CN111500938B - 一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的生产方法，槽钢的化学成分按重量百分比为：C 0.120％～0.200％，Si 0.30％～0.50％，Mn 0.90％～1.10％，V 0.040％～0.070％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0080％～0.0120％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；生产工艺包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制和冷却过程。本发明根据槽钢的力学性能要求进行化学成分、生产工艺设计，使槽钢满足用户使用要求；通过轧制在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用的坡口，从而省去了后期加工焊接坡口的工序，缩短了施工周期。

Description

一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢及生产方法
技术领域
本发明涉及槽钢生产技术领域，尤其涉及一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢及其生产方法。
背景技术
槽钢是一种复杂断面型钢，在钢结构工程中广泛应用。槽钢在使用过程中要求其具有较好的焊接性能及优良的综合机械性能。一般情况下，槽钢的形状要求按照GB/T 706标准的规定进行生产供货，其中规定槽钢的厚度最大为14.5mm。但是目前，有些桥梁工程对槽钢的使用提出了新的需求，如要求槽钢腿部的厚度为20～50mm，同时对槽钢的力学性能提出了严苛的要求，如要求槽钢具有优良的强度、塑性和韧性。另外，槽钢在使用时其腿部通常需要与其他钢结构进行对焊，而采用常规结构形式的槽钢只能在施工前预先在其腿部加工一个坡口，用材量大时严重影响工程周期。
发明内容
本发明提供了一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的生产方法，根据其力学性能要求，进行化学成分、生产工艺设计，使所生产的槽钢满足用户使用要求；另外发挥孔型轧制的优势，通过轧制在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用的坡口，从而省去了后期加工焊接坡口的工序，缩短了施工周期。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C0.120％～0.200％，Si 0.30％～0.50％，Mn 0.90％～1.10％，V 0.040％～0.070％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0080％～0.0120％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；所述槽钢的腰部厚度为20～50mm，屈服强度为440MPa以上，断后延伸率为27.0％以上，-20℃冲击吸收能量为160J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上。
一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的生产方法，所述槽钢的生产工艺包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制和冷却过程，生产过程具体如下：
1)冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程进行吹氮处理，控制冶炼钢中的氮含量达到目标范围，RH处理时间15～20min，控制钢中[H]≤2.5ppm、[O]≤25ppm；
2)将步骤1)所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为35～50℃，二冷水比水量为0.35～0.40m3/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于5.0％；
3)将步骤2)所得铸坯进行加热，采用热装或冷装方式，热装时控制升温时间为1～3h，冷装时控制升温时间为2～4h，加热温度为1160～1200℃，保温时间60～300min；
4)将经步骤3)加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为粗轧和精轧两个阶段，控制过程参数如下：
a)粗轧，将铸坯经5～7道次轧制成精轧用坯料，粗轧开轧温度1100～1140℃；
b)精轧，将所得的坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，终轧温度860～910℃；通过孔型轧制，在槽钢腿部外侧直接轧制出焊接用的坡口；
5)轧后冷却，将步骤4)制得的槽钢进行快速冷却，返红温度为660～700℃，随后空冷至80℃以下，矫直得到槽钢成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
根据其力学性能要求，进行化学成分、生产工艺设计，使所生产的槽钢满足用户使用要求；另外发挥孔型轧制的优势，通过轧制在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用的坡口，从而省去了后期加工焊接坡口的工序，缩短了施工周期。
附图说明
图1是本发明所述一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的断面结构示意图。
图中：1.槽钢2.坡口
具体实施方式
本发明所述一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C 0.120％～0.200％，Si 0.30％～0.50％，Mn 0.90％～1.10％，V 0.040％～0.070％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0080％～0.0120％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；所述槽钢的腰部厚度为20～50mm，屈服强度为440MPa以上，断后延伸率为27.0％以上，-20℃冲击吸收能量为160J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上。
本发明所述一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢化学成分设计原则如下：
C：钢中主要强化元素，是提高钢淬透性的主要元素；其含量偏低时会使碳化物等的生成量降低，影响轧制时细化晶粒的效果。当含量偏高时，对钢的低温韧性与焊接性能不利。因此，综合考虑成本、性能等因素，本发明控制C的范围为0.120％～0.200％。
Si：炼钢脱氧的必要元素，在钢中固溶能力较强，可以起到一定的强化作用，但含量过高会严重损害钢的低温韧性和焊接性能。本发明控制Si的范围为0.30％～0.50％。
Mn：可以延缓钢中铁素体和珠光体转变，大幅增加钢的淬透性，降低钢的脆性转变温度，改善冲击韧性；但是Mn含量过高容易在钢中形成偏析，对钢的塑性和韧性有不利影响。综合考虑，本发明控制Mn的范围为0.90％～1.10％。
V：强碳化物形成元素。对奥氏体再结晶影响较小，低温时V的碳、氮化物大量析出可以起到细化、强化晶粒的作用，进而提高钢的强度。本发明控制V的范围为0.040％～0.070％。
N：在钢中N主要以游离态和化合物两种状态存在，前者的存在对钢的韧性不利，后者的存在则对钢的综合性能有好的影响作用。对于含V的钢中，钢中缺氮的情况下，大部分的V没有充分发挥其析出强化作用。另外，含氮钢不仅消除了炼钢过程中因脱气和精炼去氮引起的成本增加，而且钢中增氮更能充分发挥微合金元素的作用，节约合金化元素的用量，从而大大降低生产成本。本发明控制N的范围为0.0080％～0.0120％。
Al：强脱氧剂，在钢中产生高度细碎的、超显微的氧化物，起到细化晶粒的作用。本发明控制Als的范围为0.015％～0.030％。
本发明所述一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的生产方法，所述槽钢的生产工艺包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制和冷却过程；生产过程具体如下：
1)冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程进行吹氮处理，控制冶炼钢中的氮含量达到目标范围，RH处理时间15～20min，控制钢中[H]≤2.5ppm、[O]≤25ppm；
2)将步骤1)所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为35～50℃，二冷水比水量为0.35～0.40m3/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于5.0％；
3)将步骤2)所得铸坯进行加热，采用热装或冷装方式，热装时控制升温时间为1～3h，冷装时控制升温时间为2～4h，加热温度为1160～1200℃，保温时间60～300min；
4)将经步骤3)加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为粗轧和精轧两个阶段，控制过程参数如下：
a)粗轧，将铸坯经5～7道次轧制成精轧用坯料，粗轧开轧温度1100～1140℃；
b)精轧，将所得的坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，终轧温度860～910℃；通过孔型轧制，在槽钢腿部外侧直接轧制出焊接用的坡口(如图1所示)；
5)轧后冷却，将步骤4)制得的槽钢进行快速冷却，返红温度为660～700℃，随后空冷至80℃以下，矫直得到槽钢成品。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例中，根据所设计的槽钢化学成分进行钢水冶炼，具体化学成分如表1所示，冶炼工艺参数如表2所示。
表1槽钢的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S V N Als
1 0.169 0.41 1.03 0.006 0.004 0.042 0.0083 0.017
2 0.173 0.44 0.96 0.005 0.003 0.048 0.0096 0.026
3 0.144 0.33 1.06 0.006 0.001 0.051 0.0108 0.016
4 0.128 0.47 1.08 0.008 0.002 0.066 0.0117 0.022
5 0.186 0.32 0.94 0.009 0.003 0.056 0.0112 0.021
6 0.132 0.38 0.99 0.007 0.004 0.062 0.0103 0.023
表2槽钢的冶炼工艺参数
实施例 过热度/℃ 二冷水比水量/m<sup>3</sup>/t 等轴晶比例/％
1 37 0.36 3.3
2 42 0.39 4.2
3 45 0.37 2.1
4 44 0.36 3.2
5 43 0.38 3.4
6 38 0.35 4.5
将精炼后的钢水浇铸成铸坯，铸坯经加热、轧制、冷却等过程制得槽钢。加热及轧制工艺参数如表3所示。
表3钢坯的加热及轧制工艺参数
Figure BDA0002514302950000051
本实施例中，所生产槽钢的力学性能如表4所示。
表4槽钢的力学性能
Figure BDA0002514302950000052
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种屈服强度420MPa级桥梁用槽钢的生产方法，其特征在于，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C 0.128%～0.173%，Si 0.41%～0.50%，Mn 0.90%～1.03%，V 0.042%～0.070%，P≤0.010%，S≤0.005%，N 0.0080%～0.0120%，Als 0.015%～0.030%，余量为Fe及不可避免杂质；所述槽钢的腰部厚度为20～50mm，屈服强度为440MPa以上，断后延伸率为27.0%以上，-20℃冲击吸收能量为160J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上；
所述槽钢的生产工艺包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制和冷却过程，生产过程具体如下：
1）冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程进行吹氮处理，控制冶炼钢中的氮含量达到目标范围，RH处理时间15～20min，控制钢中[H]≤2.5ppm、[O]≤25ppm；
2）将步骤1）所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为35～50℃，二冷水比水量为0.35～0.40m3/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于5.0%；
3）将步骤2）所得铸坯进行加热，采用热装或冷装方式，热装时控制升温时间为1～3h，冷装时控制升温时间为2～4h，加热温度为1160～1200℃，保温时间60～300min；
4）将经步骤3）加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为粗轧和精轧两个阶段，控制过程参数如下：
a) 粗轧，将铸坯经5～7道次轧制成精轧用坯料，粗轧开轧温度1100～1140℃；
b) 精轧，将所得的坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，终轧温度860～910℃；通过孔型轧制，在槽钢腿部外侧直接轧制出焊接用的坡口；
5）轧后冷却，将步骤4）制得的槽钢进行快速冷却，返红温度为660～700℃，随后空冷至80℃以下，矫直得到槽钢成品。
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