CN109957706A - 一种325MPa桥梁防落粱用圆钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种325MPa桥梁防落粱用圆钢及其制造方法，该圆钢成分按重量百分比计如下：C0.05％～0.08％、Si0.40％～0.50％、Mn1.4％～1.7％、Nb0.02％～0.04％、Ti0.02％～0.04％、Al0.01％～0.04％、Ni0.2％～0.5％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免杂质。制造方法包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—加热－轧制，采用本发明生产的桥梁防落粱圆钢直径≥130mm，纵向屈服强度275～375MPa，纵向延伸率A≥30％，屈强比≤0.75，‑40℃纵向冲击功均值≥200J，满足桥梁防落粱装置所要求的各项性能。

Description

一种325MPa桥梁防落粱用圆钢及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种325MPa桥梁防落粱用圆钢及其制造方法。

背景技术

随着我国城市建设的高速发展和钢结构桥梁疲劳、焊接、振动及桥梁上下结构设计、制造、施工等方面的技术日益成熟与发展，钢结构桥梁已广泛应用于铁路、公路、公铁两用桥及人形天桥。为了保证公路桥梁设施的完好，发挥其在抗震救灾中的作用，需要对桥梁进行抗震设计。桥梁防落粱是一种用于桥梁的抗震、防止梁体坠落或脱开的链接措施构造，包括设置在相邻梁体之间和桥台与梁体之间的连杆装置，在桥梁全长方向上形成至少一连柔性链接体系，连杆装置由连杆阻尼器构成。其主要思想是除在桥梁上安装限位装置外，还需安装连梁装置，在超出预期强度的地震力作用下，支座可以被破坏、但不可以落梁。根据相关桥梁钢结构设计规范和抗震要求，桥梁防落粱连杆装置为圆钢结构，并且对圆钢的各项性能都有严格要求，不仅要求圆钢具有较好的延伸率和较低的屈强比，并且强度要求在一定范围内波动，在寒冷地区使用时还需要求-40℃冲击功≥34J要求。虽然在本发明之前已有多个关于圆钢的发明专利，以下简单介绍与本发明较为接近的几个：

专利《一种圆钢的轧制方法》(申请号201310103978.6)该专利公开了一种圆钢的轧制方法，包括将坯料依次进行粗轧、中轧、预精轧、精轧以及减定机组轧制，其中，精轧机组由8架轧机组成，减定径机组由2架减径机和2架定径机组成，在生产Φ8、Φ10、Φ12mm规格的圆钢时，空过减径机，轧件从精轧出口直接进定径机组。本发明的轧制方法有效地解决了在Φ8、Φ10、Φ12mm规格圆钢的生产中经常出现轧机卡钢事故，减少了堆钢事故，节省生产调整时间，并能保证产品尺寸满足GB/T14981-2004标准C级精度的要求。该发明专利主要介绍了小直径圆钢的轧制方法，并没有详细说明该圆钢的制造方法及相关性能。

发明《一种大圆钢的生产工艺》(申请号200810159861.9，)是以钢水为原料，经连铸得到弧矩形方坯，然后加热、除磷、粗轧、精轧、冷却、精整，完成生产过程。相比于使用连铸大方坯生产大圆钢的工艺而言，钢材质量好，轧制道次少，轧制过程简单，成材率高。该发明主要介绍一种用弧矩形钢坯生产大圆钢的生产工艺，提高大圆钢的生产质量，降低消耗和成本，该发明只针对圆钢的生产工艺进行说明，并没有针对该圆钢具体成分和性能进行说明，所述产品不能满足桥梁放落梁用钢性能要求。

专利《一种圆钢及其生产工艺》(申请号：200910232220.6)公开的圆钢陈分为：C：0.12％～0.20％，Si：≤0.40％，Mn：1.10％～1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：0.15％～0.35％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.30％，余量是Fe。生产工艺包括以下工序：转炉/电炉冶炼、LF精炼、CCM连铸、高线/棒材轧制。添加0.15％～0.35％的Cr元素，保证轧制的圆钢在冷拉拔条件下具有良好的韧性，并在热加工后具有合适的强度，各项性能均达到了技术条件的要求：屈服强度≥325Mpa，抗拉强度：500～640MPa，延伸率≥25％。不足之处在于该专利所述圆钢C含量较高，且添加Cr、Cu等合金元素，对圆钢低温冲击性能不利，该圆钢屈服强度≥325Mpa，不能满足抗震结构用钢的屈服强度范围，并且该圆钢没有提及冲击性能。

专利《一种弹簧钢圆钢及其生产工艺》(申请号：201010264230.0)公开的弹簧钢圆钢成分C：0.56％～0.64％，Si：1.60～2.00％，Mn：0.70％～1.00％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：0.15％～0.35％，Ni：≤0.35％，Cu：≤0.25％，余量是Fe。生产工艺，包括以下工序：转炉或电炉冶炼、LF精炼、VD脱气、CCM连铸和棒材轧制。本发明的弹簧钢圆钢除具有一般圆钢合金元素含量低，脱碳倾向小，回火稳定性良好，热加工性能好、成本低，热处理后性能优良等特点，同时，轧后空冷条件下具有良好的冷加工性能。该专利所述圆钢属于高C钢，屈服强度为560～1450MPa，延伸率为6～8.5％，不能满足抗震性能要求。

专利《一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺》(申请号：201510543183.6)公开的圆钢中Al：0.70％～1.20％。制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序步骤。采用本发明生产的高铝合金结构圆钢，成本低廉、其纯净度极高、铝的吸收率高，达到95％以上、可浇性好，不需要进行钙处理，可连浇12～15炉，大大提高了生产效率、圆钢的表面质量良好，解决了目前生产的高铝合金结构圆钢存在的连浇性不好、易出现结瘤、铝的吸收率不高、收得率不稳定、纯净度不高、圆钢表面质量不好、质量不稳定等技术难题。该发明专利主要介绍了一种高铝合金结构圆钢的高效生产工艺，添加较高的铝元素，冶炼工艺复杂，最终性能不能满足桥梁防落粱结构用钢要求。

文献《高速铁路桥梁实体圆钢吊杆疲劳性能和承载能力试验研究.》[J](建筑结构,2013,(10):26-30)公开了了一种高速铁路拱桥实体圆钢吊杆的抗疲劳性能和承载能力，文中没有说明该圆钢的制造方法和力学性能，不能生产出满足相关性能的桥梁防落粱用钢，与本发明专利不同。

以上文献中公开的专利大都是介绍一种圆钢的轧制方法或冶炼工艺，或者所述发明圆钢的强度过高、延伸率较低，没有低温韧性相关性能，不能满足桥梁防落梁装置相关性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种满足桥梁防落梁装置相关性能的325MPa桥梁防落粱用圆钢及其制造方法。

本发明目的是这样实现的：

一种325MPa桥梁防落粱用圆钢，该圆钢的成分按重量百分比计如下：C 0.05％～0.08％、Si 0.40％～0.50％、Mn 1.4％～1.7％、Nb 0.02％～0.04％、Ti 0.02％～0.04％、Al 0.01％～0.04％、Ni 0.2％～0.5％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

所述圆钢直径≥130mm，纵向屈服强度可达到275～375MPa，纵向延伸率A≥30％，屈强比≤0.75，-40℃纵向冲击功均值≥200J。

本发明成分设计理由如下：

C：是保证强度的必要元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显的作用，为了保证钢的强度需要0.05％以上的C含量，但是过高的C含量对钢的延伸性及韧性有负面影响，且强度容易偏高，从经济性和产品性能角度考虑，C的含量不宜超过0.08％，范围控制在0.05％～0.08％。

Si：是炼钢过程中主要的脱氧元素，为了得到充分的脱氧效果及保证钢的延伸性能，将Si的含量控制在大于等于0.4％，但过高的Si含量将会降低母材及焊接部分的韧性，范围控制在0.40％～0.50％。

Mn：主要作用是固溶强化和脱氧，也是保证钢板强度和韧性的必要元素，同时也能改善韧性，但Mn过多时会使强度过高，并且对低温韧性不利，因此钢中Mn含量在1.4％～1.7％。

Nb、Al：主要作用是抑制加热时晶粒长大，同时起固溶和析出强化的作用，Nb、Al配合脱氧可以减少强度的增加过多，增强Nb脱氧产物的有益作用，但需要控制加入量和配合适当制造工艺避免形成过多夹杂物和尺寸较大的第二相粒子，Nb范围控制在0.02％～0.04％、Al范围控制在0.01％～0.04％。

Ti：在普通低合金钢中会细化晶粒、提高圆钢塑性和韧性，在轧制过程中会形成C、N化物，提高钢板强度，但含量过高作用不明显且增加成本，因此Ti的范围控制在0.02％～0.04％。

Ni：提高强度，有利于改善低温韧性和耐腐蚀性能；Ni还可以延迟珠光体转变，促进中温转变组织形成，降低厚规格圆钢冷速限制。但Ni价格较高，Ni范围控制在0.2％～0.5％。

P、S：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但要求过低会增加生产成本，本发明的P≤0.020％、S≤0.005％。

圆钢最终微观组织为铁素体+珠光体的复合组织为主，其中铁素体体积百分比在60％～80％。钢板具有较窄的屈服范围，较低的屈强比，良好的塑性和韧性，焊接性能满足制作桥梁防落粱装置的要求。本发明技术方案之二是提供一种325MPa桥梁防落粱用圆钢的制造方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—加热－轧制－矫直，

首先进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围；加Nb、Ti微合金化。连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析。

加热：方坯经清理后装炉加热，加热段温度1180℃～1100℃；均热段温度为1050℃～1130℃，均热段时间为0.2～0.4min/mm，加热总时间为0.8～1.2min/mm。连铸坯清理可有效减少表面缺陷，较低的均热温度及较短的加热时间可以有效的保证奥氏体晶粒过度长大、粗化，同时保证合金元素的固溶效果，加热时间可以保证坯料温度的均匀性。

轧制：轧制时采用两阶段控轧，第一阶段进粗轧机温度970℃～1020℃；第二阶段开轧温度860℃～940℃，终轧温度控制在780℃～850℃，轧后空冷。较低的终轧温度可以使晶粒细化，提高圆钢的低温冲击性能。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明以低C、低Si为基础，重点利用Nb、Ti元素抑制奥氏体晶粒长大和在奥氏体转变过程中的促进形核作用来细化晶粒，控制厚度心部组织，配以与之相应的独特的生产工艺，获得了综合性能优异的325MPa级别桥梁防落粱用圆钢。

(2)本发明的精炼、连铸工艺方案有效改善了铸坯质量，从而提高最终产品性能。

(3)本发明利用独特的低温轧制工艺获得强塑韧性匹配良好的微观组织结构，有效提高产品性能。

(4)本发明所述325MPa桥梁防落粱圆钢直径≥130mm，纵向屈服强度可达到275～375MPa，纵向延伸率A≥30％，屈强比≤0.75，-40℃纵向冲击功均值≥200J，微观组织以铁素体+部分珠光体的复合组织为主，其中，铁素体体积百分比在60％～80％，可以满足桥梁防落粱装置所要求的各项性能。

附图说明

图1为本发明实施例1显微组织金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—加热－轧制－矫直。

进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围；加Nb、Ti微合金化。连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析。

加热：方坯经清理后装炉加热，加热段温度1180℃～1100℃；均热段温度为1050℃～1130℃，均热段时间为0.2～0.4min/mm，加热总时间为0.8～1.2min/mm；

轧制：轧制时采用两阶段控轧，第一阶段进粗轧机温度970～1020℃；第二阶段开轧温度860℃～940℃，终轧温度控制在780～850，轧后空冷。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的加热工艺参数见表2。本发明实施例钢的轧制工艺参数见表3。本发明实施例钢的热轧态力学性能见表4。

表1本发明实施例钢的成分(wt，％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	Ni
										例1	0.051	0.40	1.41	0.013	0.003	0.012	0.021	0.031	0.21
例2	0.063	0.42	1.46	0.011	0.002	0.034	0.028	0.034	0.26
										例3	0.070	0.44	1.65	0.012	0.005	0.039	0.035	0.021	0.42
例4	0.054	0.46	1.52	0.014	0.004	0.022	0.038	0.024	0.38
										例5	0.068	0.41	1.48	0.013	0.002	0.025	0.031	0.032	0.35
例6	0.065	0.43	1.67	0.012	0.004	0.018	0.024	0.036	0.41
										例7	0.072	0.43	1.54	0.014	0.005	0.023	0.031	0.025	0.49
例8	0.079	0.48	1.61	0.011	0.002	0.015	0.025	0.022	0.32

表2本发明实施例钢的加热工艺参数

实施例	加热温度/℃	均热温度/℃	均热段时间min/mm	加热总时间min/mm
					1	1128	1068	0.20	0.81
2	1155	1126	0.25	0.86
					3	1142	1105	0.35	1.18
4	1179	1087	0.23	0.95
					5	1164	1093	0.25	1.06
6	1106	1074	0.21	0.92
					7	1134	1052	0.38	1.19
8	1139	1115	0.32	1.14

表3本发明实施例钢的轧制工艺参数

表4本发明实施例钢的热轧态力学性能

由上可见，本发明所述325MPa桥梁防落粱圆钢直径≥130mm，纵向屈服强度可达到275～375MPa，纵向延伸率A≥30％，屈强比≤0.75，-40℃纵向冲击功均值≥200J，微观组织以铁素体+部分珠光体的复合组织为主，其中，铁素体体积百分比在60％～80％，可以满足桥梁防落粱装置所要求的各项性能。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种325MPa桥梁防落粱用圆钢，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.05％～0.08％、Si 0.40％～0.50％、Mn 1.4％～1.7％、Nb 0.02％～0.04％、Ti 0.02％～0.04％、Al 0.01％～0.04％、Ni 0.2％～0.5％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述一种325MPa桥梁防落粱用圆钢，其特征在于，所述圆钢直径≥130mm，纵向屈服强度可达到275～375MPa，纵向延伸率A≥30％，屈强比≤0.75，-40℃纵向冲击功均值≥200J。

3.一种权利要求1或2所述的一种325MPa桥梁防落粱用圆钢的制造方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—加热－轧制－矫直，其特征在于：

加热：方坯经清理后装炉加热，加热段温度1180℃～1100℃；均热段温度为1050℃～1130℃，均热段时间为0.2～0.4min/mm，加热总时间为0.8～1.2min/mm；

轧制：轧制时采用两阶段控轧，第一阶段进粗轧机温度970℃～1020℃；第二阶段开轧温度860℃～940℃，终轧温度控制在780℃～850℃，轧后空冷。