本發明屬于軋鋼，具體涉及到一種低內應力耐候鋼板及其制備方法。
背景技術：
1、近年來，隨著鐵道車輛向低成本、重載、高速的方向發展。鐵道車輛用耐候鋼板也開始了更新換代的需求，提高耐候鋼板的強度是實現鐵道車輛低成本、重載、輕量化最直接的手段之一。目前提高鐵道車輛用鋼強度多數是以下兩種方式：1、通過添加大量的微合金元素nb、v、ti、cr、ni、mo、cu等，這種方式的缺點是合金成本高、碳當量偏高，焊接裂紋敏感性升高，損失鋼板可焊性，市場競爭力不足；2、采用“以水代合金”，采用水冷或風冷設備，降低軋制過程中的終冷溫度，這種方式使鋼板內應力急劇升高，影響材料加工成型性能，導致鋼板冷卻不勻、硬度不均的現象時有發生。另外，隨著強度等級不斷提升，軋制過程中的冷卻均勻性和穩定性控制難度越來越大，直接影響內應力和成品板形，即使通過高強矯直設備矯直后，能夠得到較好的板形質量，但一旦用戶火焰或等離子切割后，鋼板在溫度不均影響的情況下，內應力釋放所引起鋼板二次翹曲和變形，難以繼續使用。
2、鋼板的內應力是指無任何工作載荷作用下，存在于構件內部且在整個構件內保持平衡的應力。內應力的存在將影響鋼板的成形性能和產品質量，內應力的松弛還影響材料尺寸的穩定性。當裁剪鋼板時，由于金屬板件的內應力來不及釋放，導致金屬板件出現變形，不同板的變形情況見圖1。
3、由于熱連軋帶鋼生產的特點使鋼板內部及上下表面殘留著局部的殘余應力，如果這種殘余應力沿帶鋼寬度方向呈不均勻分布，這種不平衡的殘余應力將會對鋼板截面產生一個力矩，這樣使鋼板在分切后產生側彎。
4、用戶希望得到的是內應力分布均勻或無內應力、板型良好的鋼帶，提高熱軋帶鋼的板型質量，減輕帶鋼應用過程中由于形變所帶來的附加工序，提高成材率和生產效率，解決板帶生產中內應力問題是科研工作者亟待解決的問題。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種可以提高熱軋帶鋼的板型質量，減輕帶鋼應用過程中由于形變所帶來的附加工序，提高成材率和生產效率的低內應力耐候鋼板及其制備方法。
2、根據本發明的一方面，提供了一種低內應力耐候鋼板，按質量百分比計其化學成分如下：c?0.054%~0.074%、si?0.51%~0.62%、mn?0.77%~0.87%、p?0.104%~0.116%、s≤0.006%、ti?0.102%~0.122%、cr?1.04%~1.24%、cu?0.43%~0.54%、v?0.042%~0.064%、als0.026%~0.056%、n≤0.004%，并滿足mn/c=10.4~16.2，ti/n=25~61，其余為fe及雜質。
3、基于上述技術方案，所述低內應力耐候鋼板的金相組織由細小均勻的鐵素體和珠光體構成，其中鐵素體占比76~85%，珠光體占比15~24%，按總占比100%計。
4、基于上述技術方案，所述低內應力耐候鋼板的厚度為1.5~16?mm，rp0.2為750~805mpa，rm為790~860mpa，a為28~36%，-40℃kv2為200~260j，晶粒度為10.5~12.0級。
5、本發明中各化學元素的含量設計作用如下：
6、c：提高強度最有效的強化元素之一，在本發明中以v（c、n）、ti（c、n）形式存在，溶入基體起到固溶強化、沉淀強化作用，過多的c在鋼中形成較多的碳化物起到原電池的作用，促進腐蝕的進行從而提高鋼的腐蝕速率，且不利于焊接和成形性能，因此限定c含量0.054%~0.074%之間。
7、si：是鋼中的脫氧劑，形成的sio2起到析出強化的作用，同時也是耐腐蝕元素和減輕鋼板密度的作用，使鋼材達到輕量化的目的，但過高的si含量將會惡化焊接熱影響區韌性，因此限定si0.51%~0.62%。
8、mn：是鋼中重要的強韌化元素，起到固溶強化作用，擴大奧氏體相區，同時能降低過冷奧氏體轉變溫度，加速鋼中中低溫強化元素的生成，但mn含量過高會使淬透性增加，惡化鋼板的焊接性能，同時使合金成本增加，所以本發明限定mn含量0.77%~0.87%之間，同時滿足mn/c=10.4~16.2。
9、p：提高鋼板的強度，促進鋼板表面保護性銹層的生成，提高鋼板的耐腐蝕性能，但p容易在境界處產生偏聚，降低鋼的塑韌性及晶界結合能，在成形過程中增加鋼板的冷脆性；因此本發明限定p0.104%~0.116%。
10、s：是鋼中的有害元素，不僅降低鋼的低溫韌性，使鋼板的各項異性明顯增加，對冷成形性能不利，并且硫化物夾雜明顯地降低鋼板的耐候性能。因此本發明限定s≤0.006%。
11、ti：廉價的合金元素，在鋼中以tic、ti(c、n)形式存在，屬于碳氮化物及強鐵素體形成元素，易與o、s、c、n形成復合化合物。還能夠利用鋼中的tin阻止奧氏體晶粒的長大，起到析出強化和細化組織的作用。此外，ti能夠阻止形變奧氏體再結晶和促進粒狀貝氏體形成，析出的ti(c、n)顆粒能抑制焊接熱影響區的晶粒粗化，進一步改善焊接性能，本發明限定ti0.102%~0.122%，同時滿足ti/n=25~61。
12、cr：能與fe形成連續固溶體，具有固溶強化效果，產生二次強化效應，在鋼中與c形成m3c、m2c3和m23c6等多種碳化物。cr在銹層內的富集能有效地提高銹層對腐蝕性介質的選擇性透過特性，促進鋼表面形成致密的鈍化膜或保護性銹層，從而改善鋼的鈍化能力；同時cr還能增加鋼的自腐蝕電位，提高鋼的耐大氣腐蝕性能，因此本發明限定cr?1.04%~1.24%。
13、cu：在鋼中起到固溶和沉淀強化作用，同時cu的電化學電位高于fe，能促進鋼表面致密性銹層的形成，有利于耐腐蝕性能的改善，同時適量的cu與鋼中殘留的s結合，形成cu2s保護膜，還能與p在基體表面形成一層致密的cu-p化物保護銹層，進一步抑制腐蝕介質的滲透。同時cu元素常溶于fe而形成置換固溶體，具有固溶強化作用，從而提高鋼板的強度。但cu含量偏高時，容易引起“銅脆”缺陷，還會造成成本增加。因此本發明限定cu0.43%~0.54%。
14、v：鐵素體容易以vn為核心形核長大。在奧氏體向鐵素體轉變前，如果在奧氏體晶界或晶內存在許多分散的一定尺寸大小的vn或v(c,n)粒子，則促進鐵素體轉變。而固溶v對珠光體轉變還有一定的推遲作用，客觀上相當于擴大了先共析鐵素體轉變的溫度區間，從而增加了鐵素體轉變的面積分數，促進鈍化膜的析出，提高了抗酸腐蝕性能；因此本發明v含量控制在0.042%~0.064%。
15、als：als指酸溶鋁，在煉鋼過程中作為強脫氧劑在鋼中添加，微量的al有利于細化晶粒，改善鋼材的強韌性能。添加適當的al使鋼的腐蝕電位提高，有利于抑制腐蝕；同時含al和si的納米尺度的復雜氧化物在內銹層中的形成和聚集能增加電荷傳質電阻，從而抑制了腐蝕進程。但al降低奧氏體穩定性、減少奧氏體過冷度，使新相晶核快速長大，從而降低淬透性，提高臨界淬火速度；同時al作為鐵素體形成元素，較多的al一方面降低鋼板強度，并使鋼中鐵素體脆性增加而導致鋼韌性的降低。因此，本發明限制als含量在0.026%-0.056%。
16、n：一方面在鋼中形成tin、vn、ti(c、n)和v（c、n）等，細小的析出物具有釘扎晶界細化奧氏體晶粒的作用；另一方面形成aln非金屬夾雜物破壞了鋼基體的連續性，較高的n容易在缺陷處富集，惡化低溫沖擊韌性。因此本發明限定n≤0.0040%。
17、根據本發明的另一方面，提供了一種低內應力耐候鋼板的制備方法，包括如下步驟：鐵水預處理-復吹轉爐冶煉-lf鋼包爐精煉-連鑄-熱裝熱送-加熱-軋制-層流冷卻-卷取-緩冷-退火-開平精整；
18、軋制：采用兩階段控制軋制，進粗軋溫度為1132~1154℃，粗軋與精軋間全程投入保溫罩，進精軋前游動待溫，進精軋溫度為965~985℃，精軋過程中投入邊部加熱器對軋件進行邊部溫度補償，邊部溫度補償為68～78℃，以減少鋼板邊部與中部的組織差異，提高鋼板性能均勻性和板形質量，精軋終軋溫度為856~886℃；
19、層流冷卻：出精軋機后立即打水冷卻，采用前部快速冷卻工藝和邊部遮擋工藝；
20、卷?。簩搸Х殖深^中尾三部分，帶鋼頭部投入100米55~65℃，尾部投入80米50~60℃，提高帶鋼長度方向溫度均勻性，卷取溫度控制在552~574℃，有利于促進長度方向內應力均勻性。
21、基于上述技術方案，所述鐵水預處理具體為：采用噴吹法將鈍化顆粒鎂、石灰通過噴槍噴入鐵水中，經預處理后s≤0.005%，其中，鎂：石灰=1：3.5；
22、所述復吹轉爐冶煉具體為：吹煉前期采用槍位置于鋼水液面1.91m~2.0m處快速加入7000~8500kg石灰、300~350kg螢石造渣，形成高氧化性、高堿度的泡沫渣；吹煉中期降槍位至距鋼水液面1.7~1.9m處，進入劇烈脫碳期，以氮氣流量為200~300nm3/h底吹氮氣攪拌7~10min，使鋼水快速升溫；吹煉末期檢測鋼水中的碳含量為0.04~0.05%、溫度達到1686~1696℃進行出鋼提槍，擋渣出鋼，同時進行合金化，加入1910~2210kg錳鐵合金、1310~1600kg硅鐵合金、130~215kg釩鐵合金，765~960kg銅板、3400~4000?kg鉻鐵合金；
23、所述lf鋼包爐精煉具體為：在精煉過程中加入880~1040kg鈦鐵進行合金化，控制精煉出站溫度為1592~1604℃，精煉時間為46~58min。
24、基于上述技術方案，所述連鑄具體為：連鑄澆鑄溫度1543~1552℃，澆鑄時間23~32min，得到尺寸為250mm×（1910~2060）mm的連鑄坯。
25、基于上述技術方案，所述熱裝熱送具體為：將連鑄坯切割成定尺尺寸為10.5~10.8m后送往加熱爐進行加熱，連鑄坯入爐溫度≥620℃；
26、所述加熱具體為：采用步進式加熱爐加熱，出爐溫度為1256~1276℃，加熱時間≥118min，加熱溫度高，加熱時間充分，目的是使加入cr、cu和v合金元素和碳氮化鈦完全固溶，消除大顆粒析出相上浮不充分成為夾雜物，造成內應力增加的不利影響。
27、基于上述技術方案，所述緩冷具體為：為了消除內應力，卷取后的鋼卷吊入緩冷坑中或熱卷圍冷工藝，避免冷風直吹產生不均勻冷卻，以緩冷速率為6~12℃/h從552~574℃緩冷≥48小時至室溫。
28、基于上述技術方案，所述退火具體為：將鋼卷吊往罩式退火爐進行回火處理，升溫速率50~80℃/h，保溫溫度492～518℃，目標500℃，保溫時間為6.5h~7.5h，保溫結束后以冷卻速率≤50℃/h隨爐緩冷至200℃以下出爐。
29、基于上述技術方案，所述開平精整具體為：采用矯直能力較強的開平矯直機組，實際生產過程中要求矯直力≥650kn，通過粗矯和精矯輥縫合理設定，進行粗矯和精矯反復彎曲矯直，消除原始曲率，均勻化帶鋼表面殘余應力，鐮刀彎絕對值不大于1.5mm。
30、有益效果
31、（1）本發明公開的技術方案通過優化mn/c、ti/n的合金設計，成本低廉，適用于鐵道車輛、集裝箱、光伏支架等高安全性要求部件的使用，內應力均勻性高，且絕對值低；成形性能優異，縱橫向寬冷彎性能良好，按照gb/t?232金屬材料彎曲試驗方法進行測試達到180°、d=0.5a合格（d為彎心直徑，a為鋼板厚度），全長方向冷彎不翹曲，平直度良好。
32、（2）為了消除鋼板的殘余應力，需要嚴格控制產品的板形質量，產品板形質量取決于板形控制參數設定計算精度，為保證板形控制參數設定計算精度，需要將耐蝕鋼的軋制安排在精軋工作輥的熱輥形形成并達到穩定、精軋工作輥的磨損量較小、尚未出現不規則磨損輥形的工況條件下。另外，耐蝕鋼軋制時應保證軋制力與前幾卷產品軋制力的差應盡量小，以保證軋制力設定精度，從而保證板形控制參數設定精度。
33、（3）針對耐候鋼產品的終軋溫度與卷取溫度相差較大，層流冷卻過程中帶鋼溫降快等現象，生產中采用頭部微邊浪目標控制策略，操作人員對彎輥力進行預調節，使帶鋼頭部不產生嚴重影響層冷過程溫度和板形控制的中浪，有效地提高層冷后帶鋼板形質量和溫度控制精度。