CN109355559A - 一种低屈强比Q420qNH钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低屈强比Q420qNH钢板及其制备方法，其中所述钢板的成分按质量百分含量为：C：0.05‑0.07％、Si：0.20‑0.30％、Mn：1.25‑1.45％、P：≤0.015％、S：≤0.008％，Nb：0.025‑0.035％，Ti：0.008‑0.015％，Cu：0.25‑0.35％，Ni：0.3‑0.4％，Cr：0.4‑0.5％，Als：0.024‑0.034％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明获得的钢板具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、低温韧性、冷成型性能、焊接性能、可以免涂装使用，同时其制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低。

Description

一种低屈强比Q420qNH钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种低屈强比Q420qNH钢板及其制备方法。
背景技术
我国所使用的桥梁用钢从最开始的A3级逐步发展到了现在的Q500q甚至更高,传统的桥梁用钢不仅冲击韧性、焊接性、疲劳性等都不太理想，而且在耐大气、海洋腐蚀等性能上表现更差。随着现代桥梁跨度越来越大，设计时速越来越高，对桥梁结构的安全可靠性也越来越严格。这不仅对桥梁的设计者是一个巨大的挑战，对桥梁用钢的质量等级也会有更高的要求，不仅要具有高强度以满足结构轻量化要求，而且还应具有优良的低温韧性、焊接性、耐腐蚀性及疲劳性能，同时具备维护成本低、节能环保等特性，因此，综合上述性能的高性能耐候桥梁用钢的开发及应用成为桥梁用钢今后的发展趋势。
专利CN105779883A公布了一种485MPa级TMCP+回火耐候桥梁钢板及生产方法，经TMCP+回火工艺得到高强度、低温韧性优良、焊接性能良好的桥梁钢。但化学成分中添加了Mo、V合金元素，需要经过回火工序，增加了成本。
专利CN101403075A公布了一种屈服强度460MPa的桥梁钢板及其制备方法，经TMCP工艺得到高强度、低温韧性优良、焊接性能优良以及具有一定耐候性能的桥梁钢板。但耐腐蚀性能指数I≤6.0，不能免涂装使用。
专利CN105506450A公布了一种抗震耐候桥梁钢及其制造工艺，经冶炼-连铸-加热-控制控冷-回火工艺得到高强度、低屈强比、高韧性耐候桥梁用钢。但需要经过回火工序，增加了成本。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明的目的是提供一种屈服强度大于420MPa，具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、低温韧性、冷成型性能以及焊接性能的可以免涂装使用的耐候桥梁钢板。
本发明的另一目的是提供制备上述钢板的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
在本发明的一个方面，本发明提供一种低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.07％、Si：0.20-0.30％、Mn：1.25-1.45％、P：≤0.015％、S：≤0.008％，Nb：0.025-0.035％，Ti：0.008-0.015％，Cu：0.25-0.35％，Ni：0.3-0.4％，Cr：0.4-0.5％，Als：0.024-0.034％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，上述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.06％、Si：0.21-0.28％、Mn：1.25-1.27％、P：≤0.013％、S：≤0.003％，Nb：0.028-0.032％，Ti：0.011-0.012％，Cu：0.30-0.33％，Ni：0.32-0.35％，Cr：0.42-0.43％，Als：0.024-0.028％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，上述钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.85，-40℃纵向冲击功KV2≥120J。
优选地，上述钢板的焊接裂纹敏感性系数Pcm≤0.22％，耐腐蚀性能指数I≥6.0。
在本发明的另一方面，本发明提供了上述的低屈强比Q420qNH钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：冶炼和浇铸、加热和轧制以及冷却；其中所述冶炼和浇铸以上述的成分按质量配比进行真空冶炼，待熔化后进行浇铸。
优选地，上述加热的加热温度为1200℃-1220℃，时间≥240min；所述轧制包括奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，其中所述奥氏体再结晶区轧制的轧温度为1130-1180℃，第1-2道次压下量大于10％，随后有1-2道次压下率大于25％；所述奥氏体未再结晶区轧制的开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0-3.5倍成品厚度，终轧温度：830-850℃。
优选地，上述冷却首先采用层流冷却，以10-15℃/s的冷却速度冷却至610-630℃后采用冷床冷却。
基于以上技术方案，本发明采用低碳成分设计，降低了碳当量，保证了钢的焊接性能，控制P、S等有害元素含量，提高了低温韧性；添加微量合金元素Nb，有效抑制奥氏体晶粒长大，通过高温大压下，细化奥氏体晶粒，最终得到细小的晶粒组织，通过细晶强化和韧化作用提高钢的强度和低温韧性；添加耐腐蚀性合金Cu、Cr、Ni并控制一定比例，达到耐候特性，还可提高钢的强度；通过Ni/Cu控制，不仅可减少铸坯表面裂纹，还可提高钢的冲击韧性。
本发明的有益效果为：
通过合理的化学成分设计，并采取上述生产方法可以得到屈服强度大于420MPa，具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、低温韧性、冷成型性能以及焊接性能的可以免涂装使用的耐候桥梁钢板，同时具有制备工艺流程简单，生产周期短，生产成本低的特点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一个实施例的钢板的金相组织图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方法。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的材料和步骤进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明的目的是提供一种屈服强度大于420MPa，具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、低温韧性、冷成型性能以及焊接性能的可以免涂装使用的耐候桥梁钢板，将通过以下具体实施方式实现：
在本发明的第一实施方式中，本发明提供一种低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.07％、Si：0.20-0.30％、Mn：1.25-1.45％、P：≤0.015％、S：≤0.008％，Nb：0.025-0.035％，Ti：0.008-0.015％，Cu：0.25-0.35％，Ni：0.3-0.4％，Cr：0.4-0.5％，Als：0.024-0.034％，余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的一个优选实施例，上述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.06％、Si：0.21-0.28％、Mn：1.25-1.27％、P：≤0.013％、S：≤0.003％，Nb：0.028-0.032％，Ti：0.011-0.012％，Cu：0.30-0.33％，Ni：0.32-0.35％，Cr：0.42-0.43％，Als：0.024-0.028％，余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的一个优选实施例，上述钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.85，-40℃纵向冲击功KV2≥120J。
根据本发明的一个优选实施例，上述钢板的焊接裂纹敏感性系数Pcm≤0.22％，耐腐蚀性能指数I≥6.0。
根据本发明的一个优选实施例，上述钢板的金相组织以细小铁素体和珠光体为主。
本发明采用低碳成分设计，降低了碳当量，保证了钢的焊接性能，控制P、S等有害元素含量，提高了低温韧性；添加微量合金元素Nb，有效抑制奥氏体晶粒长大，通过高温大压下，细化奥氏体晶粒，最终得到细小的晶粒组织，通过细晶强化和韧化作用提高钢的强度和低温韧性；添加耐腐蚀性合金Cu、Cr、Ni并控制一定比例，达到耐候特性，还可提高钢的强度；通过Ni/Cu控制，不仅可减少铸坯表面裂纹，还可提高钢的冲击韧性。
在本发明的第二实施方式中，本发明提供了上述的低屈强比Q420qNH钢板的制备方法，所述方法包括：冶炼和浇铸、加热和轧制以及冷却；其中所述冶炼和浇铸以上述的成分按质量配比进行真空冶炼，待熔化后进行浇铸。在该实施例中，所述冶炼和浇铸步骤具体为：将准备好的低磷(≤0.010％)、低硫(≤0.005％)、低氧(≤0.0040％)、低氮(≤0.0060％)优质废钢和计算配好的其他合金加入实验室100kg真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为220×250×300mm的矩形钢坯。
根据本发明的一个优选实施例，上述加热和轧制中，所述加热的加热温度为1200℃-1220℃，时间≥240min；所述轧制包括奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，其中所述奥氏体再结晶区轧制的轧温度为1130-1180℃，第1-2道次压下量大于10％，随后有1-2道次压下率大于25％；所述奥氏体未再结晶区轧制的开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0-3.5倍成品厚度，终轧温度：830-850℃。在该实施例中，所述加热和轧制步骤具体为：用机械手将钢坯装入高温电阻炉中。加热温度1200℃～1220℃，总在炉时间≥240min，确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，用机械手将钢坯送往实验轧机。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时，开轧温度为1130～1180℃，第1-2道次压下量应大于10％，其次至少有1-2道次压下率控制在25％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时，此阶段的轧制使奥氏体伸长，晶界面积增加，同时变形导致晶粒内部导入大量的变形带，在其后γ→α相变时形核密度和形核点增多，晶粒进一步细化。设定开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0-3.5倍成品厚度，终轧温度：830-850℃。
根据本发明的一个优选实施例，控制轧制结束后，上述冷却首先采用层流冷却，以10-15℃/s的冷却速度冷却至610-630℃后采用冷床冷却。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1210℃，总在炉时间252分钟，在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1176℃，第1～2道次压下量应大于10％，其次至少有1～2道次压下率控制在25％以上，当轧件厚度为45mm时，在辊道上待温至930℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为830℃，成品钢板厚度为14mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以10℃/s的速度冷却至630℃，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1220℃，总在炉时间保温256分钟，第一阶段轧制的开轧温度为1175℃，中间坯厚度为60mm，第二阶段轧制的开轧温度为925℃，终轧温度为836℃，成品钢板厚度为20mm。轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以12℃/s的速度冷却至620℃，最后即可得到所述钢板。如图1所示，示出了该实施例获得的钢板的金相组织，从图中可以明显看到本发明获得的钢板的金相组织以细小铁素体和贝氏体为主，并且晶粒密集且细化，使得本发明制备得到的钢板具有较强的强度和低温韧性。
实施例3：
实施方式同实施例1，其中加热温度为1226℃，总在炉时间260分钟；第一阶段轧制的开轧温度为1180℃，中间坯厚度为80mm；第二阶段轧制的开轧温度为930℃，终轧温度为850℃，成品钢板厚度为40mm；轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以15℃/s的速度冷却至610℃，最后即可得到所述钢板。
表1：本发明实施例1-3的化学成分及质量百分含量(％)
实施 C Si Mn P S Nb Ti Cu Ni Cr Als
1 0.06 0.21 1.25 0.013 0.002 0.028 0.012 0.30 0.35 0.43 0.025
2 0.06 0.25 1.27 0.012 0.003 0.030 0.011 0.33 0.32 0.42 0.024
3 0.06 0.28 1.26 0.010 0.002 0.032 0.011 0.32 0.33 0.43 0.028
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2。
表2：本发明实施例1-3的钢板的力学性能
本发明实施例所涉及的桥梁钢均满足屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.85，-40℃纵向冲击功KV2≥120J。
表3为本发明实施例1-3的钢板焊接裂纹敏感性系数Pcm和耐腐蚀性能指数I。其中焊接裂纹敏感系数Pcm值越小，表明钢的焊接性能越好，焊接时不易产生焊接冷裂；耐腐蚀性能指数I越大，表明耐腐蚀性能越好。
表3：本发明实施例1-3钢板焊接裂纹敏感性系数Pcm和耐腐蚀性能指数I
由上表3可以明显看到，本发明实施例1-3中各钢板的焊接裂纹敏感系数都满足Pcm≤0.22，表明钢的焊接性能越好，焊接时不易产生焊接冷裂纹；耐腐蚀性能指数均满足I≥6.0，表明本发明得到的钢板耐腐蚀性能良好，钢板具备免涂装使用条件。
从上述实施例结果可知，本发明的可以用于耐候桥梁钢的钢板具有优良的力学性能，尤其是其低温韧性，同时具有良好的焊接性能和耐大气腐蚀性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.07％、Si：0.20-0.30％、Mn：1.25-1.45％、P：≤0.015％、S：≤0.008％，Nb：0.025-0.035％，Ti：0.008-0.015％，Cu：0.25-0.35％，Ni：0.3-0.4％，Cr：0.4-0.5％，Als：0.024-0.034％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的成分按质量百分含量为：
C：0.05-0.06％、Si：0.21-0.28％、Mn：1.25-1.27％、P：≤0.013％、S：≤0.003％，Nb：0.028-0.032％，Ti：0.011-0.012％，Cu：0.30-0.33％，Ni：0.32-0.35％，Cr：0.42-0.43％，Als：0.024-0.028％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.85，-40℃纵向冲击功KV2≥120J。
4.权利要求1或2所述的低屈强比Q420qNH钢板，其特征在于，所述钢板的焊接裂纹敏感性系数Pcm≤0.22％，耐腐蚀性能指数I≥6.0。
5.权利要求1-4中任一项所述的低屈强比Q420qNH钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：冶炼和浇铸、加热和轧制以及冷却；其中所述冶炼和浇铸以权利要求1-4中任一项所述的成分按质量配比进行真空冶炼，待熔化后进行浇铸。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热和轧制中，所述加热的加热温度为1200℃-1220℃，时间≥240min；所述轧制包括奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，其中所述奥氏体再结晶区轧制的轧温度为1130-1180℃，第1-2道次压下量大于10％，随后有1-2道次压下率大于25％；所述奥氏体未再结晶区轧制的开轧温度≤930℃，中间坯厚度：2.0-3.5倍成品厚度，终轧温度：830-850℃。
7.权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却首先采用层流冷却，以10-15℃/s的冷却速度冷却至610-630℃后采用冷床冷却。
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