CN106222548A - 正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，其化学成分重量百分比为：C：0.08～0.17％，Si≤0.55％，Mn：0.90～1.70％，P≤0.015％，S≤0.003％，V：0.015～0.055％，Ti：0.015～0.055％，Ca：0.005～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余为Fe和不可避免杂质，且Ti/N≥3.4。生产步骤包括高炉铁水、铁水预脱硫、顶底复吹转炉冶炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、正火轧制和ACC控制冷却。本发明成本低廉，工艺简单，产品综合性能良好，可广泛应用于桥梁、建筑等钢结构领域。

Description

正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金材料中的低合金结构钢制造领域，具体地指一种正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢及其生产方法。
背景技术
由于架设的区域不同，桥梁结构对钢材的性能需求也各有不同。21世纪以来，我国桥梁钢的品种开发、应用及桥梁结构规模均居世界前列，同时也对桥梁钢的质量提出了更高的要求。我国桥梁钢的用量每年大约在400万吨左右，随着资源节约型社会的发展要求，通过开发合理可控的生产工艺提升钢板的综合性能来减少或代替合金的添加成为未来的发展趋势，一方面可减少合金资源的使用，节约资源，另一方面，合金量的减少，可降低其综合成本，从而提高其市场竞争力。
公开号为CN105220078A的中国发明专利申请公开了一种低屈强比耐候钢及其制备方法，具有生产成本低，工艺简单，产品合格率高，综合性能优异等特点，不仅能满足现有工业对耐候钢的高耐候性要求，还能满足钢材稳定的力学性能要求，尤其是具有优越的塑性和较高的强度。但其合金成本较高，且采用控轧工艺生产，属于耐候钢领域。
公开号为CN101921955A的中国发明专利申请公开了一种正火轧制生产韧性优良管线钢中厚板的方法，其生产工艺简约，且钢板具有优良的低温韧性。该发明的产品为管线钢，控制适当的碳含量是保证产品具有较好强度的保证；然而，为了提高其强度和韧性，本发明添加了合金元素Nb，进而增加了其合金成本。
公开号为CN102766808A的中国发明专利申请公开了一种微合金化桥梁钢板及其正火轧制工艺，采用正火轧制工艺成型，可生产厚度为40mm以下规格的钢板且具有优良的力学性能，其抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥450MPa，延伸率≥20％，-40℃条件下纵向冲击功大于120J，碳当量不大于0.45％，生产成本低。然而由于其碳和锰的含量偏高，产品的焊接性能必定受到影响；另外，由于加入的Nb、Ni等合金元素较多，导致钢板强度较高，同时其合金成本大幅度增加。
公开号为CN103525998A的中国发明专利申请公开了一种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，该发明钢中锰的含量偏高，同时添加了Nb元素，导致合金成本增加；精轧终轧温度在800～850℃，处于正火不完全区域，组织得不到完全均匀，细化，冲击韧性必然受到影响；另外，有害元素P、S的要求偏低，影响钢板的韧性和综合性能；而且，该发明钢对屈强比没有限定。
因此，严格控制掺入的合金种类和含量，开发合理可控的生产工艺，研发出综合成本低、低温韧性优异的新型高强度桥梁用结构钢具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，解决目前国内桥梁用结构钢生产中的一些技术瓶颈，提供一种掺入合金种类及含量少、工艺合理可控、综合性能优良的高强度桥梁用结构钢及其生产方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.08～0.17％，Si≤0.55％，Mn：0.90～1.70％，P≤0.015％，S≤0.003％，V：0.015～0.055％，Ti：0.015～0.055％，Ca：0.005～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余为Fe和不可避免杂质，且Ti/N≥3.4。
进一步地，钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.10～0.15％，Si≤0.55％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.010％，S≤0.003％，V：0.020～0.050％，Ti：0.025～0.045％，Ca：0.008～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余为Fe和不可避免杂质。
进一步地，钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.12％，Si：0.25％，Mn：1.40％，P：0.005％，S：0.001％，V：0.025％，Ti：0.030％，Ca：0.010％，N：0.003％，Als：0.025％，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢中各化学成分的作用如下：
碳(C)：碳是提高钢的强度的有效元素，当其含量较高时，塑韧性降低，焊接性能降低；由于正火轧制钢的强度不高，要保证一定的强度，C含量需要得到保证。因此，本发明控制C含量范围为：0.08～0.17％。
硅(Si)：硅是常用的还原剂和脱氧剂，有固熔强化作用，有利于提高钢的弹性极限和改善其综合性能，但Si含量较高时，降低了钢的韧性、塑性及延展性，易导致冷脆不利于焊接。因此，本发明Si的含量为≤0.55％。
锰(Mn)：锰是重要的强韧化元素，不仅能改善钢的韧性，而且能提高钢的强度和硬度；但是Mn含量增高，降低焊接性能。综合考虑，本发明控制Mn的含量范围为：0.90～1.70％。
磷(P)：磷在钢中为有害元素，其含量要严格控制，高的P含量会增加钢的冷脆倾向，降低钢的韧性，恶化焊接性能和加工性能。本发明的P含量控制为≤0.015％。
硫(S)：硫元素易与钢中的合金元素生产硫化物，对低温韧性十分不利。硫化物夹杂的存在，不利于钢的韧性、延伸率和断面收缩率，而且容易引起应力集中造成疲劳裂纹，导致钢的抗疲劳性能降低，控制钢中S元素含量，降低非金属夹杂物水平，生产低温韧性优良的洁净钢，对于保证本发明钢的低温韧性尤为重要。本发明钢的S含量控制为≤0.003％。
钒(V)：钒是一种相当强烈的碳化物形成元素，适量的V具有明显的沉淀析出强化作用。V的碳化物的析出温度在500～650℃左右，这个析出过程中钢的强度得到提升，因此对于正火轧制的钢种来说，V元素的强化作用非常关键；但V含量过高，沉淀强化作用显著，但基材和热影响区韧性变差。因此本发明限定V的含量范围为：0.015～0.055％。
钛(Ti)：钛是一种强碳、氮化物形成元素，形成的Ti(C，N)等颗粒非常稳定，能有效钉轧晶界，阻止γ晶粒长大，因而起到细化晶粒的作用，它能显著提高钢的室温强度、高温强度和钢的韧性。在控轧低碳钢中，添加0.015％左右的钛，可改善钢的铸态组织，在钢的二次加热过程中阻止奥氏体晶粒长大，并在随后的高温奥氏体区轧制时通过Ti(C，N)的析出，抑制奥氏体再结晶晶粒长大。另外，钛的氮化析出物能有效钉轧奥氏体晶界，抑制奥氏体晶粒的长大，大大改善钢的焊接热影响区的低温韧性。过高的Ti含量会导致钢的塑、韧性降低。本发明Ti含量范围为：0.015～0.055％。
钙(Ca)：钙是脱氧元素，将硫化物夹杂物球化，提高基材的低温韧性；Ca含量过高时，则会形成许多大型含Ca混合夹杂物，不利于基材的韧性和塑性。本发明的Ca含量范围控制为：0.005～0.015％。
氮(N)：钢中N含量过高时，不利于钢的时效性能，本发明的N含量控制为≤0.008％。本发明钢中添加较多的Ti元素，钢中TiN会生成较多的TiN夹杂物，对钢的韧塑性尤为不利。研究表明，在冶炼过程中，控制钢中的Ti/N≥3.4时，钢中TiN的生成量最少。因此，本发明进一步的限定钢中Ti/N≥3.4。
铝(Al)：铝是钢中的主要脱氧元素，同时能够细化晶粒、固定N元素。本发明中控制Al含量为≥0.015％。
进一步地，本发明的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢通过严格控制掺入的合金种类和含量，开发合理可控的生产工艺，实现了具有优良综合性能的桥梁用结构钢，其屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，屈强比ReL/Rm≤0.75，-40℃冲击吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％。
上述正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢的生产方法，包括如下步骤：高炉铁水、铁水预脱硫、顶底复吹转炉冶炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、正火轧制和ACC控制冷却；板坯加热步骤中，加热温度为1200～1280℃，加热时间为180～300min，均热时间为25～45min，出钢温度为1220～1260℃；正火轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧和精轧均采用四辊可逆双机架中厚板轧机完成轧制，粗轧阶段开轧温度≥1100℃，终轧温度≥1000℃，粗轧6～8道次，前三道次每道次压下率≥21％，累计压下率≥75％，精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度为870～920℃，精轧6～8道次，累计压下率≥60％；ACC控制冷却步骤中，开冷温度为780～850℃，终冷温度为550～700℃，冷却速度为3.6～15℃/s。
进一步地，所述铁水预脱硫采用KR搅拌法脱硫工艺，铁水温度≥1250℃。
进一步地，所述顶底复吹转炉冶炼步骤中，控制终渣碱度为3.5～4.5。
进一步地，所述RH精炼步骤中，真空槽的真空度为67Pa以下，保持时间15min以上，真空处理结束后喂入Ca线进行成分微调，使钢中组分满足重量百分比的要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用低合金化的成分设计，通过优化生产工艺，获得具有高强度、高塑韧性以及良好的焊接性能的桥梁用结构钢，其性能指标满足屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，屈强比ReL/Rm≤0.75，-40℃冲击吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％，应用前景广阔。
2、从生产工艺上看，本发明采用转炉连铸+正火轧制+控制冷却的生产工艺，具有工艺路线简单可控，生产周期短，生产成本低等优点，符合绿色钢种的设计要求。
综上所述，本发明的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢与国内外同等级别结构钢相比，合金成本低，制造工艺简单，性能优良，属于资源节约型钢种，具有很强的市场竞争力和广阔的应用前景，经济效益和社会效益明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例1-12的钢板的化学元素质量百分配比如表1所示，余量为Fe及不可避免的杂质。
表1本发明各实施例的取值列表(wt％)
实施例 C Si Mn P S V Ti Ca N Als Ti/N
1 0.08 0.30 1.20 0.010 0.002 0.025 0.030 0.005 0.005 0.018 6
2 0.08 0.45 0.90 0.008 0.001 0.020 0.055 0.010 0.008 0.020 6.9
3 0.10 0.40 1.65 0.013 0.002 0.050 0.030 0.015 0.006 0.035 5
4 0.12 0.35 1.60 0.014 0.002 0.045 0.025 0.010 0.005 0.030 5
5 0.12 0.40 1.50 0.015 0.003 0.045 0.015 0.015 0.003 0.025 5
6 0.12 0.25 0.95 0.012 0.002 0.030 0.025 0.010 0.004 0.015 6.3
7 0.014 0.30 1.55 0.012 0.003 0.045 0.030 0.012 0.007 0.025 4.3
8 0.15 0.55 1.70 0.007 0.001 0.055 0.020 0.015 0.002 0.035 10
9 0.15 0.50 1.35 0.006 0.003 0.025 0.045 0.005 0.005 0.025 9
10 0.16 0.28 1.50 0.011 0.002 0.040 0.027 0.013 0.004 0.028 6.8
11 0.17 0.25 1.10 0.009 0.002 0.015 0.030 0.010 0.006 0.020 5
12 0.17 0.35 1.45 0.005 0.001 0.040 0.055 0.015 0.004 0.015 13.8
本发明各实施例的钢板的生产方法包括如下步骤：高炉铁水、铁水预脱硫、顶底复吹转炉冶炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、正火轧制和ACC控制冷却。铁水预脱硫步骤采用KR搅拌法脱硫工艺，铁水温度≥1250℃。顶底复吹转炉冶炼步骤中，控制终渣碱度为3.5～4.5。RH精炼步骤中，真空槽的真空度为67Pa以下，保持时间15min以上，真空处理结束后喂入Ca线进行成分微调，使钢中组分满足重量百分比的要求。板坯加热步骤中，加热温度为1200～1280℃，加热时间为180～300min，均热时间为25～45min，出钢温度为1220～1260℃。正火轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧和精轧均采用四辊可逆双机架中厚板轧机完成轧制，粗轧阶段开轧温度≥1100℃，终轧温度≥1000℃，粗轧6～8道次，前三道次每道次压下率≥21％，累计压下率≥75％，精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度为870～920℃，精轧6～8道次，累计压下率≥60％。ACC控制冷却步骤中，开冷温度为780～850℃，终冷温度为550～700℃，冷却速度为3.6～15℃/s。
各实施例的主要生产工艺参数如表2所示。
表2本发明各实施例的主要工艺参数列表
各实施例的性能参数如表3所示。
表3本发明各实施例性能参数表
经过对本发明实施例的钢板进行常温拉伸性能和冲击性能的测试，结果表明本发明的桥梁用结构钢性能指标满足屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，屈强比ReL/Rm≤0.75，-40℃冲击吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％。本发明钢冶金质量优异，采用转炉连铸+正火轧制+控制冷却工艺生产，具有成本低廉，制造工序简单，效率高等优点，易于大规模生产。在各冶金企业均可实施。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
其它未经详细说明的部分均为现有技术。

Claims (8)

1.一种正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，其特征在于：钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.08～0.17％，Si≤0.55％，Mn：0.90～1.70％，P≤0.015％，S≤0.003％，V：0.015～0.055％，Ti：0.015～0.055％，Ca：0.005～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余为Fe和不可避免杂质，且Ti/N≥3.4。
2.根据权利要求1所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，其特征在于：所述钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.10～0.15％，Si≤0.55％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.010％，S≤0.003％，V：0.020～0.050％，Ti：0.025～0.045％，Ca：0.008～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余为Fe和不可避免杂质。
3.根据权利要求2所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，其特征在于：所述钢的化学成分及其重量百分比如下：C：0.12％，Si：0.25％，Mn：1.40％，P：0.005％，S：0.001％，V：0.025％，Ti：0.030％，Ca：0.010％，N：0.003％，Als：0.025％，其余为Fe和不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢，其特征在于：所述钢的力学性能为：屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥510MPa，屈强比ReL/Rm≤0.75，-40℃冲击吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％。
5.一种权利要求1所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：高炉铁水、铁水预脱硫、顶底复吹转炉冶炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、板坯加热、正火轧制和ACC控制冷却；所述板坯加热步骤中，加热温度为1200～1280℃，加热时间为180～300min，均热时间为25～45min，出钢温度为1220～1260℃；所述正火轧制步骤中，分两阶段控制轧制，粗轧和精轧均采用四辊可逆双机架中厚板轧机完成轧制，粗轧阶段开轧温度≥1100℃，终轧温度≥1000℃，粗轧6～8道次，前三道次每道次压下率≥21％，累计压下率≥75％，精轧阶段开轧温度≤980℃，终轧温度为870～920℃，精轧6～8道次，累计压下率≥60％；所述ACC控制冷却步骤中，开冷温度为780～850℃，终冷温度为550～700℃，冷却速度为3.6～15℃/s。
6.根据权利要求5所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢的生产方法，其特征在于：所述铁水预脱硫采用KR搅拌法脱硫工艺，铁水温度≥1250℃。
7.根据权利要求5所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢的生产方法，其特征在于：所述顶底复吹转炉冶炼步骤中，控制终渣碱度为3.5～4.5。
8.根据权利要求5所述的正火轧制的低屈强比桥梁用结构钢的生产方法，其特征在于：所述RH精炼步骤中，真空槽的真空度为67Pa以下，保持时间15min以上，真空处理结束后喂入Ca线进行成分微调，使钢中组分满足重量百分比的要求。
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