CN101451216B - 一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板及制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度热轧板及其制造工艺，特别涉及一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板及其制造工艺。主要解决现有的高强度厚规格钢板厚度不够以及冷弯性能和冲击功不高的技术问题。本发明技术方案是：一种高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板及其制造工艺，化学成分(重量百分比)为，C：0.08～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.30～0.90％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.010-0.030％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe。显微组织为细晶粒铁素体和弥散分布的珠光体组织加少量贝氏体组织，晶粒度级别为11～14级，带状组织级别小于0.5级。本发明主要用于制造钢板桩。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高强度热轧板及其制造工艺，特别涉及一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板及制造工艺。
背景技术：
钢板桩是土木工程施工中广泛使用的构件，可用于桥梁、码头、卸货场、堤防护岸、护墙、挡土墙、防波堤、导流堤、船坞、闸门等工程。冷弯钢板桩一般壁厚较大，截面形状复杂，特别是两侧锁耳的弯曲角度达到180°，弯曲内径接近2倍厚度，对冷弯成型工艺和材料性能要求高，所以传统的钢板桩都是以热轧型钢为主。随着辊弯成型技术的发展，冷弯钢板桩产品的尺寸规格、壁厚以及断面特性都有了扩大和提高，使得冷弯钢板桩产品可以与热轧钢板桩产品的断面技术特性相当，这也使高强度厚规格冷弯钢板桩产品的生产成为可能。辊弯成型的冷弯钢板桩同热轧钢板桩相比具有称本低、规格形状容易调整等优点。
钢板桩产品要求具有较高的刚度、抗冲击性能、抗疲劳性能和较长的寿命。所以高强度钢板桩除了对辊弯成型工艺要求较高以外，对所用热轧钢板的性能要求苛刻。用于制作长规格高强度冷弯钢板桩的钢板需要在满足强度要求和厚度规格的前提下具有优良的冷弯成形性能，良好的冲击韧性。传统的高强度厚规格钢板由于成分设计和热轧工艺方面的原因，材料的显微组织存在明显的带状组织和成分偏析，导致厚规格的冷弯性能和冲击功不高，在钢板桩成型和使用过程中容易出现开裂现象，不能满足冷弯钢板桩生产的要求。现有技术厚规格热轧钢板，由于热轧压下量不足，为了达到所要求的强度，采用较高设计的C、Mn含量，这样在材料的显微组织中容易形成带状组织和成分偏析，在钢板桩成型和使用过程中容易出现开裂现象，不能满足冷弯钢板桩生产的要求。
因此，为了克服上述技术的不足，需要研究开发一种能够满足厚规格高强度辊弯成型冷弯钢板桩需要的热轧钢板，在满足强度要求和厚度规格的前提下具有优良的冷弯成形性能，良好的冲击韧性，能够适应冷弯钢板桩成型过程中苛刻的 变形条件。
中国专利申请CN200410040735.3公开了一种《厚规格超细晶粒热轧钢板及其生产工艺》，其组分为C：0.13～0.18％；Si：0.12～0.30％；Mn：0.50～0.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％，制造工艺是：连铸坯加热出炉温度为1150～1200℃；b.粗轧温度为950～1000℃；c.粗轧后中间坯厚度为30～35mm；d.热轧精轧入口温度为880～920℃；e.精轧采用五～六机架进行轧制；f.投入三组或四组机架间冷却水；g.热轧精轧出口温度为800～830℃；h.卷取温度为500～560℃。该专利申请的板厚为6.5-8.0mm，冷弯试样宽度35mm，弯曲角度180°，弯心直径d＝a。由于冷弯钢板桩一般壁厚较大，截面形状复杂，冷弯性能是保证辊弯成型钢板桩加工成型时不开裂的重要性能指标。冷弯钢板桩要求板厚大于8mm，小于等于12mm，该专利申请板厚和冷弯性能均不能满足冷弯钢板桩的要求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种能够满足厚规格高强度辊弯成型冷弯钢板桩需要的辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板及其制造工艺，主要解决现有的高强度厚规格钢板由于成分设计和热轧工艺方面的原因，材料的显微组织存在明显的带状组织和成分偏析，导致厚规格的冷弯性能和冲击功不高，在钢板桩成型和使用过程中容易出现开裂现象，不能满足冷弯钢板桩生产的问题。
本发明技术方案是：一种高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板及其制造工艺，化学成分(重量百分比)为，C：0.08～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.30～0.90％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.010-0.030％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe。显微组织为细晶粒铁素体和弥散分布的珠光体组织加少量贝氏体组织，晶粒度级别为11～14级，带状组织级别小于0.5级。
一种高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板的制造工艺，将符合成分要求的连铸板坯加热至1150℃～1220℃，粗轧阶段为5道次轧制，粗轧结束温度为950～1050℃，中间坯厚度为35～45mm。粗轧结束后经过热卷箱卷将中间坯卷曲后再展开进行精轧，精轧为5道次连轧，精轧开轧温度为920℃～940℃，最后两道次的道次变形量均大于10％，精轧结束温度为840℃～880℃，精轧后，钢板厚度为大于8mm，小于等于12mm，层流冷却阶段采用前段强冷，卷取温度为580℃～650℃。
本发明的有益效果是，在化学成分设计上，采用低易偏聚元素C、Mn元素含量，在强化方式上，发挥多种强化方式的综合作用，在轧制工艺上采用低终轧温度和卷取温度，并且在精轧后道次采用大的压下率保证钢板达到需要的强度指标，得到了一种高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板。其化学成分设计的优点在于，由于C、Mn元素在钢中属于易偏析元素，特别是高含量的Mn元素是热轧钢板中带状组织形成的主要因素，因此采用了低C、Mn元素含量的设计方法。但是由于钢板桩需要钢板厚度规格较厚，大于8mm，精轧阶段不总变形量较小，仅仅依靠较低含量C、Mn元素的强化作用，不能满足强度要求。因此，在成分中添加了Nb、Ti进行复合强化。Nb、Ti在本发明中的另外有益作用在于能够增加铁素体的形核作用，这样也可以避免带状组织的形成，从而满足钢板桩成型对冷弯性能的苛刻要求。轧制工艺的优点在于，在精轧阶段降低轧制温度和增加后道次累计压下率，有效增加奥氏体单位体积的晶粒界面积和变形带面积。因此提高了铁素体晶粒的形核位置，得到细小的等轴状铁素体晶粒，有利于提高强度和改善韧性。由于铁素体形核位置的增加，铁素体形核位置更加随机弥散，也有利于得到弥散分布的珠光体第二相，减少了带状组织的出现。采用较低的卷取温度一方面可以避免铁素体晶粒的长大，另一方面可以进一步减少带状组织的形成。粗轧后中间坯厚度为35-45mm，便于提高精轧的压下率，能够有效减少钢中带状组织，改善冷弯性能。
获得的钢板在满足强度要求和厚度规格的前提下具有优良的冷弯成形性能，良好的冲击韧性，能够适应冷弯钢板桩成型过程中苛刻的变形条件。铁素体晶粒度级别为11～14级。力学性能为：屈服强度Rel≥350MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，断后伸长率A≥25％，宽冷弯35mm，d＝0合格，0℃冲击功Akv≥150J。
本发明提供的高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板在满足强度要求和厚度规格的前提下，带状组织级别低，具有优良的冷弯成形性能，良好的冲击韧性，能够适应冷弯钢板桩成型过程中苛刻的变形条件，适合制作高强度辊弯成型钢板桩。
附图说明：
附图为高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板金相显微组织图片
具体实施方式：结合实施例1-3对本发明做进一步说明，见下表1，
表1本发明的组分配比，组分为重量百分比％，余量为Fe。
| C | Si | Mn | Nb | Ti | P | S | |
| 本发明 | 0.08～ 0.15 | 0.10～ 0.40 | 0.30～0.90 | 0.010～ 0.040 | 0.010～ 0.030 | ≤0.025 | ≤0.015 |
| 实施例1 | 0.08 | 0.15 | 0.40 | 0.020 | 0.015 | ≤0.025 | ≤0.015 |
| 实施例2 | 0.11 | 0.22 | 0.6 | 0.025 | 0.020 | ≤0.025 | ≤0.015 |
| 实施例3 | 0.14 | 0.35 | 0.80 | 0.035 | 0.030 | ≤0.025 | ≤0.015 |
通过转炉熔炼得到符合要求化学成分的连铸坯，厚度为210～240mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。在全连续热连轧轧机上轧制制造。工艺控制见下表2：其中粗轧为5道次轧制，精轧为5道次连轧，层流冷却阶段采用前段强冷，最终获得薄板厚度为大于8mm，小于等于12mm。
表2本发明实施工艺参数
| 加热温度 | 粗终温度 | 中间坯厚 | 精始温度 | 精终温度 | 卷取温度 | |
| 本发明 | 1150℃～ 1220℃ | 950～ 1050℃ | 35～45mm | 880℃～ 920℃ | 840℃～ 880℃ | 580℃～ 650℃ |
| 实施例1 | 1180℃ | 1000℃ | 35mm | 880℃ | 840℃ | 580℃ |
| 实施例2 | 1200℃ | 970℃ | 42mm | 900℃ | 860℃ | 610℃ |
| 实施例3 | 1210℃ | 1000℃ | 38mm | 920℃ | 880℃ | 650 ℃ |
利用上述方法得到高强度辊弯成型钢板桩用厚规格热轧钢板。参照附图，显微组织为细晶粒铁素体和弥散分布的珠光体组织加少量粒状贝氏体，晶粒度级别为11～14级，带状组织级别小于0.5级。具有优良的冷弯成形性能，良好的冲击韧性，能够适应冷弯钢板桩成型过程中苛刻的变形条件，适合制作高强度辊弯成型钢板桩。
取样检测力学性能见表3：
表3分板卷取样的力学性能
| 下屈服强度R<sub>eL</sub> (MPa) | 抗拉强度R<sub>m</sub> (MPa) | 断后伸 长率A (％) | 冷弯试验 B＝40mm， d＝0， α＝180° | 夏比冲击 试验A<sub>kv</sub> 试验温度 0℃ | |
| 实施例1 | 380 | 505 | 31.0 | 合格 | 175 |
| 395 | 510 | 30.5 | 合格 | 168 | |
| 实施例2 | 400 | 515 | 29 | 合格 | 166 |
| 410 | 520 | 28.5 | 合格 | 171 | |
| 实施例3 | 445 | 545 | 28.0 | 合格 | 154 |
| 435 | 530 | 29.5 | 合格 | 163 |
Claims (3)
1.一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板，其特征是：化学成分的重量百分比为，C：0.08～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.30～0.90％，Nb：0.020～0.040％，Ti：0.010-0.030％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe，将符合上述成分要求的连铸板坯加热至1150℃～1220℃，粗轧阶段为5道次连轧，粗轧结束温度为950～1050℃，中间坯厚度为35～45mm；粗轧结束后经过热卷箱卷将中间坯卷曲后再展开进行精轧，精轧为5道次连轧，精轧开轧温度为880℃～920℃，最后两道次的道次变形量均大于10％，精轧结束温度为840℃～880℃，精轧后，钢板厚度为板厚大于8mm，小于等于12mm，层流冷却阶段采用前段强冷，卷取温度为580℃～650℃。
2.根据权利要求1所述的一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板，其特征是：钢板组织为细晶粒铁素体和弥散分布的珠光体组织加少量粒状贝氏体组织，晶粒度级别为11～14级，带状组织级别小于0.5级。
3.根据权利要求1所述的一种辊弯成型高强度钢板桩用厚规格热轧钢板，其特征是：钢板的屈服强度Rel≥350MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，断后伸长率A≥25％，宽冷弯40mm，d＝0合格，0℃冲击功Akv≥150J。
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