CN101333628A - 一种桥梁结构钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能桥梁结构钢板及其生产方法。钢的化学组分重量百分比为:碳0.02%~0.06%,硅0.15~0.25%,锰1.40%~1.60%,磷≤0.02%,硫≤0.010%,铌0.025%~0.045%,钛0.008~0.020%,铝0.020%~0.050%,镍0.15~0.30%,铬0.25~0.35%,钼0.15~0.30%,铜0.25~0.35%,氮≤0.005%,铁余量。本发明方法的生产工艺流程为:1.铁水预处理、2.转炉冶炼、3.LF精炼、4.VD真空脱气或RH脱碳脱气、5.连铸、6.板坯加热、7.粗轧、8.精轧、9.ACC控制冷却、10.回火、11.精整、12.成品入库。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁结构钢板及其生产方法,特别是高性能Q420qE钢及其生产方法。
技术背景
随着交通与城市建设的发展,跨大江、大河、大海的铁路桥、公路桥、城市高架桥越来越多,跨度越来越大,对建造桥梁的材料提出了高强、轻质和多功能的性能要求,原来一般强度级的桥梁结构用钢难以满足现代桥梁建设的需要。
日本生产的高性能桥梁钢SM570N,采用的是淬火加回火工艺,不但生产流程复杂,生产成本高,而且钢板的可焊性较差。后来,日本利用TMCP技术提高直接淬火的析出硬化效果,减少了碳当量和裂纹敏感系数,提高了SM570N的可焊性。但采用TMCP工艺生产的钢板,内应力较大,在加工和使用过程中构件易变形,因此影响了产品的使用性能,降低了构件的使用寿命。
中国以前生产的高性能桥梁钢主要是Q370qE和Q420qD,基本上都采用TMCP或TMCP加正火工艺生产,强度级别偏低,承载重量受到较大程度的限制,耐低温性能也不够好。同时,按GB/T 714-2000生产的Q420qD存在板厚效应——随着钢板厚度的增加,钢板的屈服强度和抗拉强度均有一定程度下降;另外,采用TMCP技术生产的Q420qD亦存在较大的内应力,在加工和使用过程中构件易变形,特别是厚钢板,严重影响了桥梁的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种满足高性能要求,克服现有技术不足的新的桥梁钢及其生活方法,使生产工艺科学、易操作、经济可靠。
本发明通过以下技术方案来实现:
桥梁钢铁的组分重量百分比为:碳0.02%~0.06%,硅0.15%~0.25%,锰1.40%~1.60%,磷≤0.020%,硫≤0.010%,铌0.025%~0.045%,钛0.008%~0.020%,铝0.020%~0.050%,镍0.15%~0.30%,铬0.25%~0.35%,钼0.15%~0.30%,铜0.25%~0.35%,氮≤0.005%,铁余量。
生产方法为:采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气或RH脱碳脱气、连铸、板坯加热、粗轧、精轧、ACC控制冷却、回火、精整、成品入库的生产工艺流程。其中各步骤的技术方案在下面结合附图进行说明。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图中:1-铁水预处理、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱气或RH脱碳脱气、5-连铸、6-板坯加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控制冷却、10-回火、11-精整、12-成品入库。
下面对照附图对本发明做进一步说明:
1-铁水预处理:将铁水中的S脱至0.010%以下。
2-转炉冶炼:顶底复吹转炉根据精炼工艺选择脱碳工艺。选择RH脱碳、脱气工艺,转炉终点碳控制在0.06%~0.10%;或者选择VD脱气工艺,转炉终点碳控制在0.03%以下。
3-LF精炼:控制温度1500~1650℃;成分微调,造渣脱氧,精炼时间≥35min,全程吹氩搅拌,精炼渣碱度(CaO/SiO2)<5.0;对化学成分进行微调,使其达到钢的内控要求;采用RH脱碳处理时,除碳含量外,其他化学成分微调至内控要求。
4-VD真空脱气或RH脱碳脱气:VD真空脱气在VD真空炉里0.5tor的真空下,保持真空时间15min以上;或者RH脱碳脱气,将碳脱至0.04%以下。
5-连铸:工艺控制在1520~1550℃进行连铸。
6-板坯加热:加热炉加热温度在1200~1250℃之间。
7-粗轧:采用III阶段控制轧制,粗轧终轧温度大于1020℃,
8-精轧:精轧开轧温度920℃。末三道开轧温度根据成品厚度可以有所区别:20mm、24~28mm、32~36mm、40~44mm、48~60mm、64~68mm的开轧温度分别按900℃、880℃、870℃、860℃、850℃和840℃进行控制。
9-ACC控制冷却:开冷温度790~830℃。
其他参数按表1要求执行:
表1工艺参数控制表
10-回火:厚度≤28mm的钢板采用TMCP状态交货;厚度>28mm的钢板采用TMCP+回火状态交货。回火工艺执行:温度490~510℃,在炉时间(min)=板厚mm×1min/mm+10min。一方面保证钢板屈强比≤0.88,满足大载荷下抗断裂能力;另一方面通过高温回火,消除厚板的内应力,确保在加工过程中构件不变形以保证桥梁的使用寿命。
11-精整:在钢中加入适量的铜(Cu)元素后,经过高温回火,钢板强度不但不降低,反而会上升10~30MPa,较好地保证钢板的强度级别,提高钢板综合性能。
12-入库:按一般方法入库处理。
采用本发明方法生产的高性能桥梁结构用钢Q420qE,具有屈服强度≥460MPa,抗拉强度≥570MPa,屈强比≤0.88,-40℃低温冲击韧性Akv≥240J的良好性能,可广泛应用于高参数、大跨度、重载荷铁路桥梁的重要构件。
本发明的贡献在于:
在不改变现有的生产条件的前提下,通过优选化学组分和生产工艺等手段,使钢板钢质纯净,力学性能、工艺性能和使用性能优良,完全达到高性能桥梁结构钢板的技术要求。与传统生产方法比较,简化了生产工艺,降低了生产成本,提高了钢板的可焊性。与较先进的TMCP工艺生产方法比较,解决了在加工和使用过程中构件易变形的问题,提高了重要构件的使用寿命。与国内相同强度级别的Q420qD生产工艺比较,在钢中加入适量的铜(Cu)元素后,经过高温回火,钢板强度不但不降低,反而会上升10~30MPa,较好地保证了钢板的强度级别,提高了钢板综合性能,节约了资源;通过高温回火,消除了钢板内应力,在加工和使用过程中构件不会变形,保证了桥梁的使用寿命,大幅度提高桥梁结构的安全可靠性,满足了高性能桥梁向高参数、大跨度、重载荷发展的技术要求。
具体实施方式
下面通过实施例进一步介绍本发明的技术方案:
实施案例1:
采用表2中化学成分的坯料进行轧制。
表2实施例1的化学组分
加热炉加热温度在1175~1207℃之间;粗轧开轧温度≥1020℃,单道次压下率要求≥12%,中间坯厚度170mm;精轧I阶段开轧温度≤940℃,累积压下率≥45%;精轧II阶段开轧温度≤880℃,终轧温度≤850℃,最后三道次的累计压下量≥34.5%;ACC冷却速度10℃/S,终冷温度500~560℃;回火温度580~600℃,在炉时间(min)=板厚×1min/mm+50min。
采用上述工艺生产的高性能桥梁结构钢板Q420qE,具有较细小的贝氏体和少量铁素体组织,晶粒度在10级以上,晶粒度差异在2.0级以内,不仅屈服强度和抗拉强度满足相应要求,其他各项力学性能均匀。力学性能达到如下指标:屈服强度430~490MPa,抗拉强度550~600MPa,伸长率23.0~28.0%,屈强比0.75~0.82,-40℃低温冲击韧性Akv在247~293J之间。
实施案例2:
采用表3中化学成分的坯料进行轧制。
表3实施例2化学组分
加热炉加热温度在1180~1240℃之间;粗轧开轧温度≥1000℃,终轧温度>950℃,单道次压下量要求≥15%,中间坯厚度140mm;精轧开轧温度880~920℃,累积压下率≥50%;精轧II阶段开轧温度≤880℃,最后三道次的累计压下量≥45%,终轧温度814~833℃,ACC冷却速度10~15℃/S,终冷温度280~420℃;回火温度550℃,在炉时间(min)=板厚×1min/mm+50min。
采用上述工艺生产的高性能桥梁结构钢板Q420qE,具有细小均匀的贝氏体组织,晶粒度控制在11~12级,组织晶粒度差异控制在1级以内,力学性能较均匀,但有部分钢板屈强比超过0.88。力学性能达到如下指标:屈服强度465~650MPa,抗拉强度570~715MPa,伸长率19.5%~34.5%,屈强比0.75~0.94,-40℃低温冲击韧性Akv在206~364J之间。
实施案列3:
采用表4中化学成分的坯料进行轧制。
表4实施例3化学组分
加热炉加热温度在1200~1240℃之间;粗轧开轧温度≥1000℃,终轧温度>950℃,单道次压下量要求≥15%,中间坯厚度140mm;精轧开轧温度880~920℃,累积压下率≥50%;精轧II阶段开轧温度≤880℃,最后三道次的累计压下量≥45%,终轧温度790~820℃,ACC冷却速度10~15℃/S,终冷温度365~450℃;回火温度500℃,在炉时间(min)=板厚×1min/mm+10min。
采用上述工艺生产的高性能桥梁结构钢板Q420qE,具有细小均匀的贝氏体组织,晶粒度控制在11~12级,组织晶粒度差异控制在1级以内,力学性能均匀。力学性能达到如下指标:屈服强度480~585MPa,抗拉强度590~685MPa,伸长率20.5%~34.5%,屈强比0.75~0.85,-40℃低温冲击韧性Akv在218~371J之间。
在上述工艺基础上,按照成品钢板的厚度和宽度适当调整ACC冷却,较好地保证了钢板的板形。
Claims (9)
1.一种桥梁结构钢板,其特征在于钢的组分重量百分比为:碳0.02%~0.06%,硅0.15%~0.25%,锰1.40%~1.60%,磷≤0.020%,硫≤0.010%,铌0.025%~0.045%,钛0.008%~0.020%,铝0.020%~0.050%,镍0.15%~0.30%,铬0.25%~0.35%,钼0.15%~0.30%,铜0.25%~0.35%,氮≤0.005%,铁余量。
2.一种桥梁结构钢板的生产方法,包括11-精整、12-成品入库等后期一般工艺,其特征在于11-精整以前的工艺流程为:1-铁水预处理、2-转炉冶炼、3-LF精炼、4-VD真空脱气或RH脱碳脱气、5-连铸、6-板坯加热、7-粗轧、8-精轧、9-ACC控制冷却、10-回火。
3.根据权利要求2所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于:所述1-铁水预处理是将铁水中的S脱至0.010%以下,2-转炉冶炼系采用顶底复吹转炉。
4.根据权利要求3所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于3-LF精炼:控制温度1500~1650℃;成分微调,造渣脱氧,精炼时间≥35min,全程吹氩搅拌,精炼渣碱度(CaO/SiO2)<5.0。
5.根据权利要求4所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于所述的4-VD真空脱气或RH脱碳脱气工艺:VD真空脱气在VD真空炉里0.5tor的真空下,保持真空时间15min以上;或者RH脱碳脱气,将碳脱至0.04%以下。
6.根据权利要求5所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于:所述的5-连铸工艺控制在1520~1550℃,6-板坯加热温度在1200~1250℃之间。
7.根据权利要求6所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于采用III阶段控制轧制:7-粗轧终轧温度大于1020℃,8-精轧开轧温度920℃。
8.根据权利要求7所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于所述的9-ACC控制冷却开冷温度为790~830℃。
9.根据权利要求8所述的桥梁结构钢板的生产方法,其特征在于10-回火控制工艺:厚度≤28mm的钢板采用TMCP状态交货,厚度>28mm的钢板采用TMCP+回火状态交货;回火温度490~510℃,在炉时间(min)=板厚mm×1min/mm+10min。
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