CN106282789A - 一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法 - Google Patents

一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于低合金钢生产工艺领域，具体涉及一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法。本发明工艺路线如下为：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—铸坯缓冷—连铸坯料加热—轧制—预矫直—控制冷却—热矫直—堆垛缓冷‑切割精整。本方法实现了60mm‑80mm 厚度低碳TMCP型Q420qE桥梁钢的生产，保证低温冲击和强度富裕量，提高了焊接性能。本发明生产的钢板，屈服强度450Mpa‑520Mpa，抗拉强度为560Mpa‑640Mpa，断后延伸率为21%‑26%，夏比冲击功（横向）在‑40℃可以达到240J以上。

Description

一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法
技术领域
本发明属于低合金钢生产工艺领域，具体涉及一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法。
背景技术
随着我国高速公路、铁路及跨海交通等基础交通设施的快速发展，钢结构桥梁跨度增大、荷载增加，对钢结构桥梁钢板强度提出更高要求，要求钢板具有较高的强韧性，良好的断口和时效性能，同时要求具有良好的焊接性能、抗疲劳性能及耐大气、海水腐蚀性能等。随着强度的提升，桥梁用钢的强度也由Q345qD、Q370qD、Q370qE等低合金桥梁钢逐渐升级到Q420qD、Q420qE等以上级别，并要求具有高强韧性、易焊接性及耐大气腐蚀的高性能桥梁钢也在开始应用实验。
目前，厚规格Q420qE采用中碳设计，采用调质或者控轧+正火状态交货来满足强度和低温冲击性能。为了提高焊接性能，对C含量、Pcm 值提出更高要求，要求钢材不但具有高的强度、良好的韧性，还要具有良好的焊接性能。
发明内容
本发明提供了一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法，本方法采用低碳成分设计，利用250mm连铸坯料生产低碳特厚TMCP型Q420qE，利用微合金技术和合理控轧轧制控轧冷却工艺，克服了传统的生产制造方法难于降低屈强比的局限性，简化了生产工艺、缩短了生产流程，得到了良好的产品性能，适合批量工业生产，在满足强度、韧性同时，提高焊接性能。
本发明是通过下述的技术方案来实现的：
一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢，钢板化学成分质量百分比的组成如下：C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%， Ti:0.010-0.024%，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法，工艺路线如下：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—铸坯缓冷—连铸坯料加热—轧制—预矫直—控制冷却—热矫直—堆垛缓冷-切割精整。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：包括选配化学成分，C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%，Ti:0.010-0.024%，余量为Fe及不可避免的杂质；转炉采用顶底复吹转炉冶炼；
（2）LF、RH精炼：为了控制气体含量及控制合金元素，采用LF+RH精炼，保证软吹时间、RH精炼真空度和真空处理时间；脱气结束后软吹时间＞20min，RH精炼真空处理时间＞15min；
（3）连铸：严格全程保护浇注，中液面稳定；连铸中包温度1540℃-1550℃，铸机拉速为1m/s，连铸成250mm的连铸坯；
（4）连铸坯进缓冷坑进行缓冷，缓冷48小时；
（5）轧制成型：采用控制轧制模式，对连铸坯料加热，加热温度为1180℃-1250℃，加热时间为9-10分钟/厘米，进行两阶段控制轧制；
（6）预矫直：采用5辊预矫直机进行高温矫直，降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直；
（7）控轧冷却：低冷速水冷，采用低水压1.5bar进行低冷速冷却，冷却速度5-8℃/S，最终钢板冷却到430℃-450℃；
（8）矫直：采用9辊液压矫直机进行矫直，降低钢板内部和表面残余应力；
（9）堆垛缓冷：对轧制钢板堆垛缓冷48小时，然后进行切割精整。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法中，所述步骤（5）中连铸钢坯经过粗轧机第一阶段轧制后，中间坯料厚度为120-160mm，最终成品钢板厚度为60mm-80mm。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法中，所述步骤（5）中粗轧开轧温度1120℃-1180℃，粗轧终轧温度1050℃-1100℃。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法中，所述步骤（5）中精轧开轧在850℃-870℃，精轧终轧温度820℃-840℃。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法中，所述（5）中精轧阶段最后三道次小压下量轧制，采用双道次轧制，减少头尾翘曲，保证轧制后钢板板形良好，顺利进入预矫直机。
上述低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢的制造方法中，所述步骤（1）和步骤（2）中，炼钢过程通过转炉、LF和RH控制P、S含量，要求P控制在120PPm以下，S控制在30PPm。
连铸过程需要控制拉速和温度，避免出现严重的成分偏析。防止出现内部裂纹、缩孔等内部缺陷。可采用常规工艺进行，除明确规定的工艺条件外，本发明未特别说明的工艺部分均按本领域现有技术。
对上述连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；本发明步骤（6）中通过控制冷却速率和终冷温度，得到铁素体+贝氏体组织。
本发明与已有技术相比较，具有下列显著的优点和效果：
（1）主要通过合理低碳设计，保证Pcm值，通过控制轧制、控轧冷却实现钢板性能，可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性和低屈强比，提高焊接性能。
（2）控制粗轧阶段压下量，精轧阶段采用小压下量多道次轧制策略，合理分配压下量和控制轧制力，得到轧制后的良好板形。
（3）通过二阶段控制轧制和轧后冷却，进行48小时缓冷，得到铁素体+贝氏体组织，可有效的提高抗拉强度，改善加工硬化。
（4）该制备方法控制轧制和控轧冷却工艺，利用250mm的连铸坯生产60mm-80mm的S355NL，节省了同类钢板的调质工序，缩短生产周期、成本低，提高了生产效率，节约能源。
（5）低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢板成分利用少量的Nb、Ti进行复合微合金化，Ni提高钢板低温冲击韧性。
总之，本发明通过合理的低碳成分设计，利用少量的Nb、Ti进行复合微合金化，利用Ni提高钢板低温冲击韧性。精轧采用小压下量多道次轧制，保证终轧温度和板形。通过控制终轧温度、开冷温度，对轧制后钢板进控制冷却，得到TMCP后组织为铁素体+贝氏体，保证强度和韧性。此发明工艺采用低碳设计，提高焊接性能，，克服了常规正火处理方式生产周期长、成本高的缺点，可以生产性能稳定的60mm-80mm 低碳特厚Q420qE桥梁钢板。
附图说明
图1为本发明实施例1产品的金相图片；
图2为本发明实施例2产品的金相图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1 一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法
（1）生产钢板所需主要成分按重量百分比为：C：0.060％，Si：0.24％，Mn：1.46％，P：0.007％，S：0.001％，Cr：0.18%，Al：0.033，Nb :0.038%，Ni：0.16%， Ti:0.017，其余为Fe及不可避免的杂质；
（2）上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼，转炉采用顶底复吹转炉冶炼，采用LF+RH精炼，脱气结束后软吹时间＞20min，RH精炼真空处理时间＞15min；
（3）连铸中包温度为1540℃-1550℃，铸机拉速为1m/s，连铸成250mm×1820mm ×3550mm连铸坯，连铸坯加热到1200℃，加热时间为9-10分钟/厘米；
（4）连铸坯进缓冷坑进行缓冷，缓冷48小时；
（5）采用成型、展宽、延伸三阶段轧制，开轧温度为1148℃，粗轧终轧温度1070℃，完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制；中间坯料为120mm，精轧机开轧温度860℃，最终轧制成制后60mm×2040mm ×11200mm，钢板精轧终轧温度830℃；
（6）预矫直：采用5辊预矫直机进行高温矫直，降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直；
（7）在钢板轧后控制冷却，采用低水压1.5bar进行低冷速冷却，开冷温度为791℃，冷却速6℃/s，冷却后钢板表面温度为432℃；
（8）矫直：采用9辊液压矫直机进行矫直，降低钢板内部和表面残余应力；
（9）轧后钢板堆垛缓冷48小时，然后进行切割精整。
本实施例中制造出产品的金相图如图1所示，产品实际测量厚度60.10mm，C为0.060%,Pcm为0.16，满足低碳要求并且Pcm＜0.18。力学检测结果为：屈服强度 ReH：465Mpa，抗拉强度 Rm：588Mpa，延伸率δ：27.5%，-40℃冲击功CVN1：266.8J，冲击功CVN2：282.8J，冲击功CVN3：269.4J，冷弯：合格，Z向断面收缩率yZ1：49.5 %，Z向断面收缩率yZ2：51.0 %， Z向断面收缩率yZ2：50.0 %。化学成分、力学性能满足国家标准和客户要求。
实施例2 一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法
（1）生产钢板所需主要成分按重量百分比为：C：0.0,73％，Si：0.26％，Mn：1.47％，P：0.009％，S：0.001％，Cr：0.21%，Al：0.025%，Nb :0.036%，Ni：0.17%， Ti:0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质；
（2）上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼，转炉采用顶底复吹转炉冶炼，采用LF+RH精炼，脱气结束后软吹时间＞20min，RH精炼真空处理时间＞15min；
（3）连铸中包温度为1540℃-1550℃，铸机拉速为1m/s，连铸成250mm×1820mm ×3850mm连铸坯，连铸坯加热到1200℃，加热时间为9-10分钟/厘米；
（4）连铸坯进缓冷坑进行缓冷，缓冷48小时；
（5）采用成型、展宽、延伸三阶段轧制，开轧温度为1157℃，粗轧终轧温度1060℃，完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制；中间坯料为150mm，精轧机开轧温度850℃，最终轧制成制后80mm×2490mm×7600mm，钢板精轧终轧温度835℃；
（6）预矫直：采用5辊预矫直机进行高温矫直，降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直；
（7）在钢板轧后冷却，采用低水压1.5bar进行低冷速冷却，开冷温度为798℃，冷却速为5℃/s，冷却后钢板表面温度为443℃；
8）矫直：采用9辊液压矫直机进行矫直，降低钢板内部和表面残余应力；
（9）轧后钢板堆垛缓冷48小时，然后进行切割精整。
本实施例中制造出产品的金相图如图2所示，产品实际测量厚度80.15mm，力学检测结果为：屈服强度 ReH：506Mpa，抗拉强度 Rm：594Mpa，延伸率δ：23.5%，-50℃冲击功CVN1：279.2J，CVN2：315.9J，CVN3：306.6J，冷弯：合格Z向断面收缩率yZ1：44.5 %，Z向断面收缩率yZ2：41.5%， Z向断面收缩率yZ2：44.0 %。化学成分、力学性能满足国家标准和客户要求。

Claims (9)

1.一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢，其特征在于，低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢化学成分质量百分比的组成如下：C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%， Ti:0.010-0.024%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢，其特征在于，工艺路线如下：
KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—铸坯缓冷—连铸坯料加热—轧制—预矫直—控制冷却—热矫直—堆垛缓冷-切割精整。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
（1）转炉冶炼：包括选配化学成分，C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%，Ti:0.010-0.024%，余量为Fe及不可避免的杂质；转炉采用顶底复吹转炉冶炼；
（2）LF、RH精炼：为了控制气体含量及控制合金元素，采用LF+RH精炼，保证软吹时间、RH精炼真空度和真空处理时间；脱气结束后软吹时间＞20min，RH精炼真空处理时间＞15min；
（3）连铸：严格全程保护浇注，中液面稳定；连铸中包温度1540℃-1550℃，铸机拉速为1m/s，连铸成250mm的连铸坯；
（4）连铸坯进缓冷坑进行缓冷，缓冷48小时；
（5）轧制成型：采用控制轧制模式，对连铸坯料加热，加热温度为1180℃-1250℃，加热时间为9-10分钟/厘米，进行两阶段控制轧制；
（6）预矫直：采用5辊预矫直机进行高温矫直，降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直；
（7）控轧冷却：低冷速水冷，采用低水压1.5bar进行低冷速冷却，冷却速度5-8℃/S，最终钢板冷却到430℃-450℃；
（8）矫直：采用9辊液压矫直机进行矫直，降低钢板内部和表面残余应力；
（9）堆垛缓冷：对轧制钢板堆垛缓冷48小时，然后进行切割精整。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）中，炼钢过程通过转炉、LF和RH控制P、S含量，P控制在120PPm以下，S控制在30PPm。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中连铸钢坯经过粗轧机第一阶段轧制后，中间坯料厚度为120-160mm，最终成品钢板厚度为60mm-80mm。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中粗轧开轧温度为1120℃-1180℃，粗轧终轧温度为1050℃-1100℃。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中精轧开轧温度为850℃-870℃，精轧终轧温度为820℃-840℃。
8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中精轧阶段最后三道次小压下量轧制，采用双道次轧制。
9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（5）中连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制，通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，细化奥氏体晶粒。
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