46 S
C21C7/10 Z
C21C7/064 Z
C21C1/02 101
C21C5/30 Z
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021116876
(22)【出願日】2021-07-15
(31)【優先権主張番号】202010749787.7
(32)【優先日】2020-07-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】519023846
【氏名又は名称】攀▲鋼▼集▲団▼研究院有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李正▲榮▼
(72)【発明者】
【氏名】崔▲凱▼禹
(72)【発明者】
【氏名】汪▲創▼▲偉▼
(72)【発明者】
【氏名】周▲偉▼
(72)【発明者】
【氏名】叶▲暁▼▲瑜▼
(72)【発明者】
【氏名】熊雪▲剛▼
【テーマコード(参考)】
4K013
4K014
4K032
4K037
4K070
【Fターム(参考)】
4K013BA02
4K013BA05
4K013BA08
4K013CE00
4K013EA19
4K013EA20
4K013EA28
4K014AA02
4K032AA01
4K032AA04
4K032AA05
4K032AA12
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4K032AA16
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4K032AA29
4K032AA32
4K032BA01
4K032CA03
4K032CC03
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4K037FD06
4K037FE02
4K070AC02
4K070BD12
(57)【要約】 (修正有)
【課題】新規な組成および良好な耐候性効果を有する耐候性鋼を提供する。
【解決手段】630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼であって、重量百分率で、以下の化学組成:C≦0.12%、Si:2.20~3.00%、Mn≦1.50%、P:0.005~0.030%、S≦0.015%、Cr:2.90~3.70%、Ni:0.10~0.40%、Cu:0.20~0.60%、Als≧0.010%、残部Feおよび不可避不純物を含むことを特徴とする、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼であって、重量百分率で、以下の化学組成:C≦0.12%、Si:2.20~3.00%、Mn≦1.50%、P:0.005~0.030%、S≦0.015%、Cr:2.90~3.70%、Ni:0.10~0.40%、Cu:0.20~0.60%、Als≧0.010%、残部Feおよび不可避不純物を含むことを特徴とする、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼。
【請求項2】
前記化学組成が、重量百分率で、C:0.06~0.08%、Si:2.60~2.80%、Mn:0.85~1.00%、P:0.010~0.025%、S≦0.007%、Cr:3.30~3.50%、Ni:0.20~0.30%、Cu:0.28~0.38%、Als:0.015~0.050%、残部Feおよび不可避不純物を含むことを特徴とする、請求項1に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼。
【請求項3】
前記高耐食性耐候性鋼の耐大気腐食性指標Iが、13.02~14.13であることを特徴とする、請求項1に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼。
【請求項4】
前記高耐食性耐候性鋼の相対Q355B腐食速度が、25%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼。
【請求項5】
前記高耐食性耐候性鋼が、630~690MPaの降伏強度、900~980MPaの引張強度、18%以上の伸びA、および-40℃で60J以上の衝撃値を有することを特徴とする、請求項1に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼。
【請求項6】
請求項1~5のいずれか一項に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の製造方法であって、
溶銑脱硫-転炉精錬-LF-RH-LF-スラブ連続鋳造-熱間圧延-ラミナー冷却-コイル化を含むことを特徴とする、製造方法。
【請求項7】
請求項1~5のいずれか一項に記載の630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の使用であって、前記高耐食性耐候性鋼が、建築、橋梁建設または車両製造の分野における高温多湿領域で外気に露出されることを特徴とする、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄冶金の技術分野に属し、特に630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼の腐食は、国の経済および防衛建設のすべての分野において広く深刻な問題である。統計によれば、いくつかの工業先進国では、腐食によって引き起こされる経済的損失は、そのGDPの2%~4%を占め、大気腐食は、鋼構造の腐食の主な形態であり、すべての腐食損失の約半分を占める。したがって、耐候性鋼の研究開発にとって非常に有意である。大気耐食鋼としても知られる耐候性鋼は、大気中で良好な耐食性を有する低合金鋼である。国内および海外での多数の研究に基づいて、耐候性鋼が長期間大気に露出すると、緻密で十分に接着した酸化生成物の層がその表面上に生成されて、外部腐食性物質から鋼マトリックスを隔離し、それによって耐候性鋼の耐食性を大幅に改善すると一般に考えられている。耐候性鋼は、主に中国では圧延材および容器に使用されるが、米国および日本を含むいくつかの先進国では、露出した様式で鋼鉄構造建物および都市施設においてより広く使用されている。耐候性鋼は、露出鋼が広く使用されている米国において橋梁を構築するために最も一般的に使用されており、500を超える建物が露出耐候性鋼で構築されている。1965年以来、露出耐候性鋼は、日本では建築屋根、ルーバー、鋼リブ、および外装パネルランプなどの外装部品に使用されてきた。
【0003】
耐候性鋼の応用分野がますます拡大しているため、市場のニーズを満たすために、より多くの種類の耐候性鋼を開発する必要がある。
【発明の概要】
【0004】
本発明が解決しようとする技術的問題は、新規な組成および良好な耐候性効果を有する耐候性鋼を開発することである。
【0005】
上記の技術的問題を解決するために、本発明によって提供される技術的解決策は、重量百分率で、以下の化学組成:C≦0.12%、Si:2.20~3.00%、Mn≦1.50%、P:0.005~0.030%、S≦0.015%、Cr:2.90~3.70%、Ni:0.10~0.40%、Cu:0.20~0.60%、Als≧0.010%、残部Feおよび不可避不純物を含む630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼を提供することである。
【0006】
好ましくは、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の化学組成は、重量百分率で、C:0.06~0.08%、Si:2.60~2.80%、Mn:0.85~1.00%、P:0.010~0.025%、S≦0.007%、Cr:3.30~3.50%、Ni:0.20~0.30%、Cu:0.28~0.38%、Als:0.015~0.050%、残部Feおよび不可避不純物である。
【0007】
630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の耐大気腐食性指標Iは、13.02~14.13である。
【0008】
630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の相対Q355B腐食速度は、25%以下である。
【0009】
630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼は、630~690MPaの降伏強度、900~980MPaの引張強度、18%以上の伸びA、および-40℃で60J以上の衝撃値を有する。
【0010】
本発明は、以下のステップを含む、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の製造方法をさらに提供する:
溶銑脱硫-転炉精錬-LF-RH-LF-スラブ連続鋳造-熱間圧延-ラミナー冷却-コイル化。
【0011】
本発明は、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の使用をさらに提供し、これは建築または橋梁建設または車両製造の分野において高温多湿領域で外気に露出される。
【0012】
本発明は、以下の有利な効果を有する:
本発明は、新規な組成を有する高クロム耐候性鋼を提供し、その耐大気腐食性指標Iは、13.02~14.13に達し、これは6.0の約2倍の高さであり、したがって製品の優れた耐大気腐食性を達成する。良好な耐大気腐食性、低い保守コスト、長い製品寿命、ならびにフルサイクルコスト、環境汚染、および腐食破壊事故のリスクの低減に加えて、さらに、本発明の高耐食性耐候性鋼はまた、高温多湿領域で外気に露出され得、建築、橋梁建設、または車両製造の分野で広く使用され得、良好な利用価値を有する。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、重量百分率で、以下の化学組成:C≦0.12%、Si:2.20~3.00%、Mn≦1.50%、P:0.005~0.030%、S≦0.015%、Cr:2.90~3.70%、Ni:0.10~0.40%、Cu:0.20~0.60%、Als≧0.010%、残部Feおよび不可避不純物を含む630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼を提供する。
【0014】
好ましくは、630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼の化学組成は、重量百分率で、C:0.06~0.08%、Si:2.60~2.80%、Mn:0.85~1.00%、P:0.010~0.025%、S≦0.007%、Cr:3.30~3.50%、Ni:0.20~0.30%、Cu:0.28~0.38%、Als:0.015~0.050%、残部Feおよび不可避不純物である。
【0015】
上記の耐候性鋼の成分の中で、Cは、鋼中の有効な強化元素であり、炭素含有量の増加は、鋼の強度を改善し得る。しかしながら、炭素の含有量が過剰になると、以下の欠陥をもたらし得る:多くの粗大で脆い炭化物粒子が鋼中に生成され、鋼の可塑性および靭性を低下させる;鋼板の中心に偏析帯が発生し、鋼の曲げ性能および成形性が低下し、溶接炭素当量が増加し、溶接加工に悪影響を及ぼす。したがって、本発明の設計によれば、Cは、0.12%以下であり、好ましくは0.06~0.08%である。
【0016】
上記の耐候性鋼の成分の中で、強い固溶強化効果を有するMnは、鋼の相変態温度を大幅に低下させ、鋼の微細構造を微細化し得る。Mnは、重要な強化および強靭化元素である。しかしながら、過剰なMnの添加は、連続鋳造プロセスにおいてスラブクラックを引き起こし、鋼の溶接性能の低下をもたらす場合がある。したがって、本発明の設計によれば、Mnは、1.50%以下であり、好ましくは0.85~1.00%である。
【0017】
上記の耐候性鋼の成分の中で、Sは、硫化物介在物を形成し、鋼の性能を低下させる場合がある。一方、腐食中に孔食が伝播し、腐食性能に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、本発明の設計によれば、Sは、0.015%以下であり、好ましくは0.007%以下である。
【0018】
上記の耐候性鋼の成分の中で、Alは、脱酸素剤として鋼に添加される。しかしながら、Alの含有量が過剰になると、窒素酸化物がオーステナイト粒界に析出しやすく、スラブクラックの生成につながる場合がある。したがって、本発明の設計によれば、Alは、0.010%以上であり、好ましくは0.015~0.050%である。
【0019】
本発明において、鋼中のSi、P、Cu、CrおよびNiの含有量は、耐候性鋼の耐大気腐食性を改善する目的で、元素C、Mn、S、およびAlの含有量が決定された後、耐候性構造鋼(Weathering Structural Steels)(GB/T4171-2008)に対する付属書D「低合金鋼の耐大気腐食性評価ガイド(Guide to Evaluate the Atmospheric Corrosion Resistance of Low Alloy Steels)」の耐大気腐食性指標I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2の計算式に従って決定される。
【0020】
本発明の耐大気腐食性指標は、指定された値の約2倍に達し得、SiおよびCr元素の高い含有量によって引き起こされる可能性がある対応する欠陥は、主に、製錬、制御された圧延および制御された冷却プロセスの相互協力によって回避され得る。
【0021】
鋼へのCuの添加は、明らかな耐食性を有する緻密で良好に接着したアモルファス酸化物(ヒドロカルビルオキシド)保護層の鋼の表面上への形成に有益である。加えて、CuおよびSは、不溶性硫化物を形成し、これは鋼の耐食性に対するSの有害な影響を打ち消す。しかしながら、Cuの融点がスラブの加熱温度よりも低いため、Cu含有量が多すぎると、析出したCuが液体状態のオーステナイト粒界に集合し、析出したCuの一定量が加熱時や熱間圧延時にクラックを生じさせる可能性がある。加えて、耐大気腐食性指標Iの計算式によれば、Cu含有量が多すぎたり少なすぎたりすると、耐大気腐食性指標Iの算出値が小さくなる。したがって、本発明の設計によれば、Cuは、0.20~0.60%であり、好ましくは0.28~0.38%である。
【0022】
鋼へのNiの添加は、鋼の耐食性を著しく改善する;一方、元素NiおよびCuは、Niを含有するCuリッチ相を形成し、このCuリッチ相は固体状態で外側酸化物層中に残存して、マトリックス中のCuの濃化および液体Cuリッチ相を形成する機会を減少させ、したがって高温脆性欠陥の発生を回避する。そのため、鋼中のNi/Cuの含有量は、一般に1/2以上に制御される。しかしながら、Niの含有量が過剰になると、酸化物スケールの接着が増加し、鋼にプレスされたときに熱間圧延欠陥が表面上に形成される。Niは、貴金属であり、Niの含有量が過剰になると、鋼合金のコストが著しく増加する。したがって、本発明の設計によれば、Niは、0.10~0.40%であり、好ましくは0.20~0.30%である。
【0023】
耐大気腐食性指標Iの計算式によれば、Si、PおよびCrの含有量が多いと、I値が大きく上昇し、優れた耐大気腐食性を達成し得る。
【0024】
Siは、鋼中への高い固溶度を有し、これは錆層組織を微細化し、鋼の全体的な腐食速度を低下させるのに役立つ。しかしながら、Siの含有量が過剰になると、圧延時のデスケーリングが困難となり、溶接性能の低下にもつながる。したがって、本発明の設計によれば、Siは、2.20~3.00%であり、好ましくは2.60~2.80%である。
【0025】
Pは、鋼の耐大気腐食性を効果的に改善し得る。鋼中のPおよびCuの併用は、より良い組成効果を示し得るが、Pの含有量が過剰になると、鋼の可塑性および低温靭性が著しく低下する。したがって、本発明の設計によれば、Pは、0.005~0.030%であり、好ましくは0.010~0.025%である。
【0026】
Crは、鋼の不動態化能の改善に顕著な効果を有し、鋼の表面上に緻密な不動態化膜または防錆層を形成するのに役立つ。錆層中のCrの濃化は、腐食媒体に対する錆層の選択的伝達特性を効果的に改善し得る。しかしながら、Crの含有量が過剰になると、製造コストが高くなる。したがって、本発明の設計によれば、Crは、2.90~3.70%であり、好ましくは3.30~3.50%である。
【0027】
好ましい組成に基づいて、高耐食性耐候性鋼の耐大気腐食性指標Iは、13.02~14.13に達し、これは6.0の約2倍の高さであり、したがって製品の優れた耐大気腐食性を達成し得る。
【0028】
630MPaグレードの高耐食性耐候性鋼は、630~690MPaの降伏強度、900~980MPaの引張強度、18%以上の伸びA、および-40℃で60J以上の衝撃値を有する。
【0029】
本発明の高耐食性耐候性鋼の製錬プロセスでは、大量の合金が添加され、製錬プロセスにおける温度低下が大きく、大きな合金浸炭および加熱浸炭が生じる;同時に、大きな温度低下は、フェロクロムの不十分な溶融効果およびRHプロセスにおける挿入管の深刻な接着を引き起こす場合がある。したがって、一般的なモードである「転炉製錬→LF→RH→スラブ連続鋳造」は、この鋼グレードの生産ニーズを満たすことができない。
【0030】
したがって、本発明は、以下のステップを含む、高耐食性耐候性鋼の製造方法をさらに提供する:
溶銑脱硫-転炉精錬-LF-RH-LF-スラブ連続鋳造-熱間圧延-ラミナー冷却-コイル化。
【0031】
ダブルLFプロセスは、本発明の高耐食性耐候性鋼の上述の製錬プロセスで使用される。生産コストの必然的な増加にもかかわらず、LFプロセスの追加は、温度、炭素、および合金の効果的な使用(挿入管の接着による合金損失の現象なし)ならびに硫黄精錬を効率的に制御できる点でより有利であり、生産リスクを大幅に低減する。各プロセスで採用した主な技術的手段および制御目標を表1に示す。特に、1回目のLFプロセスに装入されるフェロクロムは、成分の下限に従って0.15%減少され、1回目のLFに装入される他の合金元素は、低含有量および酸化性に起因して構成されない;代わりに、これらの合金元素は、RH脱炭および脱酸素後に最初に構成され、2回目のLFに装入された後に微調整される。
【0032】
【0033】
高耐食性耐候性鋼の熱間圧延およびラミナー冷却プロセスでは、スラブは、熱間供給および熱間装入されるか、または直ちに積層されてゆっくりと冷却され、1240~1280℃の排出温度で、24時間以内に炉に供給される。粗圧延の全長を完全にデスケーリングし;仕上げ圧延の初期圧延温度は、1020℃以下であり、最終圧延温度は、810~850℃である。複数のミルスタンド間の冷却水は、完全に閉じており、疎冷却は、ラミナー冷却とされ、コイル化温度は、580~620℃である。
【0034】
合金含有量が高い鋼の場合、スラブは、長期間の積層後および低い炉温度でエッジクラック欠陥を生じやすい;したがって、スラブは、熱間供給および熱間装入されるか、または直ちに積層され、ゆっくりと冷却され、24時間以内に炉に装入される。
【0035】
ケイ素の含有量が高い鋼は、炉内での長時間の加熱中に、酸化鉄スキン層とマトリックスとの間で1173℃の融点を有するファヤライト(Fe2SiO4)に変わる場合がある。ケイ素を含有する鋼のスケーリングの困難さを排除または緩和するための効果的な方法は、スラブの表面温度が、粗デスケーリング中にFe2SiO4の融点よりも高くなるように排出温度を上昇させることであり、FeO/Fe2SiO4のアンカーは、それが液体状態の場合に形成されず、したがってスケーリングが容易になる。
【0036】
ミルスタンド間の冷却水は、圧延速度を低下させるために完全に閉じられており、したがって冷却速度が低下される;同時に、冷却速度を低下させるために、疎冷却はラミナー冷却とされる。高Cr鋼の高い焼入れ性のために、製品の靭性および可塑性に悪影響を及ぼすマルテンサイト構造が高い冷却速度で現れやすい。
【0037】
本発明において、高耐食性耐候性鋼の製造方法は、上記方法に限定されず、耐大気腐食性指標Iが6を超える耐候性鋼は、他の合理的な方法によって製錬され得る。
【0038】
本発明は、高耐食性耐候性鋼の使用をさらに提供し、これは建築または橋梁建設または車両製造の分野において高温多湿領域で外気に露出される。
【0039】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明の具体的な実施形態をさらに説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【0040】
実施例および比較例
高耐食性耐候性鋼を、従来の製錬、制御された圧延および制御された冷却プロセスによって製造し、鉄道耐候性鋼のサイクル圧入腐食試験方法(Test Method for Cycle Infiltration and Corrosion of Railway Weather-resistance Steel)(TB/T2375)に従って耐食性について試験した。比較例1(通常の耐候性鋼Q450NQR1)および比較例2(低合金高強度鋼Q355B)における高耐食性耐候性鋼の具体的な成分および耐大気腐食性指標Iを表2に示す。
【0041】
【0042】
実施例および比較例から、本発明の高耐食性耐候性鋼の耐大気腐食性指標Iは、6.0の2倍を超え、通常の耐候性鋼および低合金高強度鋼よりもはるかに大きく、高耐食性耐候性鋼は、優れた耐大気腐食性を達成し得ることが分かる。鋼製品は、高温多湿領域で外気に露出され得、これにより、コーティングおよび錆除去コスト、腐食による破壊事故、および環境汚染が低減され、良好な応用見込みがある。
【外国語明細書】