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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Open date: 20081231 |