CN105779883A - 485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法 - Google Patents

485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法，所述钢板是由以下重量百分比的化学组分熔炼而成：C：0.05～0.08%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.25～0.40%，Cr：0.45～0.7%，Cu：0.25～0.4%，Mo：0.02～0.08%，Nb：0.015～0.030%，Al：0.020～0.050%，V：0.040～0.070%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板生产方法为钢水通过冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序得到钢板。本发明方法生产的大厚度屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板钢板具有低的碳当量和裂纹敏感型指数、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好的特点。

Description

485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板及其生产方法。
背景技术
随着大型钢结构桥梁向全焊接结构和高参数方向发展，对桥梁结构的安全可靠性要求越来越严。这不仅对设计者提出了更高的要求，而且对钢板质量提出了更高的标准，即不仅要求钢板具有高强度以满足结构轻量化要求，而且还应具有优良的低温韧性、焊接性很耐腐蚀性能等，以满足钢结构的安全可靠、寿命长等要求。
传统的高强度桥梁钢不仅冲击韧性、焊接性、疲劳性较差，而且不能耐大气腐蚀，海水腐蚀。因此，国内外材料工作者提出了高性能钢的概念。高性能钢主要是指材料的某项或几项性能较传统钢材得到改善的钢材，除了具备高强度外，钢材的焊接性能、低温韧性、尤其是耐大气腐蚀性能较传统高强度桥梁钢有较大幅度提高。
近年来，应用在桥梁上的高性能钢已成为国际钢铁材料研究的热点，如美国ASTMA709中的HPS～70W、HPS～100W和日本的SMA570系列钢，耐候桥梁钢做为高性能桥梁钢的一个发展方向，在国外得到了较为广泛的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板（A709M-HPS-485WT2）及其生产方法。本发明的钢板的化学成分设计采用低C，保证钢板良好的焊接性，通过控轧控冷+回火工艺生产钢板，所述钢板具有良好的耐大气腐蚀性能。
为了实现以上目的，本发明所采用技术方案如下：一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板，所述钢板是由以下重量百分比的化学组分熔炼而成：C：0.05～0.08%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.2～1.40%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.25～0.40%，Cr：0.45～0.7%，Cu：0.25～0.4%，Mo：0.02～0.08%，Nb：0.015～0.030%，Al：0.020～0.050%，V：0.040～0.070%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板组织为贝氏体、铁素体的复合组织。
本发明所述钢板耐大气腐蚀指数I≥6，屈服强度≥510MPa，抗拉强度为610～700MPa，板厚中心-23℃冲击功≥150J，钢板最大厚度可达到60mm。
本发明的目的还在于提供一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，以得到高屈服强度、抗拉强度及延伸率好的大厚度结构件用钢板，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到或超过1540±10℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块≥100kg或Fe-Ca线400～450m改变夹杂物形态，保证钢水中组分为：C：0.05～0.08%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.25～0.40%，Cr：0.45～0.7%，Cu：0.25～0.4%，Mo：0.02～0.08%，Nb：0.015～0.030%，Al：0.020～0.050%，V：0.040～0.070%，余量为Fe和不可避免的杂质；
2）连铸：钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度最高1250℃，均热温度≤1220℃，总加热时间≥200min，均热段在炉时间≥1h；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度540-560℃，保温时间系数3.5min/mm。
本发明所述步骤1）精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块。
本发明所述步骤1）真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。
本发明所述步骤2）采用200mm厚度连铸坯成材。
本发明所述步骤4）采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为930～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50％；第二阶段轧制温度为840～910℃，累计压下率为30～50％，轧后进行ACC水冷，入水温度760-780℃，返红温度550～650℃。
本发明的设计思路如下：碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、Ni、Cr、细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续精准的控轧控冷工艺，使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：
C：0.05～0.08%，碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。
Si：0.25～0.50%，在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：1.20～1.40%，锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。
P≤0.012%，S≤0.005%，在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
Al：0.020～0.050%，铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
Nb：0.015～0.030%，铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
Ni：0.25～0.40%，镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。
Cu：0.25～0.4%，铜是提高耐大气腐蚀性能最主要，最普遍使用的合金元素，可以抵消钢中硫对耐候性的有害作用。
V：0.040～0.070%，V的主要作用是γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明钢板的化学成分设计采用低C，保证钢板良好的焊接性，采用Nb、V微合金化设计，辅以Ni、Cr等合金元素确保钢板强度、韧性匹配，添加适量Cu元素以提高钢板耐大气腐蚀性能，采用TMCP+回火工艺得到贝氏体、铁素体的复合组织；2、本发明通过控轧控冷+回火工艺生产钢板，所述钢板具有良好的耐大气腐蚀性能（耐大气腐蚀指数I≥6.0），低的碳当量（Ceq）0.44～0.46%，低的焊接裂纹敏感系数（Pcm）0.18～0.19%；屈服强度为510～590MPa，抗拉强度为610～690MPa，板厚中心-23℃冲击功≥150J；钢板最大厚度可达到60mm。
附图说明
图1为实施例1的钢板的显微组织图；
图2为实施例2的钢板的显微组织图；
图3为实施例3的钢板的显微组织图；
图4为实施例4的钢板的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板，厚度25mm，其化学成分的重量百分比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板的生产方法，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，钢水温度达到1540℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg改变夹杂物形态；
真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持时间20min。
2）连铸：采用200mm厚度的连铸坯，钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间204min，均热段在炉时间1h；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为930℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为50％；第二阶段轧制温度为840℃，累计压下率为30％，轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度650℃，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度551℃，保温时间系数3.5min/mm。
本实例的钢板的力学性能：耐大气腐蚀指数I=6.68，屈服强度512MPa，抗拉强度622MPa，屈强比0.82，板厚中心-23℃冲击功平均210J，组织照片见图1。
实施例2
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板，厚度60mm，其化学成分的重量百分比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板的生产方法，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，钢水温度1550℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线400m改变夹杂物形态；
真空脱气处理的真空度66Pa，真空保持时间24min。
2）连铸：采用200mm厚度的连铸坯，钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度最高1245℃，均热温度1218℃，总加热时间210min，均热段在炉时间61min；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1100℃，此阶段单道次压下量为10%，累计压下率为30％；第二阶段轧制温度为910℃，累计压下率为30％，轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度600℃，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度555℃，保温时间系数3.5min/mm。
本实例的钢板的力学性能：耐大气腐蚀指数I=6.61，屈服强度540MPa，抗拉强度675MPa，屈强比0.80，板厚中心-23℃冲击功平均160J，组织照片见图2。
实施例3
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板，厚度60mm，其化学成分的重量百分比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板的生产方法，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，钢水温度1530℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块110kg改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持时间25min。
2）连铸：采用200mm厚度的连铸坯，钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度1240℃，均热温度1220℃，总加热时间220min，均热段在炉时间1.5h；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为950℃，此阶段单道次压下量为15%，累计压下率为38％；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为40％，轧后进行ACC水冷，入水温度760℃，返红温度550℃，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度560℃，保温时间系数3.5min/mm。
本实例的钢板的力学性能：耐大气腐蚀指数I=6.61，屈服强度555MPa，抗拉强度690MPa，屈强比0.80，板厚中心-23℃冲击功平均173J，组织照片见图3。
实施例4
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板，厚度50mm，其化学成分的重量百分比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板的生产方法，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线，钢水温度达到或超过1540±10℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入Fe-Ca线450m改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度62Pa，真空保持时间26min。
2）连铸：采用200mm厚度的连铸坯，钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度最高1250℃，均热温度1220℃，总加热时间220min，均热段在炉时间1.2h；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下量为18%，累计压下率为40％；第二阶段轧制温度为900℃，累计压下率为42％，轧后进行ACC水冷，入水温度770℃，返红温度580℃，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度540℃，保温时间系数3.5min/mm。
本实例的钢板的力学性能：耐大气腐蚀指数I=6.92，屈服强度532MPa，抗拉强度664MPa，屈强比0.80，板厚中心-23℃冲击功平均162J，组织照片见图4。
表1实施例1-4钢板化学成分的重量百分比（wt%）
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
C：0.05～0.08% 0.05 0.08 0.06 0.06
Si：0.25～0.50% 0.50 0.25 0.35 0.42
Mn：1.20～1.40% 1.40 1.2 1.25 1.33
P≤0.012% 0.006 0.012 0.003 0.002
S≤0.005% 0.002 0.005 0.001 0.004
Ni：0.25～0.40% 0.25 0.40 0.30 0.36
Cr：0.45～0.7% 0.45 0.7 0.53 0.67
Cu：0.25～0.4% 0.4 0.25 0.36 0.38
Mo：0.02～0.08% 0.08 0.02 0.04 0.06
Nb：0.015～0.030% 0.015 0.030 0.025 0.018
Al：0.020～0.050% 0.020 0.050 0.030 0.048
V：0.040～0.070% 0.070 0.040 0.055 0.066
试验结果表明：采用本发明的方法所生产的大厚度屈服485MPa级TMCP+回火型耐候桥梁钢板具有低的碳当量和裂纹敏感型指数、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好的特点。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板，其特征在于，所述钢板是由以下重量百分比的化学组分熔炼而成：C：0.05～0.08%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.2～1.40%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.25～0.40%，Cr：0.45～0.7%，Cu：0.25～0.4%，Mo：0.02～0.08%，Nb：0.015～0.030%，Al：0.020～0.050%，V：0.040～0.070%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板，其特征在于，所述钢板组织为贝氏体、铁素体的复合组织。
3.根据权利要求1或2所述的一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板，其特征在于，所述钢板耐大气腐蚀指数I≥6，屈服强度≥510MPa，抗拉强度为610～700MPa，板厚中心-23℃冲击功≥150J，钢板最大厚度可达到60mm。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，钢水温度达到或超过1540±10℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块≥100kg或Fe-Ca线400～450m改变夹杂物形态，保证钢水中组分为：C：0.05～0.08%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.012%，S≤0.005%，Ni：0.25～0.40%，Cr：0.45～0.7%，Cu：0.25～0.4%，Mo：0.02～0.08%，Nb：0.015～0.030%，Al：0.020～0.050%，V：0.040～0.070%，余量为Fe和不可避免的杂质；
2）连铸：钢坯按照1min/mm进行加热；
3）加热：钢坯加热温度最高1250℃，均热温度≤1220℃，总加热时间≥200min，均热段在炉时间≥1h；
4）轧制、冷却：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；
5）回火：加热温度540-560℃，保温时间系数3.5min/mm。
5.根据权利要求4所述的485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤1）精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块。
6.根据权利要求4所述的485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤1）真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤2）采用200mm厚度连铸坯成材。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤4）采用控轧控冷工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为930～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50％；第二阶段轧制温度为840～910℃，累计压下率为30～50％，轧后进行ACC水冷，入水温度760-780℃，返红温度550～650℃。
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