CN102199725A

CN102199725A - 桥梁结构钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102199725A
Application number: CN2011101234332A
Authority: CN
Inventors: 杨建勋; 周平; 刘菲; 王建景; 李灿明; 高立福; 李生根; 李广艳
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: CN102199725B

Abstract

本发明公开了一种桥梁结构钢及其生产方法，所述生产方法包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、宽厚板轧制、正火热处理，生产得到的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质，Als表示酸溶铝。本发明钢板的下屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于510MPa，屈强比不高于0.75，断后伸长率不低于30％，-40℃纵向AKv不低于240J，能满足高速复线铁路桥梁的制造要求，也可推广用于建筑、交通、海洋平台等工程结构。

Description

桥梁结构钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构钢及其生产方法，更具体地讲，本发明涉及一种耐低温冲击高性能桥梁结构钢及其生产方法。

背景技术

随着铁路、公路、大跨度和大跨径桥梁建设的快速发展，极大地刺激了对桥梁结构钢的需求；而随着大跨径、重载、多线共用(公路铁路、城市轨道、管道合用)桥梁的需求逐渐增加，对桥梁恒载的要求也随之加大，尤其对具备耐低温冲击韧性的桥梁结构钢的需求增大。

然而，现有技术中提供的桥梁结构钢不能满足优异的耐低温冲击、抗震等综合性能方面的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐低温冲击高性能桥梁结构钢及其生产方法。

根据本发明的桥梁结构钢的生产方法包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、宽厚板轧制、正火热处理，生产得到的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质，Als表示酸溶铝。

根据本发明，桥梁结构钢的下屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于510MPa，屈强比不高于0.75，断后伸长率不低于30％，-40℃纵向AKv不低于240J。

根据本发明，所述铁水预处理是铁水脱硫，在铁水预处理过程中，铁水中的硫控制在0.001％～0.015％，铁水的温度为1250～1320℃。

根据本发明，所述顶底复吹转炉冶炼是预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1-5分钟加完，终渣碱度控制在R＝3.0～5.0，终点压枪时间30～120秒；采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为1.5～4.5kg/t_钢；出钢时顺钢流加入脱硫剂，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。

根据本发明，所述脱硫剂是含CaO 83％～95％的脱硫渣料，脱硫剂的加入量为2.8～5.2kg/t_钢；所述锰铁为含锰75％～95％的铁合金，所述锰铁的加入量为13～17kg/t_钢；所述硅铁为含硅65％～85％的铁合金，所述硅铁的加入量为2.0～6.0kg/t_钢；所述铌铁为含铌50％～65％的铁合金，所述铌铁的加入量为0.3～1.1kg/t_钢；所述钒铁为含钒45％～65％的铁合金，所述钒铁的加入量为0.2～1.0kg/t_钢；所述镍板为含镍95％～99％的铁合金，所述镍板的加入量为1.0～5.0kg/t_钢。

根据本发明，LF精炼采用全程底吹氩搅拌，软吹氩3～10分钟；采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣为黄白渣或白渣，且保持时间10～30分钟，终渣碱度控制在2.0～4.0。

根据本发明，在LF精炼过程中铝线的加入量为0～0.92kg/t_钢，钛线的加入量为0.32～1.93kg/t_钢。

根据本发明，RH真空处理时，真空槽内的真空度为133Pa以下；RH处理时没有化学升温，纯脱气时间3～12分钟，软吹氩之前喂CaFe线0.43～1.28kg/t_钢，软吹氩8～18分钟。

根据本发明，板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣，所述包晶钢保护渣成分按重量计为SiO₂：25％～40％，CaO：28％～45％，MgO：1.0％～7.0％，Al₂O₃：2.0％～5.0％，Li₂O+Na₂O+K₂O：3.0％～11.0％，CaF₂：2.0％～8.0％，C：3.0％～11.0％。

根据本发明，如下控制轧制温度：钢坯出炉温度控制在1150～1220℃，钢坯精轧开轧温度为860～920℃，终冷温度为650～700℃，冷却速度为5～12℃/s。

根据本发明，在正火热处理过程中，正火温度为840～910℃，保温时间为5～15分钟。

本发明提供了一种桥梁结构钢，所述钢的化学成分按重量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。

优选地，所述钢的化学成分按重量计包含：C：0.13-0.16％、Si：0.15-0.45％、Mn：1.35-1.65％、S：0.001-0.007％、P：0.006-0.015％、Nb：0.035-0.055％、Ti：0.008-0.030％、V：0.025～0.060％、Ni：0.15～0.45％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

附图说明

图1是根据本发明的示例1的桥梁结构钢的金相组织照片；

图2是根据本发明的示例1的桥梁结构钢的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明提供了一种具有耐低温冲击性能的桥梁结构钢及其生产方法。根据本发明的耐低温冲击的桥梁结构钢的化学成分按质量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质，其中，Als表示酸溶铝。另外，本发明的耐低温冲击的桥梁结构钢焊接性能优良，可避免钢板发生焊接冷裂和热裂，焊接部位的综合性能优良。

以下对根据本发明的耐低温冲击的桥梁结构钢中各成分进行详细说明。

C：C是低碳钢中最经济的强化元素，但碳含量的增加使钢的塑性和冲击韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高，恶化焊接性能。由于建造铁路桥梁需要进行大量的野外焊接工作，施焊条件恶劣，这就要求桥梁结构钢具备良好的焊接性能，应尽可能降低碳含量以避免碳当量超标。考虑到降碳的同时必须额外增加其它贵重的微合金含量才能保证钢强度，而这将造成成本大幅度增加，综合考虑将C的适宜量控制在0.11～0.16％。

Si：Si进入铁素体起固溶强化作用，降低屈强比，但Si会显著地提高钢的韧脆转变温度，同时也会恶化塑性，因此，Si的适宜量控制在0.10～0.45％。

Mn：Mn能够降低临界转变温度Ar3，细化珠光体片层结构，起到提高钢中铁素体和珠光体的强度和硬度的作用。由于锰和硫具有较大的亲和力，MnS在高温时有一定的塑性，避免了钢的热脆，但过高的Mn会影响钢的焊接性能，也会加剧铸坯的中心偏析，造成产品带状组织严重，进而影响到冲击韧性。因此，Mn的适宜量控制在1.35～1.70％。

S：当S以FeS的形式存在于钢中时，如果S含量高则易产生热脆现象。当S以MnS的形式存在于钢中时，S常以条状形态沿轧制方向分布，形成严重的带状组织，破坏了钢的连续性，对钢材不同方向的性能也会产生重要影响，降低钢的塑性和冲击韧性，提高韧脆转变温度。因此，将S的含量控制在0.010％以下。

P：P属于低温脆性元素，P显著扩大液相和固相之间的两相区，在钢凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，提高带状组织的级别，使钢的局部组织异常，造成机械性能不均匀，降低钢的塑性，使钢易产生脆性裂纹，抗腐蚀性下降，对焊接性能也有不利影响，增加焊接裂纹敏感性，所以应尽可能降低磷在钢中的含量。考虑到生产成本，将P的含量控制在0.020％以下。

Nb：Nb能产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化作用。在控轧微合金钢中，Nb的细化晶粒和析出强化作用最为突出，每添加0.01％的Nb，可提高钢的常温强度30～50MPa，所以添加Nb是最为经济有效的手段之一。但当Nb含量过高时，Nb易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，有增加焊接热影响区热裂纹的倾向。综合各方面因素，为充分发挥Nb的细晶和沉淀强化作用，Nb的适宜量控制在0.025～0.060％之间。

Ti：Ti在1200～1300℃高温下即可析出TiN颗粒，可以作为Nb(C、N)的析出核心，从而减少微细铌析出物的数量，进而降低含Nb钢的裂纹敏感性。Ti可形成细小的钛的碳化物、氮化物颗粒，在板坯加热过程中通过阻止奥氏体晶粒的粗化从而得到较为细小的奥氏体显微组织。Ti与N结合生成稳定的高弥散化合物，不但可以消除钢中的自由氮，对改善桥梁结构钢的时效冲击性也有帮助，而且能在热加工过程和焊接时的热影响区中控制晶粒尺寸，改善钢结构各部位的低温韧性。因此，Ti的适宜量控制在0.008～0.030％。

V：V主要以V(C，N)形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。由于钒和氮有很强的亲和力，所以V的加入起到了固定钢中的自由N的作用，从而能够避免钢的应变时效性。大量文献表明，15MnVN钢随着钢厚度的增加，机械性能变化不显著，即板厚效应不显著，这是由于钢中合金元素V与C、N形成稳定的V(C，N)，在正火过程中V(C，N)固溶，随后在自然冷却过程中析出V(C，N)，呈均匀弥散质点，强烈地细化晶粒和沉淀作用，从而使钢厚度敏感性减少，这正是桥梁用结构钢的需要的特点。另一方面，V在起着强烈的沉淀强化效果的同时，也会提高韧脆转变温度，恶化冲击韧性。综合考虑，V的适宜量控制在0.025～0.080％之间。

Ni：Ni通过形成简单的置换固溶体起着强化铁素体的作用，可提高钢的强度，同时Ni是奥氏体稳定元素，可显著提高钢的耐低温冲击韧性。但Ni板价格相对比较昂贵，考虑到成本因素，将Ni的含量定为0.10～0.50％。

Al：Al能细化钢的晶粒，提高钢的强度，同时也能提高冲击韧性。由于A1和N有较强的亲和力，还可以消除N元素造成的时效敏感性，因此，Als的含量定为0.015～0.060％。

本发明还提供上述耐低温冲击的桥梁结构钢的生产方法，所述生产方法采用铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、同时进行钙处理、全流程保护浇注，得到化学成分按质量计为C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6的桥梁结构钢。

具体地讲，根据本发明的桥梁结构钢的生产方法如下控制轧制温度：钢坯出炉温度控制在1150～1220℃，钢坯粗轧总压缩比＞50％，中间坯厚度不低于成品厚度的2倍，精轧开轧温度为860～920℃，终冷温度为650～700℃，冷却速度为5～12℃/s；正火温度840～910℃，保温时间5～15min。

根据上述的生产方法，为改善桥梁结构钢的综合性能，更优选的化学成分为：C：0.13-0.16％、Si：0.15-0.45％、Mn：1.35-1.65％、S：0.001-0.007％、P：0.006-0.015％、Nb：0.035-0.055％、Ti：0.008-0.030％、V：0.025～0.060％、Ni：0.15～0.45％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

根据本发明，所述铁水预处理是指铁水脱硫，铁水中的硫控制在0.001％～0.015％，铁水的温度控制在1250～1320℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。

根据本发明，所述顶底复吹转炉冶炼是指预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1-5分钟加完，终渣碱度控制在R＝3.0～5.0，终点压枪时间30～120秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为1.5～4.5kg/t_钢。出钢时顺钢流加入脱硫剂2.8～5.2kg/t_钢，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。在本发明中，脱硫剂可以为含有CaO 83％～95％的脱硫渣料。

所述锰铁为含锰75％～95％的铁合金，优选地，所述锰铁的加入量为13～17kg/t_钢。

所述硅铁为含硅65％～85％的铁合金，优选地，所述硅铁的加入量为2.0～6.0kg/t_钢。

所述铌铁为含铌50％～65％的铁合金，优选地，所述铌铁的加入量为0.3～1.1kg/t_钢。

所述钒铁为含钒45％～65％的铁合金，优选地，所述钒铁的加入量为0.2～1.0kg/t_钢。

所述镍板为含镍95％～99％的铁合金，优选地，所述镍板的加入量为1.0～5.0kg/t_钢。

根据本发明，LF精炼采用全程底吹氩搅拌，根据实际情况加入石灰进行造渣。采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣必须为黄白渣或白渣，且保持时间10～30分钟，终渣碱度控制在2.0～4.0，软吹氩3～10分钟。

在LF精炼过程中，本领域技术人员可以根据实际需要调节铝线、钛线的加入量。优选地，铝线的加入量为0～0.92kg/t_钢，钛线的加入量为0.32～1.93kg/t_钢。

RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间3～12分钟，软吹氩之前喂CaFe线0.43～1.28kg/t_钢，软吹氩8～18分钟。

所述本处理模式为RH真空处理时，真空槽内的真空度为133Pa以下。

板坯连铸步骤中，板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式。钢坯堆垛缓冷24～72小时以后再送轧。

所述包晶钢保护渣成分为SiO₂：25％～40％，CaO：28％～45％，MgO：1.0％～7.0％，Al₂O₃：2.0％～5.0％，Li₂O+Na₂O+K₂O：3.0％～11.0％，CaF₂：2.0％～8.0％，C：3.0％～11.0％。

所述弱冷模式为单位时间内连铸机二冷段喷出的水量与拉出的铸坯重量的比值的范围为0.3～0.6L/kg。

优选的，4300mm宽厚板轧制采用二阶段轧制，粗轧和精轧轧制采用四辊可逆式轧机。钢坯出炉温度1150～1210℃，粗轧总压缩比＞50％，且至少保证1个道次压下率不低于14％，当成品规格为16～60mm时，中间坯厚度为成品厚度的2.2～3.5倍，精轧开轧温度860～920℃，终冷温度为650～700℃，冷却速度为5～12℃/s。

优选的，正火温度850～890℃，保温时间5～15min。经过正火热处理，可以细化晶粒和均匀组织，从而提高钢板综合性能，尤其对于要求优良的-40℃低温冲击韧性的高性能桥梁板而言，正火能够起到提高并稳定冲击值的作用。

根据本发明的方法生产的钢板的下屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于510MPa，屈强比不高于0.75，断后伸长率不低于30％，-40℃纵向AKv不低于240J。

在下文中，将结合具体示例来进一步解释本发明。

示例1：

1、根据本发明的示例1的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.13％、Si：0.34％、Mn：1.57％、S：0.007％、P：0.015％、Nb：0.045％、Ti：0.025％、V：0.054％、Ni：0.20％、Als：0.034％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

2、根据本发明示例1的桥梁结构钢的生产方法：

生产工艺包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、4300mm宽厚板轧制、成品缓冷、正火热处理。操作步骤如下：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0.008％，温度1250℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R＝4.0，终点压枪时间69秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛的加入量为2.5kg/t_钢。出钢时顺钢流加入脱硫剂2.9kg/t_钢，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为13分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气5分钟，终渣碱度为3.8。铝线加入量为0.39kg/t_钢，钛线加入量为0.85kg/t_钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间5分钟，软吹氩气10分钟，软吹氩之前加入CaFe线0.96kg/t_钢，冶炼周期控制在50分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为：300mm*1800mm，设定稳定期拉速为0.85m/min，比水量0.40L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷48小时以后再送轧。

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1150-1200℃；(2)粗轧总压缩比＞50％；(3)成品规格60mm时，中间坯厚度为132mm，精轧开轧温度860℃，终冷温度为650℃，冷却速度为10℃/s。

正火保温温度890℃，保温时间15min。

3、钢板性能：

根据本发明的示例1生产的桥梁结构钢的下屈服强度为410MPa，抗拉强度为565MPa，屈强比为0.73，断后伸长率为31.5％，180度冷弯d＝3a合格，-40℃纵向AKv为259J。

示例2：

1、根据本发明的示例2的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.14％、Si：0.34％、Mn：1.41％、S：0.006％、P：0.012％、Nb：0.039％、Ti：0.017％、V：0.040％、Ni：0.19％、Als：0.024％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

2、根据本发明的示例2的桥梁结构钢的制造方法：

生产工艺流程包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、4300mm宽厚板轧制、成品缓冷、正火热处理。操作步骤如下：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0.005％，温度1267℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前4分钟加完，终渣碱度控制在R＝3.0，终点压枪时间80秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛的加入量为2.8kg/t_钢。出钢时顺钢流加入脱硫剂3.7kg/t_钢，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为20分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气7分钟，终渣碱度为3.2。铝线加入量为0.19kg/t_钢，钛线加入量为1.65kg/t_钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间9分钟，软吹氩气17分钟，软吹氩之前加入CaFe线0.91kg/t_钢，冶炼周期控制在60分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为：300mm*1800mm，设定稳定期拉速为0.85m/min，比水量0.48L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷48小时以后再送轧。

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1150-1200℃；(2)粗轧总压缩比＞50％；(3)成品规格46mm时，中间坯厚度为129mm，精轧开轧温度880℃，终冷温度为680℃，冷却速度为9℃/s。

正火保温温度880℃，保温时间13min。

3、钢板性能：

根据本发明的示例2生产的桥梁结构钢的下屈服强度为420MPa，抗拉强度为570MPa，屈强比为0.74，断后伸长率为34％，180度冷弯d＝3a合格，-40℃纵向AKv为275J。

示例3：

1、根据本发明的示例3的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.16％、Si：0.28％、Mn：1.40％、S：0.006％、P：0.013％、Nb：0.025％、Ti：0.021％、V：0.025％、Ni：0.15％、Als：0.030％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

2、根据本发明的示例3的桥梁结构钢的生产方法：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0.013％，温度1310℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R＝4.5，终点压枪时间91秒。采用铝锰钛脱氧，铝锰钛的加入量为3.0kg/t_钢。出钢时顺钢流加入脱硫剂4.4kg/t_钢，加入时机在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为30分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气6分钟，终渣碱度为2.3，铝线加入量为0.85kg/t_钢，钛线加入量为0.40kg/t_钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间12分钟，软吹氩气9分钟，软吹氩之前加入CaFe线0.47kg/t_钢，冶炼周期控制在55分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为：200mm*1800mm，设定稳定期拉速为1.3m/min，比水量0.55L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷24小时以后再送轧。

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1150-1200℃；(2)粗轧总压缩比＞50％；(3)成品规格16mm时，中间坯厚度为56mm，精轧开轧温度920℃，终冷温度为695℃，冷却速度为5℃/s。

正火保温温度850℃，保温时间5min。

3、钢板性能：

根据本发明的示例3的桥梁结构钢的下屈服强度为400MPa，抗拉强度为550MPa，屈强比为0.73，断后伸长率为32.5％，180度冷弯d＝3a合格，-40℃纵向AKv为248J。

对本发明示例1的高性能桥梁结构钢进行微观组织分析，其金相组织照片和扫描电镜照片分别见图1和图2。从图1和图2中可以看出根据本发明示例1的桥梁结构钢为典型的铁素体加珠光体组织，铁素体晶粒度较高，且带状较轻。这主要得益于合理的成分设计、热机械控制轧制和正火热处理工艺，充分发挥了Nb-V-Ti的细晶强化效应和析出强化效应，同时配合铁素体基体内的位错结构提供的位错强化作用，几种强化效应的综合作用，保证了本发明的钢获得高强、高韧和低屈强比等优异的综合性能。

对比示例：

1、根据对比示例的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.13％、Si：0.34％、Mn：1.57％、S：0.007％、P：0.015％、Nb：0.045％、Ti：0.025％、V：0.054％、Ni：0.20％、Als：0.034％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。

2、根据对比示例的桥梁结构钢的生产方法：

生产工艺包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、4300mm宽厚板轧制、成品缓冷，不包括正火热处理。操作步骤如下：

3、钢板性能：

根据对比示例生产的桥梁结构钢的下屈服强度为495MPa，抗拉强度为610MPa，屈强比为0.81，断后伸长率为23.5％，180度冷弯d＝3a合格，-40℃纵向AKv为160J。

通过比较本发明的示例1和对比示例可知，本发明的示例1与对比示例的成分相同，本发明的示例1与对比示例的区别仅在于本发明的示例1采用了正火工艺，而对比示例没有采用正火工艺，所以对比示例得到的钢板的-40℃纵向AKv为160J，该值明显低于根据本发明的示例1的259J。此外，根据对比示例得到的钢板的屈强比为0.81，该值明显高于根据本发明示例1的钢板的0.73的屈强比。另外，根据对比示例得到的钢板的断后伸长率为23.5％，明显低于根据本发明示例1的钢板的断后伸长率。

以上未经过正火热处理的钢板的综合性能对于建设在低温地区的高速复线铁路桥梁而言，显然性能富余量不够充足。而增加正火热处理之后，-40℃纵向AKv明显增加，屈强比降低，并且断后伸长率明显增加，从而改进了钢板的综合性能。

通过以上本申请的示例1至示例3以及对比示例可知，本发明提供了一种经济型低合金高强钢，适用于建造服役条件异常恶劣的桥梁结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供了耐低温冲击高性能桥梁结构用钢板成分的精确控制范围；炼钢生产成本较低，生产过程容易稳定控制，化学成分也容易稳定控制，轧制和热处理工艺窗口较宽松，与现有技术相比，不仅具有显著提高的强度指标，而且具有优异的低温韧性，以及优良的抗震性能和抗疲劳性能；其焊接性能优良，可进行埋弧焊、手工焊和气体保护焊；其综合力学性能极其卓越，不易断裂和破坏，使用安全可靠，能满足高速复线铁路桥梁的制造要求，也可推广用于建筑、交通、海洋平台等工程结构。

Claims

1.一种桥梁结构钢的生产方法，其特征在于所述方法包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、宽厚板轧制、正火热处理，生产得到的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质，Als表示酸溶铝。

2.根据权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于所述桥梁结构钢的下屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于510MPa，屈强比不高于0.75，断后伸长率不低于30％，-40℃纵向AKv不低于240J。

3.根据权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于所述铁水预处理是铁水脱硫，在铁水预处理过程中，铁水中的硫控制在0.001％～0.015％，铁水的温度为1250～1320℃。

4.根据权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于所述顶底复吹转炉冶炼是预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1-5分钟加完，终渣碱度控制在R＝3.0～5.0，终点压枪时间30～120秒；采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为1.5～4.5kg/t_钢；

出钢时顺钢流加入脱硫剂，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；钢水出至四分之一时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至四分之三时加完。

5.根据权利要求4所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于，所述脱硫剂是含CaO 83％～95％的脱硫渣料，脱硫剂的加入量为2.8～5.2kg/t_钢；所述锰铁为含锰75％～95％的铁合金，所述锰铁的加入量为13～17kg/t_钢；所述硅铁为含硅65％～85％的铁合金，所述硅铁的加入量为2.0～6.0kg/t_钢；所述铌铁为含铌50％～65％的铁合金，所述铌铁的加入量为0.3～1.1kg/t_钢；所述钒铁为含钒45％～65％的铁合金，所述钒铁的加入量为0.2～1.0kg/t_钢；所述镍板为含镍95％～99％的铁合金，所述镍板的加入量为1.0～5.0kg/t_钢。

6.如权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于LF精炼采用全程底吹氩搅拌，软吹氩3～10分钟；采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣为黄白渣或白渣，且保持时间10～30分钟，终渣碱度控制在2.0～4.0。

7.如权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于在LF精炼过程中铝线的加入量为0～0.92kg/t_钢，钛线的加入量为0.32～1.93kg/t_钢。

8.如权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于RH精炼时，真空槽内的真空度为133Pa以下；RH精炼时没有化学升温，纯脱气时间3～12分钟，软吹氩之前喂CaFe线0.43～1.28kg/t_钢，软吹氩8～18分钟。

9.如权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于板坯连铸采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣，所述包晶钢保护渣成分按重量计为SiO₂：25％～40％，CaO：28％～45％，MgO：1.0％～7.0％，Al₂O₃：2.0％～5.0％，Li₂O+Na₂O+K₂O：3.0％～11.0％，CaF₂：2.0％～8.0％，C：3.0％～11.0％。

10.根据权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于如下控制轧制温度：钢坯出炉温度控制在1150～1220℃，钢坯精轧开轧温度为860～920℃，终冷温度为650～700℃，冷却速度为5～12℃/s。

11.根据权利要求1所述的桥梁结构钢的生产方法，其特征在于在正火热处理过程中，正火温度为840～910℃，保温时间为5～15分钟。

12.一种桥梁结构钢，其特征在于所述钢的化学成分按重量计包含：C：0.11～0.16％、Si：0.10～0.45％、Mn：1.35～1.70％、S≤0.010％、P≤0.020％、Nb：0.025～0.060％、Ti：0.008～0.030％、V：0.025～0.080％、Ni：0.10～0.50％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。

13.根据权利要求12所述的能桥梁结构钢，其特征在于，所述钢的化学成分按重量计包含：C：0.13-0.16％、Si：0.15-0.45％、Mn：1.35-1.65％、S：0.001-0.007％、P：0.006-0.015％、Nb：0.035-0.055％、Ti：0.008-0.030％、V：0.025～0.060％、Ni：0.15～0.45％、Als：0.015～0.060％、N≤40×10^-6、O≤40×10^-6、H≤2×10^-6。