09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼開發(fā)生產(chǎn)實踐

王孝科

（山鋼股份萊蕪分公司 技術(shù)中心，山東 萊蕪271105）

1 前 言

耐大氣腐蝕用鋼主要用于制造鐵道車輛、集裝箱、石油井架以及工程機械、電站鍋爐等要求耐大氣腐蝕性能的結(jié)構(gòu)件，其中鐵道車輛行業(yè)是耐大氣腐蝕用鋼最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。鐵道貨車在運行過程中不斷受到動載荷磨損和大氣環(huán)境腐蝕，惡劣的應(yīng)用環(huán)境，要求所采用的鋼材必須具有高耐大氣腐蝕性能。隨著我國鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，近幾年我國鐵道車輛用鋼需求也保持較快速度的增長。山鋼股份萊蕪分公司適應(yīng)市場需求，充分利用1 500 mm寬帶鋼生產(chǎn)線現(xiàn)有的設(shè)備和生產(chǎn)工藝條件，采用中低碳鋼中復(fù)合添加Cr、Ni、P、Cu的合理成分設(shè)計，開發(fā)了09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕熱軋鋼帶。從2016年12月開始，山鋼股份萊蕪分公司1 500 mm熱軋寬帶生產(chǎn)線已生產(chǎn)09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕熱軋鋼帶1 800 t以上，產(chǎn)品成材率達到98.75%。產(chǎn)品鋼材耐大氣腐蝕性能良好，表面質(zhì)量、耐低溫沖擊性能和焊接性能指標優(yōu)異，較好地滿足了鐵道車輛用鋼的訂貨技術(shù)條件。

2 生產(chǎn)工藝

09CuPCrNi-A鋼化學(xué)成分、力學(xué)和工藝性能執(zhí)行國家鐵道行業(yè)標準TB/T 1979—2003《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼訂貨技術(shù)條件》。山鋼股份萊蕪分公司09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕熱軋鋼帶的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理—120 t轉(zhuǎn)爐冶煉—LF精煉—2#/3#機板坯連鑄—1 500 mm寬帶成材。

2.1 鐵水預(yù)處理

在鐵水罐中噴吹鈍化鎂粒進行鐵水預(yù)脫硫處理，鐵水中硫控制在0.020%以下，入爐鐵水溫度控制在1 250～1 320℃之間。

2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉

注意轉(zhuǎn)爐冶煉過程中加料和控制槍位的時機，終點前3 min加完造渣料，終點控制：C≤0.05%，S≤0.020%，O≤650×10-6。轉(zhuǎn)爐出鋼前先在鋼包底加入合成渣進行渣洗，出鋼過程采用錳鐵、鋁粒、鋼芯鋁、鋁錳鈦等進行脫氧合金化。

2.3 LF精煉

LF精煉采用白渣法操作。為了提高鋼水潔凈度，保證鋼水具有優(yōu)良的澆鑄性能，改善鋼水質(zhì)量，根據(jù)鋼中鋁含量向鋼水中喂入150～200 m鈣鐵線進行鈣化處理；喂線后軟吹氬攪拌、鎮(zhèn)靜時間不低于12 min。

2.4 板坯連鑄

連鑄過程全程保護澆注，結(jié)晶器內(nèi)采用耐大氣腐蝕用鋼專用保護渣。該鋼種在澆鑄過程中易發(fā)生漏鋼事故，其原因為鋼中含有大量的Cu元素，結(jié)晶器銅板與坯殼有一定的親合力，結(jié)晶器銅板容易與坯殼發(fā)生粘連，導(dǎo)致粘結(jié)漏鋼，且鋼中的Cu元素會使鑄坯表面產(chǎn)生微裂紋，在拉速較高的情況下會造成裂紋性漏鋼。該鋼種合金元素含量較高，凝固過程鋼坯收縮率較大，在結(jié)晶器內(nèi)壁與坯殼之間易形成氣隙，阻礙坯殼傳熱，使坯殼變薄，也會造成漏鋼事故發(fā)生。因此在開澆和更換下水口時須嚴格對中，避免偏流現(xiàn)象發(fā)生，拉速于澆鑄過程穩(wěn)定期控制在1.15～1.25 m/min，保護渣變性時須及時換渣，并提高結(jié)晶器進水溫度，結(jié)晶器冷卻和二次冷卻采用強冷，結(jié)晶器冷卻水流量為200～260 t/h，二次冷卻比水量為0.8～1.3 m3/t。鑄坯進行緩冷。

2.5 熱連軋機組軋制

該鋼種加熱過程中易發(fā)生“銅脆”現(xiàn)象，即加熱時鑄坯表面易產(chǎn)生龜裂而造成成品板卷邊裂。因此加熱必須堅持“高溫快燒”原則，保證鑄坯在中性或還原性氣氛下加熱，快速升溫，提高加熱段溫度，防止過度氧化，減少Cu在晶界和鑄坯表面的富集，避免鋼在軋制過程中發(fā)生邊裂，并適當降低均熱溫度。在熱裝熱送條件下板坯加熱時間100～130 min，在冷裝條件下板坯加熱時間120～150 min，板坯的出爐溫度控制為1 180～1 240℃。軋制采用四輥可逆軋機進行5道次初軋，精軋為六連軋機組。根據(jù)不同的成品厚度規(guī)格，中間坯厚度為30～35 mm。開軋溫度1 180～1 240℃，粗軋末道次溫度1 020～1 080℃，精軋終軋溫度850～890℃，層流冷卻采取前段全程冷卻方式，卷取溫度560～600℃。

3 產(chǎn)品實物質(zhì)量分析

3.1 化學(xué)成分控制

統(tǒng)計16爐09CuPCrNi-A鋼的化學(xué)成分，結(jié)果見表1。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，通過轉(zhuǎn)爐終點控制，減少補吹次數(shù)，降低鋼中氧含量，提高合金元素的收得率，穩(wěn)定了鋼水的化學(xué)成分，滿足用戶要求。

表1 09CuPCrNi-A鋼化學(xué)成分 %

3.2 力學(xué)性能

09CuPCrNi-A鋼產(chǎn)品厚度規(guī)格為3～5 mm，統(tǒng)計16爐鋼的力學(xué)性能，結(jié)果見表2。可以看出鋼材抗拉強度、屈服強度及斷后伸長率均波動范圍小，鋼材的力學(xué)性能比較穩(wěn)定，材料的屈強比較低，具有較好的成型性能，加工硬化率高，使用性能優(yōu)異。

表2 09CuPCrNi-A鋼力學(xué)性能

3.3 沖擊性能

本次產(chǎn)品厚度規(guī)格為3～5 mm，按標準要求，當鋼材厚度＜6 mm時可以不做低溫沖擊性能，但為保證產(chǎn)品質(zhì)量，試軋了1支10 mm×1 250 mm規(guī)格產(chǎn)品，檢測表明，-40℃耐低溫沖擊性能AkV為98 J。而標準要求產(chǎn)品厚度≥6 mm-40℃AkV≥24 J。結(jié)果表明該批次產(chǎn)品耐低溫沖擊性能遠遠超出了鐵道車輛用鋼的訂貨技術(shù)條件。

3.4 耐大氣腐蝕試驗

試驗采用DW-UD-3型干濕復(fù)合循環(huán)試驗裝置模擬大氣腐蝕環(huán)境進行。試樣尺寸為100 mm×50 mm，試驗過程采用浸漬—濕潤—干燥3個過程循環(huán)往復(fù)來模擬工業(yè)大氣腐蝕環(huán)境，每個循環(huán)20 min，浸漬液采用 0.05 mol/L NaCl和 0.01 mol/L NaHSO3混合溶液，試驗連續(xù)進行72 h。各個階段耐大氣腐蝕性能測試結(jié)果見表3，表明山鋼股份萊蕪分公司生產(chǎn)的09CuPCrNi-A鋼具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能。

表3 09CuPCrNi-A鋼耐大氣腐蝕性能

3.5 金相組織

09CuPCrNi-A鋼金相組織如圖1所示，其基體組織為珠光體和鐵素體，有少量貝氏體，晶粒細小、均勻，晶粒度11～12級。

圖1 09CuPCrNi-A鋼金相組織

4 結(jié)語

山鋼股份萊蕪分公司開發(fā)生產(chǎn)的09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕熱軋鋼帶屈服強度395 MPa，抗拉強度548 MPa，斷后伸長率 31%，-40℃的低溫沖擊吸收功98 J，同時具有良好的耐大氣腐蝕性能，相對腐蝕速率低于45%。生產(chǎn)的該鋼種化學(xué)成分穩(wěn)定可靠，表面質(zhì)量及板形良好，同時在成型以及焊接過程中未發(fā)現(xiàn)起皮、裂紋等質(zhì)量缺陷。較高的力學(xué)性能、出色的焊接性能以及優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能表明山鋼股份萊蕪分公司生產(chǎn)的09CuPCrNi-A鋼完全能滿足鐵道車輛用鋼的訂貨技術(shù)條件。