发明内容
为了解决现有TMCP型钢板的头中尾强度差异大的问题,本发明的目的在于提供一种同板强度差小的TMCP型桥梁钢板的生产方法,以及一种采用该生产方法制备而成的同板强度差小的TMCP型桥梁钢板,该桥梁钢板的头中尾的强度差异小、组织均匀且板型良好,可以有效减少大板头尾的切除量,提高成材率、合格率,减少钢板短尺率。
为实现上述发明目的,本发明一实施方式提供了一种同板强度差小的TMCP型桥梁钢板的生产方法,其将连铸坯依次连续经过加热工序、再结晶区轧制工序、中间坯头尾遮挡冷却工序、非再结晶区轧制工序、冷却工序制成桥梁钢板,
所述加热工序中:均热温度为1120±10℃,均热保温时间为40min~60min以使连铸坯的头中尾的温差≤20℃;
所述再结晶区轧制工序中:开轧温度为1020℃~1100℃,终轧温度为960℃~990℃;
所述中间坯头尾遮挡冷却工序中:对所述再结晶区轧制工序中轧制而成的中间坯进行多阶段冷却,直至中间坯冷却至终冷温度860±15℃且中间坯的头中尾的温差≤30℃;其中每个阶段冷却过程包括:对中间坯进行整板温度检测;以及,根据整板温度检测结果,确定中间坯的头尾低温部位以及遮挡百分率,该遮挡百分率>0且≤100%;以及,对中间坯的中部主体进行无遮挡水冷冷却,同时对中间坯的头尾低温部位按照所确定的遮挡百分率进行遮挡冷却;
所述非再结晶区轧制工序中:开轧温度为860±15℃,终轧温度为820±15℃;
所述冷却工序中:利用超快冷系统对所述非再结晶区轧制工序中轧制而成的桥梁钢板成品进行冷却,冷却水压为0.2MPa,冷却速度为8~15℃/s,终冷温度为510±15℃。
作为本发明一优选实施方式,所述“中间坯冷却至终冷温度860±15℃”为:中间坯的整板温度检测结果全部位于温度范围860±15℃内。
作为本发明一优选实施方式,所述“根据整板温度检测结果,确定中间坯的头尾低温部位以及遮挡百分率”包括:
在整板温度检测结果中,以中间坯的中部主体的多个温度检测结果所具有的平均值,定义出基准温度;
根据中间坯的头尾的各个温度检测结果与所述基准温度的温度差,确定头尾低温部位以及遮挡百分率。
作为本发明一优选实施方式,当中间坯的头尾的温度检测结果与所述基准温度的温度差>15℃时,则该温度检测结果所对应的温度采样点属于头尾低温部位;否则,该温度检测结果所对应的温度采样点不属于头尾低温部位。
作为本发明一优选实施方式,当中间坯的头尾的温度检测结果与所述基准温度的温度差>15℃时,遮挡百分率呈随着温度差的增大而连续增大或阶梯式增大的对应关系。
作为本发明一优选实施方式,所述“根据整板温度检测结果,确定中间坯的头尾低温部位以及遮挡百分率”包括:
当中间坯的头尾的温度检测结果位于温度范围860±15℃内时,该温度检测结果所对应的温度采样点计入头尾低温部位,且遮挡百分率为100%。
作为本发明一优选实施方式,当遮挡百分率>0且<100%时,对与其对应的头尾低温部位按照所确定的遮挡百分率进行遮挡水冷冷却;当遮挡百分率为100%时,对与其对应的头尾低温部位的边界进行气封以阻挡冷却水流入。
作为本发明一优选实施方式,在所述非再结晶区轧制工序中,终轧之后桥梁钢板成品的头中尾的温差≤30℃。
为实现上述发明目的,本发明一实施方式提供了一种同板强度差小的TMCP型桥梁钢板,其采用所述生产方法制备而成。
作为本发明一优选实施方式,桥梁钢板的厚度≥8mm,组织为铁素体+珠光体+贝氏体,屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥530MPa,延伸率≥27%,屈强比≤0.82,-40℃冲击功KV2≥290J,钢板同板屈服强度差≤30MPa且同板抗拉强度差≤30MPa。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
(1)本发明的生产方法采用加热工序+再结晶区轧制工序+中间坯头尾遮挡冷却工序+非再结晶区轧制工序+冷却工序的工艺技术,所得桥梁钢板具有高强度、高韧性、低屈强比的优点,具体地,组织为铁素体+珠光体+贝氏体,屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥530MPa,延伸率≥27%,屈强比≤0.82,-40℃冲击功KV2≥290J;
(2)所得桥梁钢板还具有同板强度差小、组织均匀且板型良好的优点,具体地,钢板同板屈服强度差≤30MPa且同板抗拉强度差≤30MPa,可以有效减少大板头尾的切除量,提高成材率、合格率,减少钢板短尺率,且冷却工序后无需额外增加离线热处理工序,降低生产成本并提升生产节奏,方便下游用户加工、焊接、成型等,可应用于各类桥梁用结构件的制造;
(3)通过所述中间坯头尾遮挡冷却工序,使中间坯以头中尾基本温度一致的状态进行非再结晶区轧制工序,避免头尾部出现超低温轧制的情况,保证头中尾的组织晶粒尺寸差异性小,使得所得桥梁钢板成品的头中尾的强度差异小且组织均匀;而且还可以避免中间坯头尾在超低温轧制导致的轧机负荷大的问题,有效减小轧制设备的损耗并保证生产节奏;
(4)另外,还可以使冷却工序开始之前,桥梁钢板成品的头中尾温差小,冷却工序中无需进行头尾“不进行水冷处理”(如CN109759445A所提)的特殊冷却方式,确保钢板冷却均匀性,使钢板头中尾的温降幅度、冷却速率、相变发生时间基本一致,保证内应力一致、板型良好,避免由此特殊冷却方式导致的钢板的头中尾的组织结构差异大、内应力大、极易瓢曲的缺陷。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明做进一步的介绍,但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本发明一实施方式提供了一种TMCP型桥梁钢板的生产方法以及采用该生产方法制备而成的TMCP型桥梁钢板。所谓TMCP型桥梁钢板,也即采用TMCP技术制备而成的、且适用于桥梁工程的钢板。
该生产方法中,采用连铸坯,将连铸坯依次连续经过加热工序、再结晶区轧制工序、中间坯头尾遮挡冷却工序、非再结晶区轧制工序、冷却工序制成桥梁钢板,所得桥梁钢板的同板强度差小、组织均匀且板型良好,可以有效减少大板头尾的切除量,提高成材率、合格率,减少钢板短尺率,且冷却工序后无需额外增加离线热处理工序,降低生产成本并提升生产节奏,方便下游用户加工、焊接、成型等,可应用于各类桥梁用结构件的制造。
下面依序对各个工序进行详细介绍。
(1)加热工序
将连铸坯在加热炉中进行加热,均热温度为1120±10℃,均热保温时间为40min~60min以使连铸坯的头中尾的温差≤20℃。如此,连铸坯得到充分加热,加热后的连铸坯温度均匀,进而为后续轧制做好准备,避免后续轧制中连铸坯的头中尾温度差异过大而导致组织、性能差异性大。
(2)再结晶区轧制工序
连铸坯离开在前的加热工序之后即开始进行控制轧制,将连铸坯依次采用再结晶区轧制、中间坯头尾遮挡冷却和非再结晶区轧制,制成桥梁钢板成品。
在再结晶区轧制工序中,开轧温度为1020℃~1100℃,终轧温度为960℃~990℃。如此,通过对开轧温度和终轧温度的控制,使得连铸坯在再结晶区进行轧制,避免混晶,同时配合轧制过程中Nb的碳/氮化物的析出,来阻止再结晶晶粒的长大,细化再结晶晶粒;另外,基于在先的加热工序的合理控制,使得再结晶区轧制工序中,连铸坯的头中尾温度基本均衡,进而使得连铸坯的头中尾处的Nb的碳/氮化物基本上析出时间一致,再结晶晶粒尺寸差异性小,以为后续所得桥梁钢板成品的性能均匀、组织均匀建立基础。
(3)中间坯头尾遮挡冷却工序
对所述再结晶区轧制工序中轧制而成的中间坯进行多阶段冷却,直至中间坯冷却至终冷温度860±15℃且中间坯的头中尾的温差≤30℃。
其中,所述“中间坯冷却至终冷温度860±15℃”,具体为:中间坯的整板温度检测结果全部位于温度范围860±15℃内,即中间坯的整板温度检测结果中的最大值不高于875℃且最小值不低于845℃内。
此处的终冷温度860±15℃即等于后续的非再结晶区轧制工序的开轧温度。
由此可见,本发明通过所述中间坯头尾遮挡冷却工序,可以使得所述再结晶区轧制工序中轧制而成的中间坯,被冷却至头中尾温差小的状态,以头中尾基本温度一致的状态进行后续的非再结晶区轧制工序,如此,保证头中尾的组织晶粒尺寸差异性小,使得所得桥梁钢板成品的头中尾的强度差异小且组织均匀,可以解决现有TMCP型钢板的头中尾强度差异大的问题,而且还可以避免中间坯头尾在超低温轧制导致的轧机负荷大的问题,有效减小轧制设备的损耗并保证生产节奏;另外,还可以使后续的冷却工序中无需进行头尾“不进行水冷处理”(如CN109759445A所提)的特殊冷却方式,保证内应力一致、板型良好,避免钢板的头中尾的组织结构差异大、内应力大、极易瓢曲的缺陷。
具体地,在所述“多阶段冷却”中,每个阶段冷却过程包括以下各个步骤。
步骤1:对中间坯进行整板温度检测。
该步骤1,具体来讲,可以在中间坯上沿其纵长方向选取若干个温度采样点,对每个温度采样点进行温度检测,从而实现对中间坯的整板温度检测。
如此可知,整板温度检测结果为与若干个温度采样点逐一对应的若干个温度值。理想情况下,希望中间坯存在头中尾不存在温差或者维持可接受的较小温差,整板温度检测结果则表现为:近乎全部温度采样点的温度值均围绕一平均值上下稳定波动;但是,通常中间坯存在头中尾温差大的情况,整板温度检测结果则基本上表现为:中间坯的中部主体的各个温度采样点所对应的温度值均围绕一平均值呈稳定波动,总体温差较小,而中间坯的头尾处温度采样点所对应的温度值逐渐呈下降趋势(越远离中部主体,则温度值越低)。
步骤2:根据整板温度检测结果,确定中间坯的头尾低温部位以及遮挡百分率α,该遮挡百分率α>0且≤100%。
该步骤2,具体来讲,可以在整板温度检测结果中,以中间坯的中部主体的多个温度检测结果所具有的平均值,定义出基准温度T0;
而后,根据中间坯的头尾的各个温度检测结果与所述基准温度T0的温度差△T,确定头尾低温部位以及遮挡百分率α。
其中:当中间坯头尾的某个温度检测结果与基准温度T0的温度差△T>15℃时,则该温度检测结果所对应的温度采样点属于头尾低温部位,而当温度差△T≤15℃时,该温度检测结果所对应的温度采样点不属于头尾低温部位。如此,即可以确定中间坯的头尾低温部位,可以理解的,当中间坯的头中尾温度均匀性越差,则确定出的头尾低温部位的长度占中间坯总长度的比例越大。当然,在此实施例中,对应于该中间坯头尾遮挡冷却工序中冷却后“中间坯的头中尾的温差≤30℃”的目标,以温度差△T是否>15℃作为头尾低温部位的判断标准,这仅为一优选示例。
并且,当中间坯的头尾的某个温度检测结果与所述基准温度T0的温度差△T>15℃时,则该温度检测结果所对应的温度采样点属于头尾低温部位,在此基础上,进一步地,所确定的遮挡百分率α呈随着温度差△T的增大而连续增大或阶梯式增大的对应关系。所谓连续增大的对应关系,也即遮挡百分率α与温度差△T呈正比例函数关系;而所谓阶梯式增大的对应关系,也即遮挡百分率α与温度差△T呈分段常值函数关系,且遮挡百分率α越大,所对应的温度差△T区段取值也越大,比如温度差△T取值15~18℃时遮挡百分率α1,温度差△T取值20~22℃时遮挡百分率α2,α2>α1。如此,即可以确定头尾低温部位所对应的遮挡百分率α,可以理解的,当中间坯的头中尾温度均匀性越差,则温度差△T也越大,所确定出的遮挡百分率α也越大。
另外,当中间坯的头尾的温度检测结果位于温度范围860±15℃内时,也即,该温度检测结果所对应的温度采样点已经是该中间坯头尾遮挡冷却工序的终冷温度(亦即为后续非再结晶区轧制工序的开轧温度),则该温度检测结果所对应的温度采样点计入头尾低温部位,且遮挡百分率为100%。
步骤3:对中间坯的中部主体进行无遮挡水冷冷却,同时对中间坯的头尾低温部位按照所确定的遮挡百分率进行遮挡冷却。
该步骤3,具体来讲,可以是对中间坯的中部主体进行正常的水冷冷却,冷却装置的喷射水阀的开度为100%,也即遮挡百分率为0,冷却水流量比如为A;相对的,对中间坯的头尾低温部位,则按照所确定的遮挡百分率α进行遮挡冷却,相应冷却装置的喷射水阀按照遮挡百分率α进行遮挡。
如此,当遮挡百分率α>0且<100%时,对与其对应的头尾低温部位按照遮挡百分率α进行遮挡水冷冷却,相应冷却装置的喷射水阀开启,但开度为100%-遮挡百分率α,相应的冷却水流量大致上为中部主体的冷却水流量A×(100%-遮挡百分率α);
而当遮挡百分率α为100%时,对与其对应的头尾低温部位按照遮挡百分率α不进行水冷,相应冷却装置的喷射水阀关闭,也即开度为0;并且,进一步优选的,除了对该头尾低温部位不进行水冷的同时,还可以对头尾低温部位的边界(例如头尾低温部位和中部主体之间的界线)进行气封,以阻挡冷却水流入头尾低温部位。
如上,对所述“多阶段冷却”中每个阶段冷却过程的各个步骤进行了详细介绍,在该中间坯头尾遮挡冷却工序包含多阶段冷却过程,由此,在整个中间坯头尾遮挡冷却工序中,可以在完成一个阶段的冷却之后,即重新进行下一级段冷却的整板温度检测并根据检测结果来重新确定头尾低温部位以及遮挡百分率,以根据中间坯的实时温度情况调整冷却策略。
(4)非再结晶区轧制工序
开轧温度为860±15℃,终轧温度为820±15℃。也即,中间坯在前述的中间坯头尾遮挡冷却工序冷却至860±15℃,即以该温度进行非再结晶区轧制工序,以最终制成桥梁钢板成品。
如此,通过开轧温度和终轧温度的合理控制,从而在轧制中将等轴晶粒变形压扁,形成较多的变形带并积聚较多的能量,以利于后续冷却工序中的相变做准备;并且,结合前面的再结晶区轧制工序,尤其是中间坯头尾遮挡冷却工序中对中间坯的头中尾温度均匀的控制,如前所述,保证头中尾的组织晶粒尺寸差异性小,且避免中间坯头尾在超低温轧制导致的轧机负荷大的问题。
进一步优选的,在所述非再结晶区轧制工序中,终轧之后桥梁钢板成品的头中尾的温差≤30℃。如此,进一步使得后续的冷却工序中无需进行头尾“不进行水冷处理”(如CN109759445A所提)的特殊冷却方式,避免该特殊冷却方式导致头中尾的温降幅度、冷却速率、相变发生时间均不同,保证内应力一致、板型良好、无瓢曲,解决现有桥梁钢板的组织结构差异大、内应力大、极易瓢曲的问题。
(5)冷却工序
轧制而成的桥梁钢板成品,离开轧机之后即输送至超快冷系统,利用该超快冷系统对桥梁钢板成品进行冷却,冷却水压为0.2MPa,冷却速度为8~15℃/s,终冷温度为510±15℃。也即,本发明的冷却工序开始之前,桥梁钢板成品的头中尾温差小,冷却工序无需额外进行头尾不冷却或遮挡冷却等特殊处理,即可保证冷却后钢板的头中尾温差头中尾温差≤30℃,确保钢板冷却均匀性,使钢板头中尾的温降幅度、冷却速率、相变发生时间基本一致,以得到均匀的组织;同时通过冷速和终冷温度的控制,进一步优化钢板组织结构和组成,提升钢板的整体力学性能,保证对钢板板型的控制,例如:终冷温度过高,则相变不完全,终冷温度过低,较大的温降对板型控制不利;冷却速度过快,则会使钢板表层和心部组织性能差增大,冷却速度过慢,则会影响钢板的整体力学性能,得到铁素体+珠光体组织,性能较差。
进一步地,本发明一实施方式的桥梁钢板,采用本发明所述生产方法制备而成,其厚度≥8mm,组织为铁素体+珠光体+贝氏体,屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥530MPa,延伸率≥27%,屈强比≤0.82,-40℃冲击功KV2≥290J,钢板同板屈服强度差≤30MPa且同板抗拉强度差≤30MPa。
总得来讲,与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
(1)本发明的生产方法采用加热工序+再结晶区轧制工序+中间坯头尾遮挡冷却工序+非再结晶区轧制工序+冷却工序的工艺技术,所得桥梁钢板具有高强度、高韧性、低屈强比的优点,具体地,组织为铁素体+珠光体+贝氏体,屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥530MPa,延伸率≥27%,屈强比≤0.82,-40℃冲击功KV2≥290J;
(2)所得桥梁钢板还具有同板强度差小、组织均匀且板型良好的优点,具体地,钢板同板屈服强度差≤30MPa且同板抗拉强度差≤30MPa,可以有效减少大板头尾的切除量,提高成材率、合格率,减少钢板短尺率,且冷却工序后无需额外增加离线热处理工序,降低生产成本并提升生产节奏,方便下游用户加工、焊接、成型等,可应用于各类桥梁用结构件的制造;
(3)通过所述中间坯头尾遮挡冷却工序,使中间坯以头中尾基本温度一致的状态进行非再结晶区轧制工序,避免头尾部出现超低温轧制的情况,保证头中尾的组织晶粒尺寸差异性小,使得所得桥梁钢板成品的头中尾的强度差异小且组织均匀;而且还可以避免中间坯头尾在超低温轧制导致的轧机负荷大的问题,有效减小轧制设备的损耗并保证生产节奏;
(4)另外,还可以使冷却工序开始之前,桥梁钢板成品的头中尾温差小,冷却工序中无需进行头尾“不进行水冷处理”(如CN109759445A所提)的特殊冷却方式,确保钢板冷却均匀性,使钢板头中尾的温降幅度、冷却速率、相变发生时间基本一致,保证内应力一致、板型良好,避免由此特殊冷却方式导致的钢板的头中尾的组织结构差异大、内应力大、极易瓢曲的缺陷。
下面提供本发明的4个实施例(序号分别为1~4)来展示本发明的优势和效果,当然,在此示例的4个实施例仅为本发明所含众多实施例中的一部分,而非全部。
具体地,在实施例1~4中,均采用本发明的所述生产方法,将现有桥梁钢板所采用的连铸坯制备成钢板,钢板的厚度分别参表1。
其中,连铸坯的化学成分,可以为本领域现有桥梁钢板的任何可行的化学成分,均可以适用本发明。例如,以质量百分比计包括:C:0.04~0.12%,Si:0.10~0.40%,Mn:1.00~1.70%,P≤0.015%,S≤0.008%,Cr:0.08~0.3%,Ni:0.08~0.3%,Nb:0.008~0.06%,Ti:0.010~0.030%,Alt:0.015~0.060%,其余为铁和不可避免的杂质。
对4个实施例中的钢板分别进行力学性能检测和金相组织检测,4个实施例的力学性能检测结果请参看表1所示,在本申请中,取实施例2和实施例4的头中尾金相组织检测结果通过图1至图6予以展示。
[表1]
注:头/尾部取样位置为大板切割掉头尾圆弧后直接取样,中部取样位置为大板纵向中间处取样,板厚≤30mm的拉伸试样采用板状拉伸试样,板厚>30mm的拉伸试样为圆棒状拉伸试样。
由表1及各个附图可以得到,实施例中所得钢板的厚度≥8mm,组织为铁素体+珠光体+贝氏体,屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥530MPa,延伸率≥27%,屈强比≤0.82,-40℃冲击功KV2≥290J,钢板同板屈服强度差≤30MPa且同板抗拉强度差≤30MPa,强度高、韧性高、屈强比低、同板强度差小、组织均匀,另外,各个实施例的钢板板型良好,无瓢曲现象。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。