CN108754327B - 一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法 - Google Patents

一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法，所述热轧H型钢包括如下重量百分比的化学成分：C：0.08～0.11，Si：0.30～0.45，Mn：1.30～1.50，P：≤0.020，S：≤0.015，Cr：0.50～0.65，Ni：0.30～0.40，Cu：0.30～0.40，V：0.075～0.095，Nb：0.015～0.025，Alt：0.015～0.030，其余为Fe及微量残余元素。通过合理的成分配比、压下分配和控温轧制，利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，以及变形渗透控制，热轧后直接空冷，即可获得了铁素体+贝氏体+珠光体的复相组织；其力学性能达到ReL不低于460MPa、Rm不低于570MPa、A不低于20％、‑40℃条件下KV2不低于150J，相比Q345B的腐蚀速率不高于50％。

Description

一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及 其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法。
背景技术
随着科学技术发展和服役环境扩展，桥梁对其结构用钢的技术要求不断提高，尤其是低温冲击韧性。目前桥梁结构采用的热轧H型钢均为低合金钢，屈服强度级别为345MPa，对冲击功要求为-20℃；而其结构采用的耐候H型钢，均为焊接成型，相对而言，热轧H型钢在材料利用率、制作周期、人工成本方面有优势。当前国家正大力推广钢桥，同时也推动建设施工及后续维护的环保绿色发展，为此，高韧性桥梁结构用耐候钢的市场需求前景非常广阔。
由于热轧H型钢采用孔型轧制，不仅变形复杂，而且各道次间的变形量分配存在很大限制，在需要加入一定量合金保证耐候性的同时，如何获得较高的强度和优良的低温韧性，是热轧H型钢的行业性难题。热轧H型钢通常采用异型坯轧制，因其横截面尺寸复杂，连铸时不同区域的温差大，连铸坯表面易出现裂纹，严重影响产品的表面质量，对化学成分敏感度高，耐候钢更是如此。因此，具备优良低温冲击韧性(-40℃冲击功≥150J)的屈服强度460MPa级桥梁结构用耐候热轧H型钢产品，其开发难度非常大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，通过合理的成分配比配合轧制工艺获得铁素体+贝氏体+珠光体的复相组织。
本发明的另一目的在于提供一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢的生产方法。通过压下分配和控温轧制，利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，以及变形渗透控制，得到低温冲击韧性优异的屈服强度460MPa级桥梁结构用耐候热轧H型钢。
本发明采取的技术方案为：
一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，所述热轧H型钢包括如下重量百分比的化学成分：C：0.08～0.11，Si：0.30～0.45，Mn：1.30～1.50，P：≤0.020，S：≤0.015，Cr：0.50～0.65，Ni：0.30～0.40，Cu：0.30～0.40，V：0.075～0.095，Nb：0.015～0.025，Alt：0.015～0.030，其余为Fe及微量残余元素。
进一步地，所述热轧H型钢优选为包括如下重量百分比的化学成分：C：0.09～0.10，Si：0.34～0.42，Mn：1.36～1.49，P：≤0.013，S：≤0.006，Cr：0.56～0.62，Ni：0.32～0.36，Cu：0.32～0.36，V：0.082～0.092，Nb：0.018～0.023，Alt：0.019～0.024，其余为Fe及微量残余元素。
本发明还提供了所述屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼、异型坯保护连铸、H型钢轧制、轧后空冷。
所述H型钢轧制步骤中，开坯轧制工艺参数为：异型坯在加热炉内的加热温度1220℃～1260℃，在炉时间不低于80min；开轧温度1100℃～1150℃；万能轧制工艺参数为：开轧温度920℃～990℃，第3道次采用控温轧制，终轧温度控制在850℃以下。
进一步地，所述H型钢轧制步骤中，开坯轧制工艺参数优选为：异型坯在加热炉内的加热温度1237℃～1255℃，在炉时间不低于90～100min；开轧温度1125℃～1140℃；万能轧制工艺参数优选为：开轧温度943℃～982℃，第3道次采用控温轧制，终轧温度控制在830℃～845℃。
开坯轧制工艺中，从开轧到终轧的压缩比，不高于从坯料到成品总压缩比的25％；对于翼缘厚度在20mm以上的成品规格，开坯轧制压缩比不高于从坯料到成品总压缩比的18％。
进一步地，开坯轧制工艺中，从开轧到终轧的压缩比为从坯料到成品总压缩比的20％～25％；对于翼缘厚度在20mm以上的成品规格，开坯轧制压缩比为从坯料到成品总压缩比的10％～18％。
万能轧制工艺中，在前3道次往复轧制中，翼缘厚度方向的累积压下率不低于30％，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在880℃～940℃。
进一步地，万能轧制工艺中，在前3道次往复轧制中，翼缘厚度方向的累积压下率为33％～44％，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在896℃～924℃。
根据所述生产方法得到的热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体，其中，铁素体晶粒度等级在9.0以上，贝氏体+珠光体占比不低于20％，且贝氏体相对较多；其力学性能达到：ReL不低于460MPa、Rm不低于570MPa、A不低于20％、-40℃条件下KV2不低于150J，相比Q345B的腐蚀速率不高于50％。
本发明公开的技术方案中，基于热轧H型钢的孔型轧制变形特点，兼顾坯料加热和开坯轧制的限制，分配更多的变形量到万能轧制阶段的前三道次，在此区间进行控温轧制，并配合Alt、Nb、V元素的钉扎作用，使得奥氏体再结晶区轧制的效果最大化，实现细晶强化；在化学成分上采用较高的Cr含量，配合其他合金元素，使得在轧后空冷后可获得相对较多的贝氏体组织，实现相变强化；采用一定的V含量，确保析出强化的效果；厚规格采用相对较低的轧制温度，获得良好的变形渗透，配合较高的Mn含量，改善翼缘厚度方向显微组织的均匀性；对Nb和V的总量进行控制，不提升连铸异型坯表面裂纹的敏感性，产品表面质量得到有效控制；通过合理的成分配比、压下分配和控温轧制，利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，以及变形渗透控制，热轧后直接空冷，即可获得了铁素体+贝氏体+珠光体的复相组织；其中，铁素体实际晶粒度控制在9.0以上，贝氏体+珠光体占比不低于20％，且贝氏体相对较多，确保产品各项性能。
附图说明
图1为实施例1中的H600×200×11×17规格热轧H型钢的金相组织图；
图2为实施例2中的H341×315×20×31.8规格热轧H型钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其规格为H600×200×11×17，所述热轧H型钢的化学成分按质量百分比为：C：0.10，Si：0.39，Mn：1.44，P：0.011，S：0.006，Cr：0.61，Ni：0.33，Cu：0.35，V：0.084，Nb：0.018，Alt：0.020，其余为Fe及微量残余元素。
其生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼、异型坯保护连铸、H型钢轧制、轧后空冷。
在H型钢轧制步骤中：
开坯轧制工艺为：异型坯的加热温度为1237℃～1250℃，在炉时间93min；开坯轧制的开轧温度1131℃，从开轧到终轧的压缩比为从坯料到成品总压缩比的23％。
万能轧制工艺为：开轧温度981℃，前3道次往复轧制的翼缘厚度方向的累积压下率为42％，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在922℃，终轧温度为843℃。
本实施例得到的热轧H型钢的金相组织图如图1所示，其为铁素体+贝氏体+珠光体的复相组织，贝氏体+珠光体占比约25％，其中贝氏体占绝大多数，实际晶粒度为10.0级。其性能参数为：ReL：485MPa、Rm：615MPa、A：26.0％、-40℃KV2：208J，相比Q345B的腐蚀速率为45％。
实施例2
一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其规格为H341×315×20×31.8，所述热轧H型钢的化学成分按质量百分比为：C：0.10，Si：0.38，Mn：1.49，P：0.013，S：0.004，Cr：0.58，Ni：0.35，Cu：0.32，V：0.091，Nb：0.022，Alt：0.023，其余为Fe及微量残余元素。
其生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼、异型坯保护连铸、H型钢轧制、轧后空冷。
在H型钢轧制步骤中：
开坯轧制工艺为：异型坯的加热温度为1241℃～1252℃，在炉时间97min；开坯轧制的开轧温度1137℃，从开轧到终轧的压缩比为从坯料到成品总压缩比的13％。
万能轧制工艺为：开轧温度948℃，前3道次往复轧制的翼缘厚度方向的累积压下率为35％，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在897℃，终轧温度为833℃。
本实施例得到的热轧H型钢的金相组织图如图2所示，其为铁素体+贝氏体+珠光体的复相组织，贝氏体+珠光体占比约21％，其中贝氏体稍多于珠光体，实际晶粒度为9.5级；其性能参数为：ReL：468MPa、Rm：579MPa、A：24.0％、-40℃KV2：161J，相比Q345B的腐蚀速率为43％。
上述参照实施例对一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，所述热轧H型钢包括如下重量百分比的化学成分：C：0.08～0.11，Si：0.30～0.45，Mn：1.30～1.50，P：≤0.020，S：≤0.015，Cr：0.50～0.65，Ni：0.30～0.40，Cu：0.30～0.40，V：0.075～0.095，Nb：0.015～0.025，Alt：0.015～0.030，其余为Fe及微量残余元素；
所述屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢的生产方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼、异型坯保护连铸、H型钢轧制、轧后空冷；
所述H型钢轧制步骤中，开坯轧制工艺参数为：异型坯在加热炉内的加热温度1220℃～1260℃，在炉时间不低于80 min；开坯轧制的开轧温度1100℃～1150℃；万能轧制工艺参数为：开轧温度920℃～990℃，第3道次采用控温轧制，终轧温度控制在850℃以下。
2.根据权利要求1所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，所述热轧H型钢包括如下重量百分比的化学成分：C：0.09～0.10，Si：0.34～0.42，Mn：1.36～1.49，P：≤0.013，S：≤0.006，Cr：0.56～0.62，Ni：0.32～0.36，Cu：0.32～0.36，V：0.082～0.092，Nb：0.018～0.023，Alt：0.019～0.024，其余为Fe及微量残余元素。
3.根据权利要求1所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，所述H型钢轧制步骤中，开坯轧制工艺参数为：异型坯在加热炉内的加热温度1237℃～1255℃，在炉时间不低于90~100 min；开坯轧制的开轧温度1125℃～1140℃；万能轧制工艺参数为：开轧温度943℃～982℃，第3道次采用控温轧制，终轧温度控制在830℃~845℃。
4.根据权利要求1所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，开坯轧制工艺中，从开轧到终轧的压缩比不高于从坯料到成品总压缩比的25%；对于翼缘厚度在20 mm以上的成品规格，开坯轧制压缩比不高于总压缩比的18%。
5.根据权利要求4所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，开坯轧制工艺中，从开轧到终轧的压缩比为从坯料到成品总压缩比的20%~25%；对于翼缘厚度在20 mm以上的成品规格，开坯轧制压缩比从坯料到成品总压缩比的10%~18%。
6.根据权利要求1所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，万能轧制工艺中，在前3道次往复轧制中，翼缘厚度方向的累积压下率不低于30%，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在880℃～940℃。
7.根据权利要求6所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，万能轧制工艺中，在前3道次往复轧制中，翼缘厚度方向的累积压下率为33%~44%，腹板厚度方向压下率根据协调变形设定，第3道次轧后温度控制在896℃～924℃。
8.根据权利要求1或4所述的屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢，其特征在于，根据所述生产方法得到的热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体，其中，铁素体晶粒度等级在9.0以上，贝氏体+珠光体占比不低于20%，且贝氏体相对较多；其力学性能达到：ReL不低于460 MPa、Rm不低于570 MPa、A不低于20%、-40℃条件下KV2不低于150J，相比Q345B的腐蚀速率不高于50 %。
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