CN110184526A - 一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板及其制造方法 - Google Patents

一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板，钢板抗拉强度(Rm)≥530MPa、低屈强比(YS)≤0.81、钢板内应力低，各方向组织、性能均匀、钢板最厚达到100mm。产品是由连铸坯经控制轧制、ACC冷却生产出钢板，而后对钢板进行特殊的正火处理，钢板正火温度为850℃～900℃，该正火温度需满足钢板微观组织由珠光体和铁素体完全转变到奥氏体所需温度以上10℃～30℃，加热时间1.4min/mm～2.0min/mm；合理设计加热炉各段温度，出炉后在静止空气中冷却，即可获得本申请性能优异的正火型高性能桥梁钢板。

Description

一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板 及其制造方法
技术领域
本发明属于桥梁结构钢冶金技术领域，具体涉及屈服强度370MPa级及以下钢级的低屈强比桥梁钢及其制造方法。
背景技术
随着我国桥梁建设向大跨度、重载荷、长寿命、抗震等方向新的发展，桥梁建造所用材料—钢板，也逐步向高强度、高韧性、低屈强比(YS)方向发展，同时对钢板性能、组织均匀性也提出较高要求，从使用出发，要求钢板内部应力要小。正火型桥梁钢以其性能、组织均匀，屈强比(YS)低，内应力小，使用性能好等优势仍然是屈服强度(ReL)370MPa级钢板的重要选择方向。
对于屈服强度(ReL)370MPa级钢板，获得低的屈强比难度较大，且对于此类钢的大规格形态还需要确保其组织、性能的均匀性，尤其是厚度方向上的均匀的韧性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种正火型低屈强比桥梁钢板，具体是涉及屈服强度370MPa及以下钢级的桥梁钢，具有低屈强比、高韧性，钢板不同部位组织、性能均匀的优点，厚度可达100mm。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计包括C：0.08％～0.18％，Si：0.05％～0.45％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％，Ni：0.03％～0.30％，Cr:0.03％～0.30％，Cu:0.03％～0.30％，Nb：0.005％～0.060％，Alt：≥0.020％，Ti：0.006％～0.030％，V:0.002％～0.080％，Ca：0.0010％～0.0030％，N：0.0020％～0.0080％，厚度≤50mm时，CEV≤0.43，厚度＞50mm时，CEV≤0.45，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板全断面为正常的铁素体珠光体组织。
进一步地，上述桥梁钢板的抗拉强度(Rm)≥530MPa、低屈强比(YS)≤0.81(抗震能力强)、钢板为正火产品、钢板内应力低，各方向组织、性能均匀：同板强度差≤30MPa、钢板最厚达到100mm。
本申请另外提供上述屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，包括如下步骤
(1)原料经转炉初炼、LF精炼、RH真空精炼和板坯连铸机生产出连铸坯；
(2)连铸坯经控制轧制、ACC冷却生产出钢板，钢板最大厚度为100mm。控制轧制、ACC冷却的主要目的是细化钢板组织，形成足够的强度储备，为正火工序提供优良的微观组织基础。
轧制分两阶段进行，第一阶段轧到成品钢板厚度的2倍以上停止，控制轧制过程钢板温度在900℃～1050℃，实现轧制过程钢板内部不断再结晶达到组织细化；第二阶段轧到成品钢板厚度，根据成品钢板厚度，对应控制第二阶段开始变形温度在820℃～930℃，保证终轧温度740℃～800℃，主要是增加钢板内部微观组织的变形率。
控轧后进入ACC冷却，完成微观组织从奥氏体到珠光体和铁素体的转变，冷却速度控制在4℃/s～12℃/s，终冷温度控制在560℃～680℃。
通过在第二阶段轧制的变形带上形核增加形核率从而大幅度细化组织并使钢板具有足够的强度储备。ACC冷却后组织主要为珠光体和铁素体组织，表面会出现少量贝氏体组织，该少量贝氏体组织可在下一步正火工序中消除。
(3)对钢板进行正火处理，正火是本发明的重点工序过程。传统的正火是将钢加热到临界温度AC3以上30℃～50℃，保温一定时间使之充分奥氏体化后，然后出炉冷却的工艺，然而，随开发钢板厚度的增大，单纯静止空气中冷却的工艺已很难满足一些高强度或大厚度钢板性能要求，人们开发了风冷、水冷到一定温度后再在静止空气中冷却的工艺。但风冷、水冷往往造成钢板性能不均匀、内应力大幅增加、表面出现贝氏体等异常组织的问题，这与正火降低钢板内应力、均匀组织均匀性能的初衷相悖。
本发明根据钢板的相变点和CCT曲线，根据钢板厚度(对应适当成分和控制轧制工艺)，确定钢板正火温度为840℃～900℃，加热到钢板微观组织由珠光体和铁素体完全转变到奥氏体所需的温度以上10℃～30℃，只要克服加热过程的温度迟滞效应达到相变即可，尽量降低加热温度避免晶粒长大和抵消控轧对强度的贡献(与传统正火和当前大多厚钢板正火后快速冷却(风冷、水冷)相比，本发明主要是降低了加热温度，该温度下钢板部分保留了控轧对细晶和强度的贡献)，加热时间1.4min/mm～2.0min/mm，合理设计加热炉各段温度，加热炉前部区段依次低于钢板正火温度0～350℃，中、后部区段设定温度达到钢板正火温度，钢板缓慢升温，保证钢板实际温度达到正火设定温度后保温0.1min/mm～0.5min/mm，满足钢板强韧性要求(既达到正火细化组织，又达到适当保留控轧对强度贡献，满足钢板强度要求，缓慢升温有助于降低钢板应力)，出炉后在静止空气中冷却，实现钢板全断面为正常的铁素体珠光体组织。晶粒细化、均匀，强度、韧性满足要求，屈强比(YS)低，同时钢板内应力很小。
本发明钢板的化学成分设计采用低碳当量(CEV)提高钢板焊接性能，适量碳和Nb、V、Ni、Cr、Cu等合金元素配比，结合合理的正火及正火后空冷工艺，解决钢板强度、韧性、塑性、低屈强比(YS)等性能问题，Al、Ti分别细化钢板生产不同工序阶段的组织，Si、Al、Ca结合脱氧，保证完全镇静钢，保证钢质纯净，极低的P、S等有害元素含量，Ca处理改善钢中残留夹杂物形态，提高钢板综合性能。最终达到钢板高强度、高韧性、低屈强比(YS)，内应力低，组织及各方向组织、性能均匀(同板强度差≤30MPa)的优势。可广泛用于大型桥梁钢结构的制造。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
⑴、钢板轧坯采用特殊的正火空冷工艺生产，内应力低，各方向组织、性能均匀，同板强度差≤30MPa；
⑵、钢板强度高(抗拉强度(Rm)≥530MPa)、韧性高(-40℃冲击吸收能≥120J)、屈强比(YS)低(≤0.81)，具有优越的桥梁钢使用特性；
⑶、钢板厚度可达100mm。
附图说明
图1为30mm厚Q370qE钢板表面金相组织(实施例一)；
图2为30mm厚Q370qE钢板厚度1/4处金相组织(实施例一)；
图3为100mm厚Q370qE钢板厚度表面金相组织(实施例二)；
图4为100mm厚Q370qE钢板厚度1/4处金相组织(实施例二)。
图5为30mm厚Q370qE钢板表面金相组织(对比例一)；
图6为30mm厚Q370qE钢板厚度1/4处金相组织(对比例一)
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
本实施例的钢种牌号Q370qE，钢板厚度30mm。其是由以下质量百分数的组分熔炼而成，C：0.14％，Si：0.25％，Mn：1.43％，P：0.010％，S：0.002％，Ni：0.12％，Cr:0.06％，Cu:0.10％，Nb：0.029％，Alt：0.028％，Ti：0.016％，V:0.005％，Ca：0.0012％，N：0.0039％，CEV：0.41，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板生产方法的步骤如下：
⑴、铁水经KR预处理，然后在150t BOF顶底复吹转炉初炼，初炼终点碳含量为0.04％，终点磷含量0.008％，终点温度为1650℃，然后进行精炼，精炼包括LF精炼和RH真空精炼，精炼后浇铸成370mm厚连铸坯，连铸坯经控制轧制，第一阶段轧到70mm，控制轧制过程钢板温度在900℃～1050℃，第二阶段开始变形温度870℃，终轧温度790℃，然后进入ACC冷却，冷却速度8℃/s，终冷温度630℃，生产出钢板，钢板厚度30mm，组织主要为珠光体和铁素体组织，表面约5mm出现贝氏体组织，从表面向中心贝氏体量逐渐减少。
⑵、正火，钢板正火温度870℃，加热时间1.6min/mm，合理设计各段温度，加热炉前部5个区段温度依次为550℃、600℃、700℃、750℃、800℃，第6～第12区段温度设定为870℃，控制加热炉内气氛，出炉后在静止空气中冷却。
本实施例屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板质量性能如下：
⑴、钢板性能见下表：
Q370qE-Z35钢板母材性能
⑵、钢板组织
参见图1和图2，产品全断面为铁素体珠光体组织，晶粒细小、均匀。
实施例二
本实施例的钢种牌号Q370qE，钢板厚度100mm。其是由以下质量百分数的组分熔炼而成，C：0.16％，Si：0.37％，Mn：1.54％，P：0.009％，S：0.001％，Ni：0.23％，Cr:0.02％，Cu:0.07％，Nb：0.038％，Alt：0.031％，Ti：0.021％，V:0.031％，Ca：0.0018％，N：0.0029％，CEV：0.45，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板生产方法的步骤如下：
⑴、铁水经KR预处理，然后在150t BOF顶底复吹转炉初炼，初炼终点碳含量为0.06％，终点磷含量0.008％，终点温度为1655℃，然后进行精炼，精炼包括LF精炼和RH真空精炼，精炼后浇铸成450mm厚连铸坯，连铸坯经控制轧制连铸坯经控制轧制，第一阶段轧到200mm，控制轧制过程钢板温度在920℃～1050℃，第二阶段开始变形温度820℃，终轧温度800℃，然后进入ACC冷却，冷却速度6℃/s，终冷温度580℃，生产出钢板，钢板厚度100mm，组织主要为珠光体和铁素体组织，表面约10mm出现贝氏体组织，从表面向中心贝氏体量逐渐减少。
⑵、正火，钢板正火温度850℃，加热时间1.7min/mm，合理设计各段温度，加热炉前部5个区段温度依次为620℃、670℃、700℃、750℃、800℃，第6～第12区段温度设定为850℃，控制加热炉内气氛，出炉后在静止空气中冷却。
本实施例屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板质量性能如下：
⑴、钢板性能见下表：
Q550D-Z35钢板母材性能
(2)钢板组织
参见图3、4，产品全断面为铁素体珠光体组织，晶粒细小、均匀。
对比例一
对比例钢种牌号Q370qE，钢板厚度30mm。其是由以下质量百分数的组分熔炼而成，C：0.13％，Si：0.20％，Mn：1.45％，P：0.010％，S：0.001％，Ni：0.11％，Cr:0.04％，Cu:0.04％，Nb：0.024％，Alt：0.029％，Ti：0.014％，V:0.030％，Ca：0.0009％，N：0.0032％，CEV：0.40，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板生产方法的步骤如下：
⑴、铁水经KR预处理，然后在150t BOF顶底复吹转炉初炼，初炼终点碳含量为0.05％，终点磷含量0.006％，终点温度为1640℃，然后进行精炼，精炼包括LF精炼和RH真空精炼，精炼后浇铸成370mm厚连铸坯，连铸坯经控制轧制，第一阶段轧到70mm，控制轧制过程钢板温度在900℃～1050℃，第二阶段开始变形温度930℃，终轧温度870℃，然后进入ACC冷却，冷却速度9℃/s，终冷温度660℃，生产出钢板，钢板厚度30mm，组织主要为珠光体和铁素体组织，表面约5mm出现贝氏体组织，从表面向中心贝氏体量逐渐减少。
⑵、正火，钢板正火温度920℃，加热时间1.8min/mm，加热炉前部5个区段温度依次为700℃、750℃、800℃、850℃、920℃，第6～第12区段温度设定为920℃，控制加热炉内气氛，出炉后在静止空气中冷却。
屈服强度(ReL)370MPa级桥梁钢板质量性能如下：
⑴、钢板性能见下表：
Q370qE-Z35钢板母材性能
(2)钢板组织
参见图5、6，产品为铁素体珠光体组织，晶粒较粗大。
由于正火温度、加热时间偏离本发明，控制轧制工艺虽在本发明范围内，但对于本厚度(30mm)来说，控轧温度偏高(厚度规格与控轧温度对应)，终轧温度高，钢板组织仍然是铁素体珠光体组织，但晶粒较粗大，没有足够保留本发明控制轧制、ACC冷却造成钢板强度(包括屈服强度和抗拉强度)偏低、不合格，同时冲击韧性降低。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计包括C：0.08％～0.18％，Si：0.05％～0.45％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％，Ni：0.03％～0.30％，Cr:0.03％～0.30％，Cu:0.03％～0.30％，Nb：0.005％～0.060％，Alt：≥0.020％，Ti：0.006％～0.030％，V:0.002％～0.080％，Ca：0.0010％～0.0030％，N：0.0020％～0.0080％，厚度≤50mm时，CEV≤0.43，厚度＞50mm时，CEV≤0.45，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板全断面为正常的铁素体珠光体组织。
2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于：钢板抗拉强度(Rm)≥530MPa、低屈强比(YS)≤0.81、钢板正火后得到产品、钢板内应力低，各方向组织、性能均匀：同板强度差≤30MPa、钢板最厚达到100mm。
3.一种屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)原料经转炉初炼、LF精炼、RH真空精炼和板坯连铸机生产出连铸坯；
(2)连铸坯经控制轧制、ACC冷却生产出钢板，钢板最大厚度为100mm，ACC冷却后钢板的组织主要为珠光体和铁素体组织，表面出现少量贝氏体组织；
(3)对钢板进行正火处理，根据钢板的相变点和CCT曲线，钢板厚度并结合对应适当成分和控制轧制工艺，确定钢板正火温度为850℃～900℃，并满足钢板微观组织由珠光体和铁素体完全转变到奥氏体所需温度以上10℃～30℃，加热时间1.4min/mm～2.0min/mm；合理设计加热炉各段温度，出炉后在静止空气中冷却，最终钢板全断面为正常的铁素体珠光体组织。
4.根据权利要求3所述的屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：钢板分两阶段控制轧制，根据成品钢板厚度对应控制轧制过程钢板温度，控制两阶段钢板变形量，控制终轧温度，实现钢板组织细化、产生变形带。
5.根据权利要求4所述的屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：基于厚度设置轧制分两阶段进行：第一阶段轧到成品钢板厚度的2倍以上停止，控制轧制过程钢板温度在900℃～1050℃，实现轧制过程钢板内部不断再结晶达到组织细化；第二阶段轧到成品钢板厚度，根据成品钢板厚度，对应控制第二阶段开始变形温度在820℃～930℃，保证终轧温度740℃～800℃，其目的是增加钢板内部微观组织的变形率。
6.根据权利要求3所述的屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：ACC冷却，冷却速度控制在4℃/s～12℃/s，终冷温度控制在560℃～680℃，完成微观组织从奥氏体到珠光体和铁素体的转变，冷却速度控制在4℃/s～12℃/s，终冷温度控制在560℃～680℃，ACC冷却后钢板的组织主要为珠光体和铁素体组织，表面出现少量贝氏体组织，该少量贝氏体组织可在下一步正火工序中消除。
7.根据权利要求3所述的屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：正火加热炉前部区段依次低于钢板正火温度0～350℃，中、后部区段设定温度达到钢板正火温度，钢板缓慢升温，保证钢板实际温度达到正火设定温度后保温0.1min/mm～0.5min/mm，满足钢板强韧性要求，控制加热炉内的气氛，控制炉内氧压，减小钢板表面氧化。
8.根据权利要求3所述的屈服强度370MPa及以下钢级的正火型低屈强比桥梁钢板的制造方法，其特征在于：钢板的化学成分为C：0.08％～0.18％，Si：0.05％～0.45％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％，Ni：0.03％～0.30％，Cr:0.03％～0.30％，Cu:0.03％～0.30％，Nb：0.005％～0.060％，Alt：≥0.020％，Ti：0.006％～0.030％，V:0.002％～0.080％，Ca：0.0010％～0.0030％，N：0.0020％～0.0080％，厚度≤50mm时，CEV≤0.43，厚度＞50mm时，CEV≤0.45，余量为Fe和不可避免的杂质。
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