CN108998726B - 厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板及生产方法，本发明中通过对100mm厚钢板控制合适的控轧控冷及回火热处理工艺，解决长期以来厚板性能不稳定的问题，回火热处理可以改善钢板的低温冲击韧性，但回火温度点选择不当，可出现回火脆性，当产生回火脆性时，钢板韧性明显降低。本发明通过低碳成分设计，保证钢板具有良好的焊接性能，并施以适当的控轧控冷及合理的回火热处理，保证钢板组织及性能均匀性，获得各项性能指标优良的桥梁用结构钢。

Description

厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁钢及生产方法
技术领域
本发明涉及钢板的生产，具体涉及一种厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板及生产方法。
背景技术
近年来，铁路和公路建设里程逐年增长，大跨度、多车道、重载荷桥梁工程项目也明显增多，而且钢制桥梁越来越多地代替钢筋混凝土桥梁。因此，桥梁用钢板的需求量必然会大幅增长，高强度、高韧性特厚桥梁钢的使用成为必然选择。
桥梁设计已经将低Ceq和低Pcm、低屈强比、高冲击韧性作为桥梁用钢的基本设计要求。根据大桥钢板使用量来看，主要是屈服强度370MPa、420MPa和500MPa，级别为D/E级；且370MPa为主要用钢板，420MPa级钢板主要用在关键部位，500MPa级应用在部分大型桥梁结构中。420MPa级桥梁用结构钢，薄规格钢板已得到广泛应用，且各方面性能稳定，但厚规格钢板使用数量较少，尤其是100mm厚钢板，在强度、低屈强比、低温韧性等稳定性方面研究尚有不足。
发明内容
发明目的：本发明提供一种厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板及生产方法，解决目前420MPa级桥梁用厚板强度低、低温冲击不稳定的问题。
技术方案：本发明所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其化学组成以质量百分数计包括：C 0.05-0.07％，Si 0.20-0.30％，Mn 1.50-1.60％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni 0.10-0.20％，Cr 0.15-0.20％，Nb 0.025-0.035％，Al 0.025-0.050％，V0.030-0.040％，Ti 0.01-0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述钢板回火态组织为贝氏体和少量铁素体的复合组织，所述钢板的最大厚度为100mm。所述钢板的碳当量为0.34-0.38％，焊接裂纹敏感系数为0.14-0.18％，屈服强度为430-500MPa，抗拉强度为550-630MPa，延伸率＞21％，屈强比≤0.84。
本发明所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)将铁水经过脱硫处理后转炉冶炼、LF精炼和RH真空处理后连铸成坯料；
(2)将坯料进行加热，加热出钢的温度为1160-1200℃；
(3)对加热后的坯料采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，轧钢结束后采用超快冷和层流冷却结合的方式进行冷却，返红温度为400-480℃；
(4)将冷却后的钢板加热到480-550℃，进行回火热处理，回火时间t＝(2.0-3.0)min/mm×钢板厚度+50min。
其中，所述步骤(1)中铁水脱硫处理后硫含量控制在≤0.003％，转炉采用双渣法控制P的含量≤0.010％，LF精炼采用白渣操作脱硫脱氧，RH真空处理的真空度≤3.0mbar,真空时间≥25分钟，真空结束后进行钙处理，钙处理结束后静搅，静搅时间≥12分钟，连铸控制中包温度在液相线+(10-15)℃。
所述步骤(2)中加热的时间为9-16min/cm，均热时间≥1.4min/cm。
所述步骤(3)中第一阶段粗轧终轧温度控制为1000～1100℃，第二阶段开轧温度为840-870℃，终轧温度为780～830℃。
有益效果：本发明通过低碳成分设计，保证钢板具有良好的焊接性能，并施以适当的控轧控冷及合理的回火热处理，保证钢板组织及性能均匀性，获得各项性能指标优良的桥梁用结构钢，本发明轧钢结束采用超快冷和层流冷却结合分方式进行冷却，能够将板面残存水与钢板之间形成的气膜清除，从而达到钢板与冷却水的完全接触，实现钢板和冷却水均匀接触的全面核沸腾，不仅提高了钢板和冷却水之间的热交换，达到较高的冷却速率，而且可以实现钢板的均匀冷却，细化钢板组织，本发明延长了热处理的时间，可保证钢板组织充分均匀化，并尽可能使内应力降低或消除，提高了钢板低温冲击性能稳定性。
附图说明
图1为实施例2的100mm厚420MPa级钢板热轧态试样厚度1/4处组织形貌；
图2为实施例2的100mm厚420MPa级钢板回火态试样厚度1/4处组织形貌。
具体实施方式
下面对本发明进行进一步说明。
100mm厚420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其化学组成以质量百分数计包括：C0.05-0.07％，Si 0.20-0.30％，Mn 1.50-1.60％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni 0.10-0.20％，Cr 0.15-0.20％，Nb 0.025-0.035％，Al 0.025-0.050％，V 0.030-0.040％，Ti0.01-0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷、热处理工序。具体为冶炼、连铸工艺依次经过铁水脱硫预处理后进行转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理和连铸，铁水脱硫处理后硫含量控制在≤0.003％，转炉采用双渣法严格控制P的含量≤0.010％；LF精炼采用白渣操作脱硫脱氧，RH真空处理,真空度≤3.0mbar,真空时间≥25分钟，真空结束后进行钙处理；钙处理结束后静搅，静搅时间≥12分钟；连铸控制中包温度在液相线+(10-15)℃，不使用电磁搅拌。连铸成坯料后，将320mm厚度连铸坯进行加热，总在炉时间9-16min/cm，均热时间≥1.4min/cm，出钢温度1160-1200℃。加热后进行轧制，采用奥氏体再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，第一阶段粗轧终轧温度控制为1000～1100℃；第二阶段开轧温度为840-870℃，终轧温度为780～830℃，轧制后采用超快冷和层流冷却结合的方式进行冷却，返红温度为400-480℃，冷却后进行热处理，热处理具体为将100mm厚钢板加热到480-550℃之间，进行回火热处理，回火时间控制在(2.0-3.0)min/mm×100mm(钢板厚度)+50min。
用上述方法生产的钢板回火态组织为贝氏体和少量铁素体的复合组织，钢板的最大厚度为100mm。钢板的碳当量为0.34-0.38％，焊接裂纹敏感系数为0.14-0.18％，屈服强度为430-500MPa，抗拉强度为550-630MPa，延伸率＞21％，屈强比≤0.84。1/4板厚-40℃纵向冲击功≥250J。本发明中通过对100mm厚钢板控制合适的控轧控冷及回火热处理工艺，解决长期以来厚板性能不稳定的问题，回火热处理可以改善钢板的低温冲击韧性，但回火温度点选择不当，可出现回火脆性，当产生回火脆性时，钢板韧性明显降低。本发明通过低碳成分设计，保证钢板具有良好的焊接性能，并施以适当的控轧控冷及合理的回火热处理，保证钢板组织及性能均匀性，获得各项性能指标优良的桥梁用结构钢。
采用上述生产方法生产下列化学组成的100mm厚420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，主要化学成分(wt％)如表1所示；
表1 主要化学成分(wt％)
Figure BDA0001744341770000031
采用高温加热，奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制技术。粗轧阶段采用全纵轧、道次间大压下量轧制，此阶段进行奥氏体再结晶；精轧阶段采用低温未再结晶区轧制，精轧结束后，进行超快冷快速冷却。实施例1和2的出钢温度、粗轧终轧温度，精轧终轧温度和返红温度如表2所示；
表2 加热热轧制冷却工艺参数
Figure BDA0001744341770000041
轧制钢板空冷至室温后再进行回火热处理，热处理工艺参数如表3所示：
表3 回火热处理工艺参数
实施例 成品厚度(mm) 回火温度(℃) 回火时间(min)
实施例1 100 510 275
实施例2 100 521 325
实施例1和2的热轧态组织均为B+F+少量P，回火热处理后组织主要是B+F。图1为实施例2的100mm厚420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板热轧态试样厚度1/4处金相组织，主要为B+针状F+少量P。图2为实施例2的100mm厚420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板回火态试样厚度1/4处金相组织，组织主要为板条B+少量F。
本发明100mm厚的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板回火热处理后拉伸性能如表4所示，-40℃低温冲击如表5所示。本发明实施例1和2的钢板性能结果较好，屈服强度在430-500MPa，抗拉强度在550-630MPa之间，延伸率＞21％，屈强比≤0.84，1/4板厚-40℃纵向冲击功≥250J。性能结果优异且具有较强的可操作性。
表4 回火态拉伸性能
Figure BDA0001744341770000042
表5 回火态低温冲击性能
Figure BDA0001744341770000043

Claims (5)

1.一种厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其特征在于，其化学组成以质量百分数计包括：C 0.05-0.06％，Si 0.20-0.30％，Mn 1.50-1.60％，P≤0.012％，S≤0.005％，Ni 0.10-0.20％，Cr 0.15-0.20％，Nb 0.025-0.035％，Al 0.025-0.050％，V0.030-0.040％，Ti 0.01-0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质，所述钢板回火态组织为贝氏体和少量铁素体的复合组织，所述钢板的最大厚度为100mm；该钢板的生产方法的步骤包括：(1)将铁水经过脱硫处理后转炉冶炼、LF精炼和RH真空处理后连铸成坯料；(2)将坯料进行加热，加热出钢的温度为1160-1200℃；(3)对加热后的坯料采用奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，轧钢结束后采用超快冷和层流冷却结合的方式进行冷却，返红温度为400-480℃；将冷却后的钢板加热到480-550℃，进行回火热处理，回火时间t＝(2.0-3.0)min/mm×钢板厚度mm+50min。
2.根据权利要求1所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其特征在于，所述钢板的碳当量为0.34-0.38％，焊接裂纹敏感系数为0.14-0.18％，屈服强度为430-500MPa，抗拉强度为550-630MPa，延伸率＞21％，屈强比≤0.84。
3.根据权利要求1所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其特征在于，所述钢板的生产方法中步骤(1)中铁水脱硫处理后硫含量控制在≤0.003％，转炉采用双渣法控制P的含量≤0.010％，LF精炼采用白渣操作脱硫脱氧，RH真空处理的真空度≤3.0mbar,真空时间≥25分钟，真空结束后进行钙处理，钙处理结束后静搅，静搅时间≥12分钟，连铸控制中包温度在液相线+(10-15)℃。
4.根据权利要求3所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板，其特征在于，所述钢板的生产方法中步骤(2)中加热的时间为9-16min/cm，均热时间≥1.4min/cm。
5.根据权利要求3所述的厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板的，所述钢板的生产方法中步骤(3)中第一阶段粗轧终轧温度控制为1000～1100℃，第二阶段开轧温度为840-870℃，终轧温度为780～830℃。
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