CSP流程耐候鋼SPA-H成分優化及性能分析

趙海山，張振海，郭 銳，何 博，鮑 磊

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

全球90%以上的集裝箱產自我國，近兩年進出口用的集裝箱數據增加明顯，生產集裝箱用熱軋耐候鋼市場行情較好[1-2]。生產集裝箱使用的耐候鋼主要有SPA-H、Q355NH等，規格以1.6～6.0 mm熱軋板為主。為保證集裝箱用鋼板具有良好的機械性能和耐腐蝕性能等，在熱軋板生產過程中添加一定量的Cu、Ni、P、Cr等合金元素，其中Ni元素是最昂貴的合金[3-5]。由于集裝箱用耐候鋼板合金含量高，鑄坯溫降大，熱軋規格薄等原因，常出現冷彎開裂等問題[6-8]。我廠CSP產線主要生產耐候鋼品種為SPA-H，年熱卷產量在10萬噸以上，占CSP產線總產量比例為10%左右。CSP產線SPA-H熱卷以薄規格為主，厚度≤2.0 mm熱卷產量占比為70%左右。

為提高產品市場競爭力，在滿足連鑄生產穩定和產品力學性能的前提下，研究了使用增Ti成分設計思路，降低耐候鋼SPA-H中Ni含量的可行性，實現質量提升和降本增效目的。經過CSP流程耐候鋼SPA-H工藝優化及性能分析，成功試制出的低成本耐候鋼SPA-H產品，在下游集裝箱行業進行試用評價，產品性能滿足客戶要求。

1 試驗方法

CSP產線生產耐候鋼SPA-H成本優化存在一系列工藝技術難點。鋼區存在的主要問題有鑄坯縱裂紋缺陷，嚴重時會造成漏鋼事故，為確保鑄機開澆正常，SPA-H鋼成分設計按照鎳≥0.10%組產。通過開展工藝成分優化試驗，取消耐候鋼SPA-H鋼中的Ni元素，采用Ti元素替代，對鑄機澆鑄穩定性和鑄坯質量的影響進行跟蹤和驗證，確保成品性能滿足技術標準要求。

軋制方面的難點主要是新的成分體系與目前的體系差異大，而成分優化后的耐候鋼SPA-H的生產又必須在澆次的末期進行工業試驗，混軋對軋制的穩定性有較大的影響。在充分調查耐候鋼SPA-H生產控制難度的基礎上，對成分和工藝進行優化。

1.1 成分設計

為降低集裝箱用耐候鋼SPA-H生產成本，確定耐候鋼SPA-H成分見表1。

表1 耐候鋼SPA-H成分目標設計 單位：%

1.2 工藝流程設計

CSP流程耐候鋼SPA-H開發工藝流程：鐵水預處理→轉爐→LF精煉→CSP連鑄→均熱→CSP熱軋→用戶試用測評。

2 結果分析及討論

2.1 化學成分

根據成分優化前后的方案開展工業化試驗，進行光譜、氧氮分析測試，成分控制結果見表2。試驗爐次的Ni含量降低至0.02%，相比優化前Ni含量降低0.09%，Ti含量增加到0.033%，相比優化前Ti含量增加0.029%。經成分優化后噸鋼降本在80元以上，可有效降低耐候鋼SPA-H生產成本。

表2 耐候鋼SPA-H化學成分 單位：%

2.2 力學性能

成分優化前后耐候鋼SPA-H熱卷生產力學檢驗結果見表3。通過低Ni高Ti的成分設計，生產的耐候鋼SPA-H抗拉強度、屈服強度和延伸率等力學性能指標基本一致，滿足技術標準要求。耐候鋼SPA-H成分中Ni含量的減少會降低鋼板的抗拉強度和屈服強度，Ti含量的增加，有效形成細小的TiN夾雜，在生產過程中起到細化晶粒作用，提高鋼板的力學性能，優化成分達到降低生產成本、不降低產品質量的目的。

表3 耐候鋼SPA-H力學性能

2.3 表面質量

2.3.1 鑄坯表面質量

對耐候鋼SPA-H成分優化前后的鑄坯進行角部裂紋驗證，結果見表4和圖1。鑄坯窄部(N)和寬部(B)裂紋長度測試結果基本一致，均在2 mm以內，成分優化后鑄坯裂紋長度控制略優，均滿足技術標準和生產要求。

表4 板坯角部酸洗驗證結果

3838(成分優化前)

3838(成分優化后)圖1 耐候鋼SPA-H板坯角部驗證

2.3.2 熱卷表面質量

成分優化前后生產的耐候鋼SPA-H熱卷表面酸洗后質量見圖2。熱卷質量表面酸洗后質量控制良好，表面無明顯裂紋、劃傷等缺陷，滿足技術標準控制要求。

3838(成分優化前)

3838(成分優化后)圖2 耐候鋼SPA-H熱卷酸洗后表面照片

2.4 冷彎性能

成分優化前后耐候鋼SPA-H熱軋板進行冷彎檢驗，結果見圖3。采用冷彎2a和0a測試，成分優化前后冷彎部位均無裂紋，測試結果均滿足技術標準要求。

3838(成分優化前，d=2a)

3838(成分優化后，d=0a)

3839(成分優化前，d=2a)

3839(成分優化后，d=0a)圖3 耐候鋼SPA-H冷彎測試結果

高Ni低Ti

低Ni高Ti(試驗鋼)圖4 試驗鋼腐蝕實驗前表面質量

2.5 耐腐蝕性能

腐蝕試驗采用型號為ZJFS-700的周期浸潤腐蝕試驗箱，腐蝕形貌觀察采用型號為FEI Quanta 450的掃描電鏡，銹層腐蝕產物分析采用型號為GENESIS XM2的能譜儀。周期浸潤腐蝕試樣采用尺寸為40 mm×60 mm×4 mm的掛片試樣，銹層微觀形貌觀察的試樣為15 mm×15 mm×厚度的金相試樣，試樣表面經磨床加工(Ra=0.25 μm)。

腐蝕試驗參數：腐蝕液溫度45±2 ℃、箱內環境溫度45±2 ℃，環境相對濕度70%±5%R.H.，腐蝕液為0.01 mol/L的亞硫氫鈉溶液，補給液為0.02 mol/L的亞硫酸氫鈉溶液；試驗時間：72 h，每1循環周期60±3 min，其中試樣在腐蝕液中浸潤時間12±1.5 min。腐蝕產物的去除按照GB/T 16545-2015 《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》進行。

腐蝕失重率(W)按下式進行計算：

式中：W-失重率，g/(m2·h)；G0-試樣原始重量，g；G1-試樣試后重量，g；a-試樣長度，mm；b-試樣寬度，mm；c-試樣厚度，mm；t-試驗時間，h。

相對腐蝕率=W試驗鋼/WSPA-H×100%。

成分優化前后耐候鋼SPA-H熱軋板進行耐腐蝕檢驗，結果見圖5。成分優化前腐蝕率為42.66%，成分優化后腐蝕率為42.78%，成分優化對耐候鋼的腐蝕性能幾乎沒有影響，滿足用戶使用要求。

高Ni低Ti 低Ni高Ti(試驗鋼)圖5 試驗鋼腐蝕速率及腐蝕實驗后表面質量

2.6 顯微形貌觀察

成分優化前后耐候鋼SPA-H熱卷邊部進行顯微形貌觀察，測試結果見圖6。經50倍放大后，耐候鋼SPA-H熱軋板質量控制良好，邊部無細小裂紋，成分調整對熱板邊部質量控制無明顯影響。

3838(成分優化前，50×) 3839(成分優化后第1卷，50×)

3839(成分優化后第3卷，50×) 3839(成分優化后第5卷，50×)圖6 成分優化前后熱卷邊部顯微形貌

3 結論

(1)成分優化前后，耐候鋼SPA-H鑄坯質量、熱卷力學性能、端部表面質量良好，酸洗后表面質量良好，冷彎性能達到0級、耐腐蝕性能和顯微形貌等控制良好，滿足技術標準和用戶使用要求；

(2)成分優化后，耐候鋼SPA-H噸鋼成本降低80元以上，年降本量達到800 萬元，滿足耐候鋼降本增效的要求，增加產品市場競爭力。