CSP流程耐候钢SPA-H成分优化及性能分析

赵海山，张振海，郭 锐，何 博，鲍 磊

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000)

全球90%以上的集装箱产自我国，近两年进出口用的集装箱数据增加明显，生产集装箱用热轧耐候钢市场行情较好[1-2]。生产集装箱使用的耐候钢主要有SPA-H、Q355NH等，规格以1.6～6.0 mm热轧板为主。为保证集装箱用钢板具有良好的机械性能和耐腐蚀性能等，在热轧板生产过程中添加一定量的Cu、Ni、P、Cr等合金元素，其中Ni元素是最昂贵的合金[3-5]。由于集装箱用耐候钢板合金含量高，铸坯温降大，热轧规格薄等原因，常出现冷弯开裂等问题[6-8]。我厂CSP产线主要生产耐候钢品种为SPA-H，年热卷产量在10万吨以上，占CSP产线总产量比例为10%左右。CSP产线SPA-H热卷以薄规格为主，厚度≤2.0 mm热卷产量占比为70%左右。

为提高产品市场竞争力，在满足连铸生产稳定和产品力学性能的前提下，研究了使用增Ti成分设计思路，降低耐候钢SPA-H中Ni含量的可行性，实现质量提升和降本增效目的。经过CSP流程耐候钢SPA-H工艺优化及性能分析，成功试制出的低成本耐候钢SPA-H产品，在下游集装箱行业进行试用评价，产品性能满足客户要求。

1 试验方法

CSP产线生产耐候钢SPA-H成本优化存在一系列工艺技术难点。钢区存在的主要问题有铸坯纵裂纹缺陷，严重时会造成漏钢事故，为确保铸机开浇正常，SPA-H钢成分设计按照镍≥0.10%组产。通过开展工艺成分优化试验，取消耐候钢SPA-H钢中的Ni元素，采用Ti元素替代，对铸机浇铸稳定性和铸坯质量的影响进行跟踪和验证，确保成品性能满足技术标准要求。

轧制方面的难点主要是新的成分体系与目前的体系差异大，而成分优化后的耐候钢SPA-H的生产又必须在浇次的末期进行工业试验，混轧对轧制的稳定性有较大的影响。在充分调查耐候钢SPA-H生产控制难度的基础上，对成分和工艺进行优化。

1.1 成分设计

为降低集装箱用耐候钢SPA-H生产成本，确定耐候钢SPA-H成分见表1。

表1 耐候钢SPA-H成分目标设计 单位：%

1.2 工艺流程设计

CSP流程耐候钢SPA-H开发工艺流程：铁水预处理→转炉→LF精炼→CSP连铸→均热→CSP热轧→用户试用测评。

2 结果分析及讨论

2.1 化学成分

根据成分优化前后的方案开展工业化试验，进行光谱、氧氮分析测试，成分控制结果见表2。试验炉次的Ni含量降低至0.02%，相比优化前Ni含量降低0.09%，Ti含量增加到0.033%，相比优化前Ti含量增加0.029%。经成分优化后吨钢降本在80元以上，可有效降低耐候钢SPA-H生产成本。

表2 耐候钢SPA-H化学成分 单位：%

2.2 力学性能

成分优化前后耐候钢SPA-H热卷生产力学检验结果见表3。通过低Ni高Ti的成分设计，生产的耐候钢SPA-H抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能指标基本一致，满足技术标准要求。耐候钢SPA-H成分中Ni含量的减少会降低钢板的抗拉强度和屈服强度，Ti含量的增加，有效形成细小的TiN夹杂，在生产过程中起到细化晶粒作用，提高钢板的力学性能，优化成分达到降低生产成本、不降低产品质量的目的。

表3 耐候钢SPA-H力学性能

2.3 表面质量

2.3.1 铸坯表面质量

对耐候钢SPA-H成分优化前后的铸坯进行角部裂纹验证，结果见表4和图1。铸坯窄部(N)和宽部(B)裂纹长度测试结果基本一致，均在2 mm以内，成分优化后铸坯裂纹长度控制略优，均满足技术标准和生产要求。

表4 板坯角部酸洗验证结果

3838(成分优化前)

3838(成分优化后)图1 耐候钢SPA-H板坯角部验证

2.3.2 热卷表面质量

成分优化前后生产的耐候钢SPA-H热卷表面酸洗后质量见图2。热卷质量表面酸洗后质量控制良好，表面无明显裂纹、划伤等缺陷，满足技术标准控制要求。

3838(成分优化前)

3838(成分优化后)图2 耐候钢SPA-H热卷酸洗后表面照片

2.4 冷弯性能

成分优化前后耐候钢SPA-H热轧板进行冷弯检验，结果见图3。采用冷弯2a和0a测试，成分优化前后冷弯部位均无裂纹，测试结果均满足技术标准要求。

3838(成分优化前，d=2a)

3838(成分优化后，d=0a)

3839(成分优化前，d=2a)

3839(成分优化后，d=0a)图3 耐候钢SPA-H冷弯测试结果

高Ni低Ti

低Ni高Ti(试验钢)图4 试验钢腐蚀实验前表面质量

2.5 耐腐蚀性能

腐蚀试验采用型号为ZJFS-700的周期浸润腐蚀试验箱，腐蚀形貌观察采用型号为FEI Quanta 450的扫描电镜，锈层腐蚀产物分析采用型号为GENESIS XM2的能谱仪。周期浸润腐蚀试样采用尺寸为40 mm×60 mm×4 mm的挂片试样，锈层微观形貌观察的试样为15 mm×15 mm×厚度的金相试样，试样表面经磨床加工(Ra=0.25 μm)。

腐蚀试验参数：腐蚀液温度45±2 ℃、箱内环境温度45±2 ℃，环境相对湿度70%±5%R.H.，腐蚀液为0.01 mol/L的亚硫氢钠溶液，补给液为0.02 mol/L的亚硫酸氢钠溶液；试验时间：72 h，每1循环周期60±3 min，其中试样在腐蚀液中浸润时间12±1.5 min。腐蚀产物的去除按照GB/T 16545-2015 《金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除》进行。

腐蚀失重率(W)按下式进行计算：

式中：W-失重率，g/(m2·h)；G0-试样原始重量，g；G1-试样试后重量，g；a-试样长度，mm；b-试样宽度，mm；c-试样厚度，mm；t-试验时间，h。

相对腐蚀率=W试验钢/WSPA-H×100%。

成分优化前后耐候钢SPA-H热轧板进行耐腐蚀检验，结果见图5。成分优化前腐蚀率为42.66%，成分优化后腐蚀率为42.78%，成分优化对耐候钢的腐蚀性能几乎没有影响，满足用户使用要求。

高Ni低Ti 低Ni高Ti(试验钢)图5 试验钢腐蚀速率及腐蚀实验后表面质量

2.6 显微形貌观察

成分优化前后耐候钢SPA-H热卷边部进行显微形貌观察，测试结果见图6。经50倍放大后，耐候钢SPA-H热轧板质量控制良好，边部无细小裂纹，成分调整对热板边部质量控制无明显影响。

3838(成分优化前，50×) 3839(成分优化后第1卷，50×)

3839(成分优化后第3卷，50×) 3839(成分优化后第5卷，50×)图6 成分优化前后热卷边部显微形貌

3 结论

(1)成分优化前后，耐候钢SPA-H铸坯质量、热卷力学性能、端部表面质量良好，酸洗后表面质量良好，冷弯性能达到0级、耐腐蚀性能和显微形貌等控制良好，满足技术标准和用户使用要求；

(2)成分优化后，耐候钢SPA-H吨钢成本降低80元以上，年降本量达到800 万元，满足耐候钢降本增效的要求，增加产品市场竞争力。