09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼開發生產實踐

王孝科

（山鋼股份萊蕪分公司 技術中心，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構件，其中鐵道車輛行業是耐大氣腐蝕用鋼最重要的應用領域之一。鐵道貨車在運行過程中不斷受到動載荷磨損和大氣環境腐蝕，惡劣的應用環境，要求所采用的鋼材必須具有高耐大氣腐蝕性能。隨著我國鐵路運輸的快速發展，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市場需求，充分利用1 500 mm寬帶鋼生產線現有的設備和生產工藝條件，采用中低碳鋼中復合添加Cr、Ni、P、Cu的合理成分設計，開發了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熱軋寬帶生產線已生產09CuPCrNi-A鐵道車輛用耐大氣腐蝕熱軋鋼帶1 800 t以上，產品成材率達到98.75%。產品鋼材耐大氣腐蝕性能良好，表面質量、耐低溫沖擊性能和焊接性能指標優異，較好地滿足了鐵道車輛用鋼的訂貨技術條件。

2 生產工藝

09CuPCrNi-A鋼化學成分、力學和工藝性能執行國家鐵道行業標準TB/T 1979—2003《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼訂貨技術條件》。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工藝流程為：鐵水預處理—120 t轉爐冶煉—LF精煉—2#/3#機板坯連鑄—1 500 mm寬帶成材。

2.1 鐵水預處理

在鐵水罐中噴吹鈍化鎂粒進行鐵水預脫硫處理，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 轉爐冶煉

注意轉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，保證鋼水具有優良的澆鑄性能，改善鋼水質量，根據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，結晶器內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生漏鋼事故，其原因為鋼中含有大量的Cu元素，結晶器銅板與坯殼有一定的親合力，結晶器銅板容易與坯殼發生粘連，導致粘結漏鋼，且鋼中的Cu元素會使鑄坯表面產生微裂紋，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，在結晶器內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生。因此在開澆和更換下水口時須嚴格對中，避免偏流現象發生，拉速于澆鑄過程穩定期控制在1.15～1.25 m/min，保護渣變性時須及時換渣，并提高結晶器進水溫度，結晶器冷卻和二次冷卻采用強冷，結晶器冷卻水流量為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生“銅脆”現象，即加熱時鑄坯表面易產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。根據不同的成品厚度規格，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 產品實物質量分析

3.1 化學成分控制

統計16爐09CuPCrNi-A鋼的化學成分，結果見表1。轉爐冶煉過程中，通過轉爐終點控制，減少補吹次數，降低鋼中氧含量，提高合金元素的收得率，穩定了鋼水的化學成分，滿足用戶要求。

表1 09CuPCrNi-A鋼化學成分 %

3.2 力學性能

09CuPCrNi-A鋼產品厚度規格為3～5 mm，統計16爐鋼的力學性能，結果見表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，鋼材的力學性能比較穩定，材料的屈強比較低，具有較好的成型性能，加工硬化率高，使用性能優異。

表2 09CuPCrNi-A鋼力學性能

3.3 沖擊性能

本次產品厚度規格為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，但為保證產品質量，試軋了1支10 mm×1 250 mm規格產品，檢測表明，-40℃耐低溫沖擊性能AkV為98 J。而標準要求產品厚度≥6 mm-40℃AkV≥24 J。結果表明該批次產品耐低溫沖擊性能遠遠超出了鐵道車輛用鋼的訂貨技術條件。

3.4 耐大氣腐蝕試驗

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

山鋼股份萊蕪分公司開發生產的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%。生產的該鋼種化學成分穩定可靠，表面質量及板形良好，同時在成型以及焊接過程中未發現起皮、裂紋等質量缺陷。較高的力學性能、出色的焊接性能以及優良的耐大氣腐蝕性能表明山鋼股份萊蕪分公司生產的09CuPCrNi-A鋼完全能滿足鐵道車輛用鋼的訂貨技術條件。