CN108624744A - 一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桥梁钢板冶炼技术领域，尤其涉及一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法。控制轧制结束后，钢板在轧制结束后弛豫10～160秒，再进入层流冷却区域，以大于20℃/s的冷却速率冷却至300～650℃；不同厚度钢板，弛豫时间和终冷温度不同。钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，消除在线急冷导致的外在板形不良，然后在冷床冷却至400℃以下，再经冷矫直机矫直，终矫温度控制在200～400℃，以消除相变应力导致的板形不良。本发明具有低屈强比、良好焊接性能、良好板形，同时具有制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低的优点。

Description

一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及桥梁钢板冶炼技术领域，尤其涉及一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法。
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，并要求具有尚强初性、易焊接性及耐大气腐蚀的尚性能桥梁钢也在开始应用实验。
由于Q500qE桥梁钢板的低碳当量、低屈强比、抗拉强度在内的技术指标均高于世界各国桥梁钢标准，所以生产难度极高，目前并没有成功生产的先例。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有低屈服比、抗冲击能力强、良好的焊接性能、良好的板形的Q500qE桥梁钢板及其生产方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种Q500qE桥梁钢板，钢板的化学成分按重量百分比计包括：
C：0.045～0.07％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.6～1.8％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，Cr：0.25～0.35％，Nb：0.02～0.04％，Cu：0.15～0.25％，Ni：0.15～0.25％，Mo：0.15～0.25％，Ti：0.01～0.25％，Als：0.015～0.045％，CEV碳当量：0.44～0.48％，Pcm焊接裂纹敏感系数≤0.23，余量为Fe和不可避免的杂质。
CEV碳当量计算公式如下：
CEV(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (1)
式1中化学元素按上述百分含量取值
Pcm焊接裂纹敏感系数计算公式如下： (2)
Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
式2中化学元素按上述百分含量取值。
一种Q500qE桥梁钢板的生产方法，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1述化学成分冶炼，并浇铸成矩形钢坯；
(2)将钢坯进行加热和轧制，其中：在加热过程中，加热温度为1200℃～1230℃，总在炉时间≥240min；
轧制分为第一阶段和第二阶段轧制：
第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1050～1100℃，除横轧道次外，各道次压下量尽量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上；
第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度800～950℃，中间坯厚度：2.5～3.5倍成品厚度，终轧温度：780～850℃；
对于不同成品厚度，二次开轧阶段开轧温度根据季节变化和钢板宽度的变化情况进行调整，以保证终轧温度，二次开轧阶段前两个道次压下率≥20％。
桥梁钢板的厚度＜20㎜时，在轧辊周期800～2000吨之内完成轧制，以保证轧后初始板形平直；
(3)钢板冷却：控制轧制结束后，钢板在轧后辊道上弛豫10～160秒，产生足量铁素体组织，以保证钢板屈强比≤0.85，再进入层流冷却区域，以大于20℃/s的冷却速率冷却至300～650℃；不同厚度钢板，弛豫时间和终冷温度不同。
钢板的宽度≥3000mm时，钢板控冷时采用遮蔽装置，遮蔽幅度为轧制宽度-100㎜，以减小钢板边部与中心部冷却速度差；喷水冷却时仅开启距最后一组冷却水组最近的侧喷喷头，防止钢板表面存水瓢曲。
(4)钢板矫直：钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，消除在线急冷导致的外在板形不良，然后在冷床冷却至400℃以下，再经冷矫直机矫直，终矫温度控制在200～400℃，以消除相变应力导致的板形不良。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
(1)采用轧后“驰豫”的方法，做到精准控制入水温度、返红温度等冷却参数，在保证屈服强度500MPa以上的同时，保证屈强比≤0.85；
(2)钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，消除了在线急冷导致的外在板形不良；再采用“待温矫直”用冷矫直机在钢板相变终了温度以下矫直1道次，终矫温度控制在200～400℃，保证钢板平直度满足≤3mm/1m的技术要求；
本发明通过合理的化学成分设计，并采取上述控制轧制控制冷却工艺，获得了以细小铁素体和珠光体为主的金相组织，从而获得了一种屈服强度大于500MPa，具有低屈强比、良好焊接性能、良好板形，同时具有制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低等特点的高强度低屈强比桥梁钢板。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的钢板的金相组织图。
具体实施方式
本发明公开了一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供一种Q500qE桥梁钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比计包括：
C：0.045～0.07％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.6～1.8％、P：≤0.018％、S：≤0.006％，Cr：0.25～0.35％，Nb：0.02～0.04％，Cu：0.15～0.25％，Ni：0.15～0.25％，Mo：0.15～0.25％，Ti：0.01～0.025％，Als：0.015～0.045％，CEV：0.43～0.48％，Pcm≤0.23，余量为Fe和不可避免的杂质。
CEV碳当量计算公式如下：
CEV(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (1)
式1中化学元素按上述百分含量取值
Pcm焊接裂纹敏感系数计算公式如下： (2)
Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
式2中化学元素按上述百分含量取值。
本发明采用低碳成分设计，控制P、S等有害元素含量，利用少量Nb和Ti进行复合微合金化，有效抑制奥氏体晶粒长大，利用Ni提高钢板低温冲击韧性；添加Mn Cu、Cr、Ni合金并控制一定比例，可提高钢的耐候性、强度和低温韧性。
本发明还提供一种上述Q500qE桥梁钢板的生产方法，其包括如下步骤：
步骤1)、按照上述化学成分冶炼，并浇铸成矩形钢坯；其具体可以为：
铁水要进行脱硫处理；转炉挡渣出钢，渣层厚度≤100mm，保证钢包清洁；在LF精炼处要按目标成份进行控制，造还原渣深脱硫，调整精炼过程合适的低吹氩气供气流量或强度，使钢水中夹杂充分上浮排除；进行真空脱气，VD保压时间或RH循环时间不得少于10min，以降低钢水中气体含量；真空处理后按照Als要求加入足够的Al，最后加入Ti-Fe进行微钛处理；全程保护浇注，并投入电磁搅拌或轻压下；连铸板坯下线堆垛缓冷，48小时后拆垛。
步骤2)、将钢坯进行加热和轧制，其具体可以为：
钢坯装炉后，加热温度为1200℃～1230℃，总在炉时间≥240min，确保钢坯温度均匀。采用两阶段控制轧制工艺，即奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，在奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1050～1100℃，除横轧道次外，各道次压下量尽量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上，用以充分细化原始奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度800～950℃，第1、2道次必须保证压下率≥20％。中间坯厚度：2.5～3.5倍成品厚度，终轧温度：780～850℃；对于不同成品厚度，二阶段开轧温度可以根据季节变化和钢板宽度的变化情况进行调整，以保证终轧温度。所述桥梁钢板的厚度＜20㎜时，需在轧辊周期800～2000吨之内完成轧制，以保证轧后初始板形平直。
步骤3)、钢板冷却，其具体可以为：
控制轧制结束后，钢板必须在轧后辊道上“弛豫”10～160秒，产生足量铁素体组织，以保证钢板屈强比≤0.85，再进入层流冷却区域，以大于20℃/s的冷却速率冷却至300～650℃。不同厚度钢板，弛豫时间和终冷温度不同。钢板的宽度≥3000mm时，钢板控冷时采用遮蔽装置，遮蔽幅度为轧制宽度-100㎜，以减小钢板边部与中心部冷却速度差；喷水冷却时仅开启距最后一组冷却水组最近的侧喷喷头，防止钢板表面存水瓢曲。
步骤4)、钢板矫直，其具体可以为：
钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，消除在线急冷导致的外在板形不良，在1#冷床冷却至400℃以下，再经冷矫直机矫直1道次，终矫温度控制在200～400℃，以消除相变应力导致的板形不良。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢坯，加热温度1220℃，总在炉时间255分钟，第一阶段轧制即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1105℃，除横轧道次外，各道次压下量尽量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上。当轧件厚度为24mm时，在辊道上待温至950℃，随后进行第二阶段轧制，开轧温度950℃，第1、2道次必须保证压下率≥20％，终轧温度为838℃，成品钢板厚度为8mm。轧制结束后，钢板在轧后辊道“弛豫”15s进入层流冷却，按表2设置控冷参数，将钢板冷却至620℃。钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，然后，在1#冷床冷却至240℃以下，再经冷矫直机矫直1道次，终矫温度225℃，最后即可得到所述钢板。
实施例2
实施方式同实施例1，其中加热温度为1225℃，总在炉时间保温259分钟，第一阶段轧制即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1108℃，除横轧道次外，各道次压下量尽量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上。当轧件厚度为50mm时，在辊道上待温至920℃，随后进行第二阶段轧制，开轧温度917℃，第1、2道次必须保证压下率≥20％，终轧温度为819℃，成品钢板厚度为20mm。轧制结束后，钢板“弛豫”58s进入层流冷却，按表2设置控冷参数，将钢板冷却至420℃，钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，然后，在1#冷床冷却至250℃以下，再经冷矫直机矫直1道次，终矫温度245℃，最后即可得到所述钢板。
实施例3
实施方式同实施例1，其中加热温度为1225℃，总在炉时间保温251分钟，第一阶段轧制即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1095℃，除横轧道次外，各道次压下量尽量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上。当轧件厚度为80mm时，在辊道上待温至820℃，随后进行第二阶段轧制，开轧温度819℃，第1、2道次必须保证压下率≥20％，终轧温度为791℃，成品钢板厚度为32mm。轧制结束后，钢板“弛豫”135s进入层流冷却，按表2设置控冷参数，将钢板冷却至350℃，钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，然后，在1#冷床冷却至300℃以下，再经冷矫直机矫直1道次，终矫温度287℃，最后即可得到所述钢板。
本发明实施例1～3的化学成分如表1所示：
表1本发明实施例1～3的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Cr Nb Cu Ni Mo Ti Als
1 0.055 0.29 1.63 0.015 0.004 0.25 0.025 0.18 0.17 0.18 0.014 0.020
2 0.060 0.31 1.66 0.015 0.003 0.30 0.028 0.21 0.19 0.20 0.019 0.024
3 0.060 0.33 1.66 0.016 0.004 0.30 0.029 0.20 0.20 0.22 0.020 0.031
本发明实施例1～3的层流冷却参数设定如表2所示：
表2本发明实施例1～3的层流冷却参数
实施例 厚度 驰豫时间 入水温度 水量 水比 辊速 水组数 返红温度
1 8mm 15s 800℃ 220 1:2.3 1.6m/s 2组 620℃
2 20mm 58s 740℃ 240 1:2.5 1.4m/s 9组 420℃
3 32mm 135s 670℃ 280 1:2.55 1.0m/s 11组 350℃
本发明主要技术指标如表3所示：
表3本发明主要技术指标
对本发明实施例1～3的钢板进行力学性能检验，检验结果见表4；
表4本发明力学性能参数
Q500qE桥梁钢是目前国内最高强度桥梁用钢，在研发生产过程中存在很大的难度和挑战。每张Q500qE钢板头尾两边各分布十几个性能指标，合起来一共20多个，每个指标互相牵制，在生产研发过程中必须找到平衡点，任何一个指标出现问题，都会影响到钢板的整体性能。
为此，鞍钢股份产品发展部针对Q500qE桥梁钢，多次召开生产协调会，对钢板生产进行周密安排，在鞍钢股份鲅鱼圈炼钢部、厚板部，鞍钢股份炼钢总厂、中厚板厂和鞍钢集团钢铁研究院的通力配合下，终于打通了生产路径，从而获得了一种屈服强度大于500MPa，具有低屈强比、良好焊接性能、良好板形，同时具有制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低等特点的高强度低屈强比桥梁钢板。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)冶炼并浇铸成矩形钢坯；
(2)将钢坯进行加热和轧制，其中：在加热过程中，加热温度为1200℃～1230℃，总在炉时间≥240min；
轧制分为第一阶段和第二阶段轧制：
第一阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程中，开轧温度为1050～1100℃，除横轧道次外，各道次压下量控制在15％以上，其余至少有1～2道次压下率控制在20％以上；
第二阶段在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度800～950℃，中间坯厚度：2.5～3.5倍成品厚度，终轧温度：780～850℃；
(3)钢板冷却：钢板在轧制结束后弛豫10～160秒，再进入层流冷却区域，以大于20℃/s的冷却速率冷却至300～650℃；
(4)钢板矫直：钢板控冷后，首先经热矫直机矫直2道次以上，然后在冷床冷却至400℃以下，再经冷矫直机矫直，终矫温度控制在200～400℃。
2.如权利要求1所述一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中：对于不同成品厚度，二次开轧阶段开轧温度根据季节变化和钢板宽度的变化情况进行调整，以保证终轧温度，二次开轧阶段前两个道次压下率≥20％。
3.如权利要求1所述一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中：桥梁钢板的厚度＜20㎜时，在轧辊周期800～2000吨之内完成轧制。
4.如权利要求1所述一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中：不同厚度钢板，弛豫时间和终冷温度不同。
5.如权利要求1所述一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中：钢板的宽度≥3000mm时，钢板控冷时采用遮蔽装置，遮蔽幅度为轧制宽度-100㎜；喷水冷却时仅开启距最后一组冷却水组最近的侧喷喷头，防止钢板表面存水瓢曲。
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