集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的成分設(shè)計(jì)和性能分析

王剛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的成分設(shè)計(jì)和性能分析

王剛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003）

介紹了集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的化學(xué)成分，分析了其性能。規(guī)模化生產(chǎn)結(jié)果表明，該熱軋鋼帶化學(xué)成分設(shè)計(jì)合理，力學(xué)性能穩(wěn)定，成型性能和耐大氣腐蝕性能優(yōu)異。

集裝箱耐候熱軋鋼帶化學(xué)成分性能

隨著世界經(jīng)濟(jì)與國(guó)際貿(mào)易的穩(wěn)步增長(zhǎng)，集裝箱運(yùn)輸量急劇上升，集裝箱制造業(yè)迅速發(fā)展，其產(chǎn)地由美國(guó)轉(zhuǎn)向了歐洲、日本和韓國(guó)。集裝箱制造業(yè)是一種勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，隨著這些國(guó)家勞動(dòng)力成本的不斷增加，集裝箱產(chǎn)地又發(fā)生了新的變化，逐漸向其他國(guó)家和地區(qū)轉(zhuǎn)移。我國(guó)集裝箱工業(yè)抓住了國(guó)際上勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向勞動(dòng)力成本低的發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移的契機(jī)，生產(chǎn)得以迅速發(fā)展，自20世紀(jì)80年代初期引入集裝箱生產(chǎn)技術(shù)以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展成為世界上最大的集裝箱生產(chǎn)國(guó)，集裝箱產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的90%以上。

由于市場(chǎng)容量較大，各大鋼鐵企業(yè)均把集裝箱板列為重要的熱連軋品種鋼，不斷加大開發(fā)力度。山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱太鋼）1 549 mm熱連軋機(jī)是1992年從日本引進(jìn)的二手設(shè)備，2002年進(jìn)行了徹底改造，增加了先進(jìn)的寬度自動(dòng)控制（AWC）系統(tǒng)，使鋼帶寬度控制精度進(jìn)一步提高［1］。2006年6月太鋼新建2 250 mm熱連軋生產(chǎn)線投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能400萬(wàn)t，其中不銹鋼200萬(wàn)t，是目前全球不銹鋼產(chǎn)能最大的熱連軋生產(chǎn)線［2］。依托上述設(shè)備優(yōu)勢(shì)，太鋼實(shí)現(xiàn)了集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的高質(zhì)量、規(guī)模化生產(chǎn)。

1 集裝箱化學(xué)成分的設(shè)計(jì)

承載貨物后的集裝箱要在運(yùn)輸或貯存過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間保持堆碼狀態(tài)，對(duì)集裝箱用熱軋鋼帶力學(xué)性能的要求較為嚴(yán)格，除應(yīng)使鋼材本身強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)條件規(guī)定外，還要求強(qiáng)度穩(wěn)定，波動(dòng)范圍小。集裝箱制造廠將熱軋鋼帶開平后，要通過(guò)彎曲、沖壓等工序?qū)⒍ǔ咪摪寮庸こ闪悴考涑尚褪羌b箱制造過(guò)程中最主要的工序之一，因此，要求相應(yīng)熱軋鋼帶必須具有良好的成型性能。集裝箱多數(shù)情況下在港口、碼頭露天貯存或在海洋中運(yùn)輸，要經(jīng)受潮濕的海洋大氣腐蝕，耐大氣腐蝕性能是對(duì)集裝箱用熱軋鋼帶性能的基本要求。鋼材的化學(xué)成分是決定其性能的最主要的因素之一，為滿足集裝箱的各項(xiàng)性能要求，必須對(duì)所用熱軋鋼帶的化學(xué)成分進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。太鋼集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的牌號(hào)和化學(xué)成分見表1。

表1 太鋼集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶牌號(hào)和化學(xué)成分%

C在鋼中形成間隙固溶體，具有顯著的固溶強(qiáng)化效應(yīng)，隨著C含量的提高，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增加，但塑性和成型性能卻明顯下降。為了使集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶的力學(xué)性能和成型性能匹配良好，限定w(C)不得高于0.015%。

Si固溶于Fe中形成置換固溶體，其固溶強(qiáng)化能力僅次于P，可有效提高鋼的強(qiáng)度，但同時(shí)也在一定程度上降低鋼的塑性和成型性能，故限定w(Si)為0.30%～0.80%。

Mn在鋼中與Fe互溶形成置換固溶體，其固溶強(qiáng)化能力低于P和Si，Mn和固溶C共存會(huì)降低鋼的成型性能。Mn是良好的脫硫劑，能夠減弱或消除因S引起的鋼的熱脆性，改善鋼的熱加工性能。將w(Mn)限定在0.30%～0.60%。

與其他元素相比，P是固溶強(qiáng)化鐵素體能力最強(qiáng)的元素，隨著P含量的提高，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著增加，但塑性和成型性能卻明顯下降。P能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，若與Cu或Cr或同時(shí)與Cu、Cr配合使用則效果更佳。綜合考慮集裝箱的性能要求以及P在鋼中的作用，將w(P)限定在0.080%～0.150%。

S易使鋼產(chǎn)生熱脆性，嚴(yán)重惡化鋼的熱加工性能。S在鐵素體中的溶解度很低，在鋼中多以硫化物夾雜的形式存在，這些夾雜物會(huì)降低鋼的塑性和韌性并導(dǎo)致成品熱軋鋼帶表面和內(nèi)在缺陷，是使鋼板在冷成型過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的重要原因之一。S對(duì)鋼的耐蝕性十分有害，鋼中的硫化物可成為鐵銹的發(fā)源地。因此，限定w(S)不得高于0.030%。

Cu、Cr、Ni元素在鋼中可起到不同程度的固溶強(qiáng)化作用，其中Ni還可改善鋼的低溫沖擊韌性，但在集裝箱用高耐候性熱軋鋼帶中加入這些元素的主要目的卻在于賦予熱軋鋼帶優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。

Cu是耐蝕作用最為突出的合金元素，它之所以具有這樣的作用，一般認(rèn)為是Cu在鋼中起著活性陰極的作用，可促進(jìn)鋼產(chǎn)生陽(yáng)極鈍化，從而降低鋼的大氣腐蝕速率；另一種說(shuō)法認(rèn)為，Cu在銹層中的富集能夠改善銹層的保護(hù)性能，從而提高鋼的耐大氣腐蝕性能［3］。但如果Cu含量太高，則易使熱軋鋼帶表面產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋缺陷。因此，限定本鋼種Cu含量范圍為0.35%～0.65%。

Cr是提高鋼耐大氣腐蝕性能的主要合金元素之一，在低合金高強(qiáng)度鋼中，Cr在Cu和（或）P的配合下會(huì)表現(xiàn)出更為明顯的耐大氣腐蝕效果。Cr含量太高時(shí)易增強(qiáng)鋼的淬透性，降低其塑性和成型性能。將w(Cr)限定在0.40%～1.30%。

Ni是提高鋼耐大氣腐蝕性能的元素，它對(duì)鋼耐大氣腐蝕性能的改善作用隨其含量的提高而增強(qiáng)。綜合考慮本鋼種耐大氣腐蝕性能要求和生產(chǎn)成本，確定其w(Ni)為0.30%～0.60%。

2 集裝箱力學(xué)性能和成型性能

工業(yè)化生產(chǎn)的623批TQ400GNH高耐候性熱軋鋼帶橫向力學(xué)性能、成型性能與技術(shù)條件的對(duì)比見表2。由表2可以看出，TQ400GNH熱軋鋼帶的屈服強(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm和延伸率A均滿足技術(shù)條件要求且裕量較大，180。d=a冷彎試驗(yàn)結(jié)果全部完好，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了180。d=0冷彎試驗(yàn)，結(jié)果也全部完好，這表明TQ400GNH熱軋鋼帶具有優(yōu)異的成型性能。

抽取3卷TQ400GNH熱軋鋼帶，在尾部取縱、橫向試樣并檢驗(yàn)了其力學(xué)性能，結(jié)果見表3。由表3可以看出，TQ400GNH熱軋鋼帶縱橫向力學(xué)性能的差別不大，Rel、Rm和A的縱橫向波動(dòng)范圍分別為5～20 MPa、5～15 MPa和1%～2%。

表2 TQ400GNH高耐候性熱軋鋼帶橫向力學(xué)性能和成型性能統(tǒng)計(jì)情況

表3 TQ400GNH熱軋鋼帶的縱橫向力學(xué)性能

在用戶處抽取1卷太鋼生產(chǎn)的TQ400GNH熱軋鋼帶，從頭、中、尾三個(gè)位置取橫向試樣并檢驗(yàn)其力學(xué)性能見表4。由表4可知，Q400GNH熱軋鋼帶頭、中、尾三處Rel、Rm、A的波動(dòng)范圍分別在20 MPa、10 MPa和1%以內(nèi)，整卷鋼帶力學(xué)性能較為穩(wěn)定。

表4 TQ400GNH熱軋鋼帶頭、中、尾力學(xué)性能

3 集裝箱耐大氣腐蝕性能

取典型TQ400GNH、SPA-H和Q345A試樣，進(jìn)行了周期浸潤(rùn)腐蝕對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見第75頁(yè)表5，試驗(yàn)結(jié)果見第75頁(yè)表6。由表6可知，對(duì)比試樣Q345A的腐蝕速率為100%時(shí)，TQ400GNH和SPA-H的相對(duì)腐蝕速率分別為40.9%和46.2%，其相對(duì)耐蝕率分別為Q345A試樣的2.45倍和2.16倍。因此，TQ400GNH和SPA-H的耐周期浸潤(rùn)腐蝕性能優(yōu)于Q345A，而TQ400GNH又優(yōu)于SPA-H。

4 結(jié)論

（1）按照“低C、低S以及Si、Mn、P、Cu、Cr、Ni元素適量組合”的原則設(shè)計(jì)出了集裝箱用TQ400GNH高耐候性熱軋鋼帶的化學(xué)成分，其主要元素含量范圍為w(C)≤0.15%，w(Si)為0.30%～0.80%，w(Mn)為0.30%～0.60%，w(P)為0.080%～0.150%，w(S)≤0.030%，w(Cu)為0.35%～0.65%，w(Cr)為0.40%～1.30%，w(Ni)為0.30%～0.60%。

表5 周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)條件

（2）TQ400GNH高耐候性熱軋鋼帶力學(xué)性能穩(wěn)定，具有優(yōu)異的成型性能和耐大氣腐蝕性能。

表6 周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

［1］王剛.太鋼1 549 mm熱連軋機(jī)寬度控制系統(tǒng)的改造［J］.山西冶金，2003（4）:38.

［2］王剛.熱卷箱在2250熱連軋不銹鋼帶生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.特殊鋼，2010，31（6）:47.

［3］王祖濱，東濤.低合金高強(qiáng)度鋼［M］.北京：原子能出版社，1996：201.

（編輯：苗運(yùn)平）

Abstract:The chemical compositions of high weathering hot strips for containers were introduzed and properties were analyzed in this paper.The production on a large scale indicated that the designing of the chemical compositions was rational,the mechanical properties of the strips were stably controlled,and formability and weathering resistance of the strips were excellent.

Key words:container，weathering resistance，hot strip，chemical compositions，property

Chemical Compositions and Properties of High Weathering Hot Strips for Containers

WANG Gang
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.，Taiyuan 030003，China）

TG333.7+1

A

2011－01－14

1672-1152（2011）01-0060-02

王剛（1969-），男，現(xiàn)在山西太鋼不銹鋼股份有限公司制造部工作，高級(jí)工程師。Tel：0351-3012393，E-mail：wanggang@tisco.com.cn