CN104342600A - 非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法 - Google Patents

非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法，其特征在于：所述中厚钢板熔炼分析化学成分的质量百分数为：C：0.06～0.10％，Si：0.10～0.24％，Mn：0.90～1.19％，P≤0.015％，S≤0.007％，Nb：0.020～0.050％，V：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.020％，Als0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质；同时[％Nb]/[％V]＝1.00～1.50，碳当量CEV≤0.36％该中厚钢板采用TMCP工艺生产，厚度可达6-50mm，钢板的强度高，屈强比较低，同时低温韧性优异，产生中心偏析可能性低。

Description

非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体是指一种非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法。
背景技术
长期以来，我国用于铁路桥梁的Q370qE钢一般采用正火工艺组织生产，钢板生产周期较长，并且厚钢板正火以后会影响其表面质量。为了保证正火后的性能，这种钢的碳含量一般为0.11～0.17％，还含有1.50％左右的Mn，0.35％左右的Si以及0.20％的Ni。较高的C、Mn含量，增加了钢水在凝固时产生严重中心偏析的可能，贵重元素Ni的添加也增加了钢的合金成本。
目前，国内关于非正火轧制中厚板的相关专利，但都存在一定的不足，如有公开号为CN 102337456 A的专利“一种厚规格桥梁钢板及其轧制方法”，尽管钢中C的含量较低(0.05～0.10％)，相对降低了C产生中心偏析的程度，但是Si与Mn的含量较高，分别为0.25～0.45％，1.10～1.50％，较高含量的Si，将会降低钢的低温韧性，同时容易产生硅酸盐夹杂，而Mn含量仍然较高，产生严重中心偏析的可能性依然较大。公开号为CN 101358320 B的专利“控轧控冷海洋平台用钢及其生产方法”与公开号为CN 103525998 A的专利“正火轧制型细晶粒压力焊接钢管用宽厚钢板及其制备方法”中，Si和Mn的含量均较高。在CN 103525998 A专利中，钢板的屈强比在0.83～0.95之间，较高的屈强比将限制其在工程领域的实际应用。
发明内容
本发明的目的是根据现有技术的不足提供一种非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法，该中厚钢板采用TMCP工艺生产，厚度可达6-50mm，钢板的强度高，屈强比较低，同时低温韧性优异，产生中心偏析可能性低。
本发明的技术方案如下：一种非正火型桥梁用中厚钢板，所述中厚钢板熔炼分析化学成分的质量百分数为：C：0.06～0.10％，Si：0.10～0.24％，Mn：0.90～1.19％，P≤0.015％，S≤0.007％，Nb：0.020～0.050％，V：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.020％，Als0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质；同时[％Nb]/[％V]＝1.00～1.50，碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.36％。
所述非正火型桥梁用中厚钢板以铁素体+珠光体为主控组织，抗拉强度Rm为510～590MPa，屈强比ReL/Rm≤0.83，-40℃KV2≥200J，厚度为6-50mm。
一种制造上述非正火型桥梁用中厚钢板的方法，其步骤包括：
(1)钢坯加热：所述钢坯加热温度1180～1280℃；
(2)分两阶段轧制，粗轧温度区间为1200～1000℃；
(3)精轧温度区间为980～820℃；
(4)钢坯轧制结束以后进行分级冷却，在820～740℃温度区间冷却速率为1～3℃/s，740～480℃温度区间冷却速率为5～18℃/s，然后在空气中自然冷却即可。
本发明的C含量选择在0.06％～0.10％。C是提高钢的强度的有效元素，当碳含量较高时，会使得钢板的强度偏高，对焊接性和低温冲击韧性也有不利的影响。当碳含量较低时，会使钢板强度不足。
本发明的Si含量在0.10～0.24％，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是脱氧的必要元素。在本发明钢中，Si含量太高会降低钢的低温冲击韧性，Si含量太低则是不必要的。
本发明的Mn含量在0.90～1.19％，Mn是重要的强韧化元素，但太高的Mn对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，并且对于得到本发明钢的性能来讲，也是不必要的，而太低的Mn则不能保证钢的强度。
本发明的P≤0.015％，高的P含量会增加钢的冷脆倾向，并且P极易在钢坯的心部偏析。
本发明的S≤0.010％，高的S含量不仅会使钢板纵横向性能产生明显差异，同时也降低钢的低温韧性和Z向性能。
本发明的Nb含量为0.020～0.050％，Nb是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥氏体再结晶温度。奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外Nb在控制轧制连续冷却过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。Nb有时单独或与Ti一起复合加入以通过沉淀强化提高钢的机械性能。但过高的Nb也易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，从而增加焊缝金属产生热裂纹的倾向；同时会造成钢的屈强比会偏高。当Nb含量小于0.020％时，则钢的强度会明显不足。
本发明的V含量为0.020～0.040％，V的强化效果不如Nb明显，在此仅作为一种补充强化的手段，过高的V含量会降低钢的焊接性，但是V含量小于0.020％将会降低厚钢板的强度。
本发明的Ti含量为0.008～0.020％，Ti是强氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，因此有助于控制奥氏体晶粒的长大。
本发明的钢Als含量控制在≤0.060％，Al是钢中的主要脱氧元素。Al含量过高时将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。Al的熔点较高，在生产中，Al可以用来阻止晶粒长大。
此外，C和Nb还必须满足[％Nb]/[％V]＝1.00～1.50。在本发明中，由于C、Mn含量较低，单纯依赖Nb来提高钢板强度会导致钢的屈强比偏高，所以需要补充适量的V来提高强化效果，但是[％Nb]/[％V]具有一定的范围，当其值过高时，会弱化V提高强度的有益效果，当含量过低时，会明显提高V的加入量而影响钢的综合性能。
本发明属低合金钢制造领域，除含有上述化学成分外，余量为Fe及不可避免的夹杂，同时还须满足碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.36％。
本发明通过对成分以及制造方法轧制温度、冷却方式的控制，可以采用TMCP工艺生产中厚钢板，避免了常用的正火工艺，生产周期短。而且生产得到的中厚钢板以铁素体+珠光体为主控组织，其中抗拉强度抗拉强度Rm为510～590MPa，屈强比ReL/Rm≤0.83，-40℃KV2≥200J，厚度为6-50mm，而且产生中心偏析可能性低，可以应用于桥梁等焊接结构。而且本发明采用TMCP工艺，工艺简单，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
一种非正火型桥梁用中厚钢板1，其化学成分的重量百分比为：C：0.06％、Si：0.24％、Mn：1.19％、P：0.015％、S：0.007％、Nb：0.050％、V：0.040％、Ti:0.020％、Als:0.010％、余量为Fe及不可避免的夹杂；[％Nb]/[％V]＝1.25、CEV＝0.27。
上述非正火型桥梁用中厚钢板1的制造方法，其步骤为：
(1)将钢坯加热温度至1250℃；
(2)进行粗轧，其开轧温度为1150℃，粗轧结束温度为1050℃；
(3)进行精轧，其开轧温度为980℃，精轧结束温度控制在860℃；
(4)轧制结束后对钢板进行分级冷却：先进行缓冷，其冷却速率控制为3℃/秒，冷却终止温度控制为780℃；再进行快冷，冷却速率为15℃/秒，冷却终止温度控制为480℃；最后在空气中进行自然冷却至室温。钢板厚度为16mm。
实施例2
一种非正火型桥梁用中厚钢板2，其化学成分及重量百分比为：C：0.08％、Si：0.20％、Mn：1.10％、P：0.013％、S：0.005％、Nb：0.030％、V：0.020％、Ti:0.015％、Als:0.035％、余量为Fe及不可避免的夹杂；[％Nb]/[％V]＝1.5、CEV＝0.27。
上述非正火型桥梁用中厚钢板2的制造方法，其步骤为：
(1)将钢坯加热温度至1260℃；
(2)进行粗轧，其开轧温度为1150℃，粗轧结束温度为1080℃；
(3)进行精轧，其开轧温度为960℃，精轧结束温度控制在840℃；
(4)轧制结束后对钢板进行分级冷却：先进行缓冷，其冷却速率控制为2℃/秒，冷却终止温度控制为800℃；再进行快冷，冷却速率为12℃/秒，冷却终止温度控制为550℃；最后在空气中进行自然冷却至室温。钢板厚度为32mm。
实施例3
一种非正火型桥梁用中厚钢板3，其化学成分及重量百分比为：C：0.10％、Si：0.15％、Mn：1.00％、P：0.014％、S：0.006％、Nb：0.031％、V：0.030％、Ti:0.012％、Als:0.030％、余量为Fe及不可避免的夹杂；[％Nb]/[％V]＝1.03、CEV＝0.27。
上述非正火型桥梁用中厚钢板3的制造方法，其步骤为：
(1)将钢坯加热温度至1240℃；
(2)进行粗轧，其开轧温度为1150℃，粗轧结束温度为1090℃；
(3)进行精轧，其开轧温度为940℃，精轧结束温度控制在820℃；
(4)轧制结束后对钢板进行分级冷却：先进行缓冷，其冷却速率控制为1℃/秒，冷却终止温度控制为820℃；再进行快冷，冷却速率为18℃/秒，冷却终止温度控制为500℃；最后在空气中进行自然冷却至室温。钢板厚度为50mm。
实施例4
一种非正火型桥梁用中厚钢板4，其化学成分及重量百分比为：C：0.10％、Si：0.10％、Mn：0.90％、P：0.014％、S：0.006％、Nb：0.020％、V：0.020％、Ti:0.008％、Als:0.050％、余量为Fe及不可避免的夹杂；[％Nb]/[％V]＝1.00、CEV＝0.25。
上述非正火型桥梁用中厚钢板4的制造方法，其步骤为：
(1)将钢坯加热温度至1240℃；
(2)进行粗轧，其开轧温度为1150℃，粗轧结束温度为1090℃；
(3)进行精轧，其开轧温度为940℃，精轧结束温度控制在820℃；
(4)轧制结束后对钢板进行分级冷却：先进行缓冷，其冷却速率控制为1℃/秒，冷却终止温度控制为820℃；再进行快冷，冷却速率为6℃/秒，冷却终止温度控制为500℃；最后在空气中进行自然冷却至室温。钢板厚度为6mm。
本发明钢与各比较钢的对比效果见表1，其中比较钢1是公开号为CN 102337456 A的专利“一种厚规格桥梁钢板及其轧制方法”中的实施例，比较钢2是公开号为CN 101358320 B的专利“控轧控冷海洋平台用钢及其生产方法”中的实施例1，比较钢3是公开号为CN 103525998 A的专利“正火轧制型细晶粒压力焊接钢管用宽厚钢板及其制备方法”中的实施例1。由表1可见，本发明钢在成分设计上，Si含量低于比较钢1、2，Mn含量低于比较钢1、2、3，V含量低于比较钢1、2，[％Nb]/[％V]高于比较钢1、2、3，CEV也低于比较钢；在力学性能上，本发明钢的低温韧性优于比较钢1，屈强比优于比较钢3。
表1本发明钢与比较钢的对比效果
在不脱离本发明权利要求书保护范围的前提下，对实施例中的数值进行调整也属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种非正火型桥梁用中厚钢板，其特征在于：所述中厚钢板熔炼分析化学成分的质量百分数为：C：0.06～0.10％，Si：0.10～0.24％，Mn：0.90～1.19％，P≤0.015％，S≤0.007％，Nb：0.020～0.050％，V：0.020～0.040％，Ti：0.008～0.020％，Als0.010～0.050％，余量为Fe及不可避免的杂质；同时[％Nb]/[％V]＝1.00～1.50，碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.36％。
2.根据权利要求1所述非正火型桥梁用中厚钢板，其特征在于：所述非正火型桥梁用中厚钢板以铁素体+珠光体为主控组织，抗拉强度Rm为510～590MPa，屈强比ReL/Rm≤0.83，-40℃KV2≥200J，厚度为6-50mm。
3.一种制造权利要求1所述非正火型桥梁用中厚钢板的方法，其步骤包括：
(1)钢坯加热：所述钢坯加热温度1180～1280℃；
(2)分两阶段轧制，粗轧温度区间为1200～1000℃；
(3)精轧温度区间为980～820℃；
(4)钢坯轧制结束以后进行分级冷却，在820～740℃温度区间冷却速率为1～3℃/s，740～480℃温度区间冷却速率为5～18℃/s，然后在空气中自然冷却即可。
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