本发明属于耐候钢，具体涉及一种高cr耐候钢带及表面质量优异、力学性能稳定的热轧酸洗高cr耐候钢带的生产方法。
背景技术：
1、大气腐蚀是钢铁材料最常见的一种腐蚀形式，钢铁材料暴露在空气中使用时，不可避免的会遇到大气腐蚀的问题。耐候钢具有优异的耐大气腐蚀性能，广泛应用于集装箱、铁道车辆、桥梁、建筑、光伏支架等装备及构件制造，提高服役寿命。
2、cr是耐候钢中最常见的合金元素之一，能有效提高钢材的耐大气腐蚀性能。随着cr含量增加，耐候钢的耐大气腐蚀性能也相应提升。但是高cr含量也显著提高了耐候钢产品的淬透性，由于热轧卷头尾相对于热卷中部冷速快、温度低，高cr耐候钢卷的头部和尾部容易生成贝氏体、马氏体等硬相组织，从而造成热轧卷头尾强度超高、延伸率低，导致热轧卷通卷强度波动较大，影响下游用户使用。且cr含量较高时，在高温阶段cr易与钢基体反应形成粘附性强的氧化物，难以通过热轧除鳞和酸洗去除，酸洗后钢带表面仍然存在局部氧化条带，严重影响热轧酸洗高cr耐候钢带的表面质量，制约高端产品升级。
3、目前现有技术中针对高cr含量耐候钢带，其生产方法可分为热连轧工艺流程和冷轧退火工艺流程两类，无热轧酸洗高cr耐候钢。且目前的生产方法均以控制力学性能、耐腐蚀性能为主，均未关注到高cr含量耐候钢带的表面质量和力学性能稳定性控制。
4、如中国专利cn101376953a、cn102127717a、cn105274446a、cn111349850a中公开的均是采用热连轧工艺流程生产的耐候钢，这些专利中均未关注到高cr含量耐候钢带的表面质量和力学性能的稳定性控制。
5、如中国专利cn112301276a、cn113846269a中均是采用冷轧退火工艺流程生产的耐候钢，这些专利中均未关注到高cr含量耐候钢带的表面质量和力学性能的稳定性控制。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高cr耐候钢带及表面质量优异、力学性能稳定的热轧酸洗高cr耐候钢带的生产方法。通过合金成分、加热工艺、除鳞工艺、冷却工艺和连续酸洗工艺全流程协同设计，解决高cr含量耐候钢带表面氧化条带控制和力学性能稳定性控制难题。
2、本发明采取的技术方案如下：
3、本发明提供了一种高cr耐候钢带，所述高cr耐候钢带包括以下重量百分比的化学成分：mn：0.15％～0.45％、p：0.015％～0.035％、cr：3.50％～5.50％、cu：0.20％～0.40％、sb：0.020％～0.040％、als：0.015％～0.035％、v：0.020％-0.040％、n：0.010％～0.015％，c：≤0.010％、si：≤0.10％、s：≤0.0050％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
4、所述高cr耐候钢带的金相组织均为多边形铁素体。
5、所述高cr耐候钢带的屈服强度370～450mpa，抗拉强度500～590mpa，延伸率28％～35％。
6、本发明还提供了一种表面质量优异、力学性能稳定的热轧酸洗高cr耐候钢带的生产方法，将所述化学成分的高cr耐候钢带的铸坯经热连轧和酸洗工艺生产得到。
7、钢水在冶炼时，精炼采用lf+rh双联工艺，在lf和rh工序分别添加微碳铬铁。
8、所述铸坯生产时，钢水浇铸中包温度控制在1530～1560℃，采用保护渣进行保护浇铸；连铸坯拉速控制在1.0～1.4m/min；所述连铸板坯的厚度为230mm，铸坯切割完成后直接装炉，入加热炉温度≥700℃。
9、所述热连轧工艺中，铸坯在空气过剩系数0.90～0.95的弱还原气氛的加热炉中进行加热，在炉时间100～150min，其中均热时间25-40min，出炉温度1150℃～1220℃。促进合金元素充分固溶，同时避免加热时间过长导致奥氏体晶粒粗化；通过低温快速加热和炉内还原气氛控制，减少加热过程中板坯表面铁基体氧化烧损和液相cu在奥氏体晶界富集。
10、所述热连轧工艺中，铸坯出炉后采用一次高压水除鳞，并在粗轧的每道次轧制前均采用高压水除鳞；精轧入口前采用二次高压水除鳞。
11、进一步地，铸坯出炉后及粗轧的每道次轧制前，除鳞水压力20-25mpa，除鳞水量650-700m3/h，上下喷嘴到板坯距离120-140mm，。
12、进一步地，精轧入口前，除鳞水压力30-35mpa，除鳞水量750-800m3/h，喷嘴高度70-100mm。
13、所述热连轧工艺中，粗轧采用两个机架进行3+3道次轧制；精轧阶段开轧温度≤1030℃，精轧终轧温度为870～910℃。终轧温度过低，在两相区轧制易造成混晶，降低材料的塑韧性，且增加变形抗力，轧制薄规格易发生甩尾；终轧温度过高，相变前奥氏体晶粒粗化，形变位错发生回复，降低材料的强度。
14、精轧结束后立即对高温带钢进行冷却，每间隔一排开启冷却集管，从而延长开启的冷却集管的长度。层流冷却水遇到高温钢带后立即气化，在钢材表面形成一层水蒸汽膜，可减少空气中的氧气与高温钢带接触，避免带钢表面在高温冷却过程中被氧化。
15、所述热连轧工艺中，热卷头部25m范围内卷取温度720-750℃，热卷尾部50m范围内卷取温度700-730℃，热卷其他部位卷取温度620-660℃；为进一步提高热轧卷通卷显微组织和力学性能稳定性，卷取后将热轧卷放入保温坑缓冷，控制冷却速度≤2℃/s，降低热轧卷头部和尾部的冷却速度，避免生成贝氏体硬相组织。
16、所述酸洗工艺中，开卷后进行焊接，然后对带钢进行拉矫，拉矫机延伸率1.2-1.8％，这样可以破碎带钢表面的氧化铁皮，提高酸洗效率。
17、所述酸洗工艺中，所述酸洗工艺中，采用三段超浅槽进行连续酸洗，酸液喷射压力35-50kpa；第一段酸洗槽游离酸浓度25-50g/l，fe2+浓度200-250g/l；第二段酸洗槽游离酸浓度120-160g/l，fe2+浓度120-160g/l；第三段酸洗槽游离酸浓度150-200g/l，fe2+浓度50-100g/l；酸液温度70-80℃，酸洗速度65-80m/min。酸洗速度低导致基体材料在酸液中浸泡时间过长，降低材料成材率和产量，而且酸液中的h原子向钢基体内部扩散，影响产品的性能；酸洗速度过快导致基体材料在酸液中浸泡时间过短，带钢表面部分氧化铁皮未去除，表面质量不佳。
18、酸洗结束后对钢带进行漂洗，去除残留在钢带表面的酸液，漂洗水温度60-80℃。
19、所述酸洗工艺中，漂洗后的带钢进行平整，平整延伸率0.4％-1.0％，成品粗糙度0.6μm-1.0μm，平整后带钢涂油，涂油量0.5g/m2-0.9g/m2，避免带钢表面氧化。
20、本发明提供的高cr耐候钢带中，各化学成分作用及控制如下：
21、c(碳)：c是提高钢材强度最经济的元素，具有显著的间隙固溶强化作用。但是高cr含量耐候钢的淬透性强，易生成贝氏体、马氏体等富c硬相组织，大幅降低材料的塑性，而且恶化钢材的耐大气腐蚀性能和焊接性能。因此，本发明将c含量设计为<0.010％。
22、si(硅)：si是炼钢过程中的重要脱氧元素之一，还能细化腐蚀产物提高耐大气腐蚀性能，但是si含量过高在加热时易与基体发生反应生成与基体粘附性强的fe2sio4，热轧除鳞和酸洗难以完全去除，恶化钢材的表面质量。因此本发明将si作为有害元素，控制其含量＜0.10％。
23、mn(锰)：mn是钢中重要的固溶强化元素之一，也是炼钢过程中的重要脱氧元素。但是mn含量过高不但会提高制造成本，还会扩大奥氏体相区，提高过冷奥氏体稳定性，促进贝氏体、马氏体组织生成。因此，将其含量设计为0.15～0.45％。
24、als(铝)：al是钢中加入的主要脱氧元素，还能与n结合在高温析出aln,细化奥氏体晶粒尺寸。但过高的al会导致钢中氧化物夹杂增加，降低钢材的低耐大气腐蚀性能和抗h2s腐蚀性能。因此，将其含量设计为0.015～0.035％。
25、cr(铬)：cr是提高钢材耐大气腐蚀性能重要的合金元素，高耐候钢通过添加较高含量的cr提高耐大气腐蚀性能。但是cr易与钢基体反应形成粘附性强的氧化物，难以通过热轧除鳞完和酸洗去除，恶化钢材的表面质量和焊接性能，而且显著提高耐候钢的淬透性。因此将cr含量设计为3.5～5.5％。
26、cu(铜)：cu能显著提高材料的耐大气腐蚀性能，与cr复合作用时提高耐大气腐蚀性能效果更佳。但是cu的熔点较低，只有1083℃，含量过高容易导致连铸漏钢，热轧过程中产生边部裂纹和翘皮等表面缺陷，因此将cu含量设计为0.20～0.40％。
27、sb(锑)：工业大气中so2、so3、co2、氮氧化物等含量高，与空气中的水蒸汽反应生成亚硫酸、碳酸、硝酸等酸性介质，附着在钢材表面加剧其腐蚀。sb能显著提高钢材的耐酸性介质腐蚀性能，因此添加适量的sb可进一步提高钢材的耐工业大气腐蚀性能，在酸洗过程中还能减少盐酸对基体材料的腐蚀，提高酸洗成材率。但是sb的熔点较低，其含量过高会恶化钢材的热加工性能和焊接性能。因此，将sb含量设计为0.015～0.040％。
28、v(钒)：v是强碳氮化物形成元素，固溶温度低。在轧制和冷却过程中析出氮化钒、碳氮化钒、碳化钒二相粒子，通过细晶强化和析出强化综合作用提高材料的强度和塑性。本发明为提高高cr含量耐候钢表面质量，采用低温加热工艺，因此采用钒微合金化，将其含量控制在0.020％～0.040％。
29、n(氮)：n能够与钒结合，通过钒氮微合金化促进碳氮化钒二相粒子析出，细化二相粒子尺寸，提高强化效果。本发明中将n作为有益元素加入，但是含量过高，会恶化钢材的韧性和塑性。因此，将其含量控制在0.010～0.015％。
30、p(磷)：p是提高钢材耐大气腐蚀性能最经济的元素之一，还能通过固溶强化提高钢材的强度，然而p容易在晶界偏聚降低钢材的低温韧性，增加焊接裂纹敏感性。因此将p含量控制在0.015～0.035％。
31、s(硫)：s是钢中的有害残余元素，易与mn反应生成mns非金属夹杂，破坏钢基体的连续性，作为腐蚀萌生源产生点蚀，恶化钢材的耐大气腐蚀性能；但是s含量过低，会增加冶炼成本。因此本发明将s含量控制在≤0.0050％。
32、本发明提供的高cr耐候钢带，具有优异表面质量和耐腐蚀性能、力学性能稳定，其要设计思路如下：
33、1)采用高cr含量和cu-sb-p多元合金复合设计，通过合金元素之间的交互作用，促进致密腐蚀产物的形成，增加锈层的钝化能力，提高材料的耐大气腐蚀性能；
34、2)通过板坯直装入炉、快速加热、低加热温度和弱还原气氛控制，减少铸坯表面氧化。通过除鳞水压力、水量、除鳞喷嘴与板坯的间距等控制提高除鳞效果，去除带钢表面氧化铁皮；进一步通过层流冷却水的布置，减弱钢带在精轧后冷却过程中的氧化。
35、3)通过拉矫破鳞、酸液浓度和温度、酸洗速度等酸洗工艺控制，去除带钢表面氧化铁皮，提高表面质量。
36、4)根据高cr含量耐候钢高淬透性特性，采用超低c和低mn设计，结合其相变特性采用分段冷却提高热轧卷头部和尾部的卷取温度，同时对钢卷采用保温坑缓冷，控制冷却速度≤2℃/s，使得热轧卷通卷均为单一的铁素体组织，从而提高力学性能稳定性。
37、5)基于本发明低加热温度和超低c、低mn的化学成分特点，进一步采用钒氮微合金化提高材料的强度。
38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
39、1.本发明钢带通卷均为单一铁素体组织，力学性能稳定，屈服强度370～450mpa，抗拉强度500～590mpa，延伸率28％～35％，具有优异的塑性。
40、2.本发明钢带采用高cr-cu-sb-p多元合金复合设计，具有优异的耐大气腐蚀性能，相对q345b腐蚀率<25％，尤其适用于工业大气环境下装备及构件制造，提高服役寿命。
41、3.本发明通过化学成分、热连轧工艺和酸洗工艺全流程设计，酸洗钢带具有优异的表面质量，解决高cr酸洗耐候钢带表面氧化条带难题。
1.一种高cr耐候钢带，其特征在于，所述高cr耐候钢带包括以下重量百分比的化学成分：mn：0.15％～0.45％、p：0.015％～0.035％、cr：3.50％～5.50％、cu：0.20％～0.40％、sb：0.020％～0.040％、als：0.015％～0.035％、v：0.020％-0.040％、n：0.010％～0.015％，c：≤0.010％、si：≤0.10％、s：≤0.0050％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高cr耐候钢带，其特征在于，所述高cr耐候钢带的金相组织为多边形铁素体。
3.根据权利要求1所述的高cr耐候钢带，其特征在于，所述高cr耐候钢带的屈服强度370～450mpa，抗拉强度500～590mpa，延伸率28％～35％。
4.一种表面质量优异、力学性能稳定的热轧酸洗高cr耐候钢带的生产方法，其特征在于，将如权利要求1所述的化学成分的高cr耐候钢带的铸坯经热连轧和酸洗工艺生产得到。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热连轧工艺中，铸坯在空气过剩系数0.90～0.95的弱还原气氛的加热炉中进行加热，在炉时间100～150min，其中均热时间25-40min，出炉温度1150℃～1220℃。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热连轧工艺中，铸坯出炉后采用一次高压水除鳞，并在粗轧的每道次轧制前均采用高压水除鳞；精轧入口前采用二次高压水除鳞。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，铸坯出炉后及粗轧的每道次轧制前，除鳞水压力20-25mpa，除鳞水量650-700m3/h，上下喷嘴到板坯距离120-140mm，。
8.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，精轧入口前，除鳞水压力30-35mpa，除鳞水量750-800m3/h，喷嘴高度70-100mm。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热连轧工艺中，粗轧采用两个机架进行3+3道次轧制；精轧阶段开轧温度≤1030℃，精轧终轧温度为870～910℃。
10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热连轧工艺中，精轧后立即进行层流冷却，每间隔一排开启冷却集管。
11.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热连轧工艺中，热卷头部25m范围内卷取温度720-750℃，热卷尾部50m范围内卷取温度700-730℃，热卷其他部位卷取温度620-660℃；卷取后将热轧卷放入保温坑缓冷，控制冷却速度≤2℃/s。
12.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗工艺中，开卷后进行焊接，然后对带钢进行拉矫，拉矫机延伸率1.2-1.8％。
13.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗工艺中，所述酸洗工艺中，采用三段超浅槽进行连续酸洗，酸液喷射压力35-50kpa；第一段酸洗槽游离酸浓度25-50g/l，fe2+浓度200-250g/l；第二段酸洗槽游离酸浓度120-160g/l，fe2+浓度120-160g/l；第三段酸洗槽游离酸浓度150-200g/l，fe2+浓度50-100g/l；酸液温度70-80℃，酸洗速度65-80m/min。
14.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗工艺中，漂洗后的带钢进行平整，平整延伸率0.4％-1.0％，平整后带钢涂油。
