CN113444973A - 一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体公开了一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als 0.015％～0.045％，Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb 0.020～0.040％，Ti 0.010～0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质；耐腐蚀性指数I≥6.5。本发明的钢板为高耐腐蚀性、高强度、高韧性桥梁用钢板，成分及其含量设计经济合理，制备工艺简单，无需热处理。

Description

一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法。
背景技术
随着川藏线的建设，铁路桥梁和公路桥梁用钢的市场需求逐渐增加。同时，由于地处严寒地带，根据气候条件，适宜建免涂装高耐腐蚀性桥梁钢。高耐腐蚀性桥梁钢融入现代冶金新机制、新技术和新工艺后，得以可持续发展和创新，属世界前沿技术水平的系列钢种之一。作为一种高效钢材，免涂装高耐腐蚀性桥梁钢板可经受风吹雨打、阳光暴晒以及温度变化频繁等恶劣的服役条件，并且使用时间愈长，耐腐蚀作用愈突出，具有良好的市场前景。
关于高耐腐蚀性桥梁钢，发明专利CN108239722B公开了一种屈服强度≥420MPa的耐候桥梁用钢板，所述钢板的成分及重量百分比含量为：C：0.06～0.09％,Si：0.25～0.40％,Mn： 1.10～1.30％,P：≤0.015％,S：≤0.005％,Cu：0.25～0.40％,Cr：0.40～0.60％,Ni：0.30～0.40％,Nb： 0.015～0.030％,Ti：0.010～0.030％,Al：0.020～0.045％，并控制CEV<0.41％，其余为Fe和不可避免的夹杂；其制备方法为：铁水预处理→120t转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→板坯连铸→铸坯缓冷→铸坯清理→再热炉加热→除鳞→粗轧→精轧→加速水冷→热矫直→钢板标识→钢板缓冷→剪切→标识→入库。该发明运用上述成分设计和易于操作的热变形及冷却工艺，将钢板的耐蚀性、低温冲击韧性、疲劳性能及焊接性能发挥到最佳水平。发明专利 CN109355559A公开了一种低屈强比Q420qNH钢板，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。该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。但上述两个专利中公开的Q420qNH钢板，不能保证耐腐蚀性指数I≥6.5，不完全具备高耐腐蚀性，免涂装使用时限会受到一定的影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法，用于解决现有技术中Q420qNH钢板耐腐蚀性不高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si0.20％～0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als 0.015％～0.045％，Cu 0.32％～0.36％， Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb0.020～0.040％，Ti 0.010～ 0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质；所述钢板的耐腐蚀性指数I≥6.5。
进一步，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si 0.20％～ 0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P 0.015％～0.020％，S 0.002％～0.003％，Als 0.015％～0.045％， Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb 0.020～ 0.040％，Ti 0.010～0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.07％，Si 0.22％～ 0.31％，Mn 1.37％～1.46％，P 0.015％～0.020％，S 0.002％～0.003％，Als 0.027％～0.032％， Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.33％～0.380％，Cr 0.50％～0.56％，Mo 0.079％～0.082％，Nb 0.026～ 0.036％，Ti 0.016～0.018％，其余为Fe以及不可避免的杂质。进一步，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.07％，Si 0.22％，Mn 1.44％，P 0.015％，S 0.003％，Als 0.027％， Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.56％，Mo 0.33％，Nb 0.079％，Ti 0.018％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步，所述钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，-40℃低温冲击性能均值达到250J及以上。
进一步，所述钢板的厚度≤70mm，优选为≤50mm，更优选为20～50mm。
本发明第二方面提供一种如第一方面所述的桥梁用Q420qENH免热处理钢板的制造方法，包括如下步骤：
脱硫铁水→转炉冶炼→炉外精炼(LF+RH)→板坯连铸→板坯缓冷→板坯清理→板坯再加热→高压水除鳞→粗轧轧制→精轧轧制→ACC层流冷却→矫直→钢板堆冷→表面检验→精整→取样检验→喷印、标签→入库。
进一步，所述脱硫铁水采用KR脱硫工艺，铁水S含量≤0.050％。
进一步，所述转炉冶炼为：加入合金，使合金均匀溶解。
进一步，所述炉外精炼包括RH真空炉以及LF炉处理，降低O、H、N有害气体及S含量，去除钢水中杂质。
进一步，所述板坯连铸工艺条件为：采用轻压下、全保护浇注。
进一步，所述板坯缓冷工艺条件为：板坯下线缓冷48～72小时。
进一步，所述板坯清理为：火焰清理板坯表面，保证板坯表面质量。
进一步，所述板坯再加热工艺条件为：加热温度1050～1150℃，加热时间7～9min/mm，使板坯组织奥氏体化。
进一步，所述高压水除鳞为：去除板坯表面氧化铁皮。
进一步，所述粗轧轧制工艺条件为：在再结晶区进行，粗轧温度950℃以上。
进一步，所述精轧轧制工艺条件为：在未再结晶区进行，精轧开轧温度950℃以下，精轧过程控轧厚度≥3.0倍成品厚度，精轧终轧温度790～830℃。
进一步，所述ACC层流冷却工艺条件为：精轧后钢板立即进行加速冷却，以加速组织转变，开冷温度765～785℃，返红温度550～640℃，冷却速度5～11℃/s。
如上所述，本发明的桥梁用Q420qENH免热处理钢板及其制造方法，具有以下有益效果：
本发明的钢板化学成分及其含量设计经济合理，通过控制Cu 0.32％～0.36％、Ni0.30％～ 0.40％、Cr 0.50％～0.60％，以确保钢板的耐腐蚀性指数≥6.5，提高钢板的耐腐蚀性能；通过添加Nb 0.020～0.040％、Ti 0.010～0.020％、Mo 0.060～0.100％微合金化，以提高钢板的综合性能。本发明的钢板屈服强度≥420MPa、抗拉强度≥540MPa、-40℃纵向冲击功≥250J，具有良好的耐腐蚀性能和焊接性，强度高、韧性好，各项力学性能全部满足国家标准 GB/T714-2015中Q420qENH要求。而且，本发明的钢板制造工艺简单，仅进行轧制、冷却即可，不需热处理，可用于制造厚度≤70mm的桥梁用Q420qENH钢板。
附图说明
图1显示了本发明的钢板中Cu、Ni含量对耐腐蚀指数I的影响。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供了一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤ 0.010％，Als 0.015％～0.045％，Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb 0.020～0.040％，Ti 0.010～0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
进一步地，所述钢板的耐腐蚀性指数I≥6.5，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa， -40℃低温冲击性能均值达到250J及以上。
进一步地，所述钢板的厚度≤70mm，优选为≤50mm，更优选为20～50mm。
本发明为提高钢板的耐腐蚀性能，根据耐腐蚀性指数I计算公式(I＝26.01Cu％+3.88Ni％+1.20Cr％+1.49Si％+17.28P％-7.29Cu％×Ni％-9.10Ni％×P％-33.39Cu％×Cu％)，影响I的因素为Cu、Ni、P、Cr、Si等元素含量，考虑Cr、Si元素含量为常量(随着Cr元素或Si元素含量的增加，I值增大，呈一次线性关系)，依标准要求，P元素含量按≤0.020％控制，确认该指数为Cu元素含量的二次函数，利用OriginPro软件绘制三维立体图，如图1所示，当P元素含量为0.015％时，当钢板中Cu元素含量在0.32％～0.36％区间、Ni 元素含量在0.30％～0.40％区间时，I为极大值，另考虑钢中Si含量增加，不利于钢材的焊接性能，确定Si元素含量为0.20％～0.40％，此外，为增加钢的淬透性及平衡耐腐蚀性指数， Cr元素含量控制在0.50％～0.60％范围内，最终确定成分控制方案，确保耐腐蚀性指数I达到6.50以上。
本发明提供的桥梁用Q420qENH免热处理钢板的制造方法包括如下步骤：
脱硫铁水→转炉冶炼→炉外精炼(LF+RH)→板坯连铸→板坯缓冷→板坯清理→板坯再加热→高压水除鳞→粗轧轧制→精轧轧制→ACC层流冷却→矫直→钢板堆冷→表面检验→精整→取样检验→喷印、标签→入库。
进一步地，上述各步骤的工艺条件为：
脱硫铁水：采用KR脱硫工艺，铁水S含量≤0.050％。
转炉冶炼：加入合金，使合金均匀溶解。
炉外精炼：包括RH真空炉以及LF炉处理，降低O、H、N有害气体及S含量，去除钢水中杂质。
板坯连铸：采用轻压下、全保护浇注。
板坯缓冷：板坯下线缓冷48～72小时。
板坯清理：火焰清理板坯表面，保证板坯表面质量。
板坯再加热：加热温度1050～1150℃，加热时间7～9min/mm，使板坯组织奥氏体化。
高压水除鳞：去除板坯表面氧化铁皮。
粗轧轧制工艺条件为：在再结晶区进行，粗轧温度950℃以上。
精轧轧制工艺条件为：在未再结晶区进行，精轧开轧温度950℃以下，精轧过程控轧厚度≥3.0倍成品厚度，精轧终轧温度790～830℃。
ACC层流冷却工艺条件为：精轧后钢板立即进行加速冷却，以加速组织转变，开冷温度 765～785℃，返红温度550～640℃，冷却速度5～11℃/s。
矫直：保证钢材平整。
钢板堆冷：自回火，促进碳化物析出，提高钢材综合性能。
表面检验：确保钢材表面质量。
精整：定宽、定长。
取样检验：取样，检测机械性能。超声波探伤检测内部质量。
喷印、标签：标记，钢材具有唯一标识，防止混钢。
除上述工艺条件外，本发明的钢板制造方法中各步骤的其他工艺条件，按照本领域常规的方式进行。
下面具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
按照表1所示的化学成分组成及含量、表2所示的钢板制造工艺参数，制造厚度为28mm 的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，具体制造过程如下：
1、脱硫铁水：采用KR脱硫工艺，铁水S含量0.030％。
2、转炉冶炼：加入合金，使合金均匀溶解。
3、炉外精炼(LF+RH)：RH真空炉以及LF炉处理，降低O、H、N、H等有害气体及 S含量，去除钢水中杂质。
4、板坯连铸：全保护浇注300mm厚度板坯，配以电磁搅拌和轻压下。
5、板坯缓冷：板坯下线缓冷48小时。
6、板坯清理：火焰清理板坯表面，保证板坯表面质量。
7、板坯再加热：加热温度1089℃，加热时间8min/mm，使板坯组织奥氏体化。
8、高压水除鳞：去除板坯表面氧化铁皮。
9、粗轧轧制：在再结晶区轧制，粗轧温度960℃。
10、精轧轧制：在未再结晶区轧制，精轧开轧温度840℃，精轧过程控轧厚度85mm，精轧终轧温度825℃。
11、ACC层流冷却：加速组织转变，开冷温度783℃，返红温度640℃，冷却速度8℃/s。
12、矫直：保证钢材平整。
13、钢板堆冷：自回火，促进碳化物析出，提高钢材综合性能。
14、表面检验：确保钢材表面质量。
15、精整：定宽、定长。
16、取样检验：取样，检测机械性能。超声波探伤检测内部质量。
17、喷印、标签：标记，钢材具有唯一标识，防止混钢。
18、入库。
实施例2
按照表1所示的化学成分组成及含量、表2所示的钢板制造工艺参数，制造厚度为38mm 的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，具体制造过程如下：
1、脱硫铁水：采用KR脱硫工艺，铁水S含量0.040％。
2、转炉冶炼：加入合金，使合金均匀溶解。
3、炉外精炼(LF+RH)：RH真空炉以及LF炉处理，降低O、H、N、H等有害气体及 S含量，去除钢水中杂质。
4、板坯连铸：全保护浇注300mm厚度板坯，配以电磁搅拌和轻压下。
5、板坯缓冷：板坯下线缓冷72小时。
6、板坯清理：火焰清理板坯表面，保证板坯表面质量。
7、板坯再加热：加热温度1023℃，加热时间9min/mm，使板坯组织奥氏体化。
8、高压水除鳞：去除板坯表面氧化铁皮。
9、粗轧轧制：在再结晶区轧制，粗轧温度970℃。
10、精轧轧制：在未再结晶区轧制，精轧开轧温度837℃，精轧过程控轧厚度114mm，精轧终轧温度814℃。
11、ACC层流冷却：加速组织转变，开冷温度776℃，返红温度611℃，冷却速度11℃/s。
12、矫直：保证钢材平整。
13、钢板堆冷：自回火，促进碳化物析出，提高钢材综合性能。
14、表面检验：确保钢材表面质量。
15、精整：定宽、定长。
16、取样检验：取样，检测机械性能。超声波探伤检测内部质量。
17、喷印、标签：标记，钢材具有唯一标识，防止混钢。
18、入库。
实施例3
按照表1所示的化学成分组成及含量、表2所示的钢板制造工艺参数，制造厚度为50mm 的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，具体制造过程如下：
1、脱硫铁水：采用KR脱硫工艺，铁水S含量0.030％。
2、转炉冶炼：加入合金，使合金均匀溶解。
3、炉外精炼(LF+RH)：RH真空炉以及LF炉处理，降低O、H、N、H等有害气体及 S含量，去除钢水中杂质。
4、板坯连铸：全保护浇注300mm厚度板坯，配以电磁搅拌和轻压下。
5、板坯缓冷：板坯下线缓冷60小时。
6、板坯清理：火焰清理板坯表面，保证板坯表面质量。
7、板坯再加热：加热温度1132℃，加热时间7min/mm，使板坯组织奥氏体化。
8、高压水除鳞：去除板坯表面氧化铁皮。
9、粗轧轧制：在再结晶区轧制，粗轧温度955℃。
10、精轧轧制：在未再结晶区轧制，精轧开轧温度833℃，精轧过程控轧厚度151mm，精轧终轧温度801℃。
11、ACC层流冷却：加速组织转变，开冷温度778℃，返红温度580℃，冷却速度5℃/s。
12、矫直：保证钢材平整。
13、钢板堆冷：自回火，促进碳化物析出，提高钢材综合性能。
14、表面检验：确保钢材表面质量。
15、精整：定宽、定长。
16、取样检验：取样，检测机械性能。超声波探伤检测内部质量。
17、喷印、标签：标记，钢材具有唯一标识，防止混钢。
18、入库。
实施例1-3中的钢板的耐腐蚀性指数I如表1所示，实施例1-3中的钢板的机械性能如表 3所示。
表1、钢板的化学成分组成、含量及耐腐蚀性指数
Figure RE-GDA0003176066230000071
表2、钢板的工艺控制情况
Figure RE-GDA0003176066230000072
Figure RE-GDA0003176066230000081
表3、钢板的机械性能
Figure RE-GDA0003176066230000082
根据上表可知，实施例1-3中的Q420qENH钢板均具有良好的耐腐蚀性能：耐腐蚀性指数I为≥6.55；良好的塑韧性能：延伸率≥22％、纵向-40℃冲击功≥250J；较高的强度：屈服强度≥437MPa、抗拉强度≥587MPa。同时，钢板轧后经层流冷却后堆冷，不需要回火等热处理工艺，能有效降低能源消耗。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种桥梁用Q420qENH免热处理钢板，其特征在于，按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P ≤0.020％，S≤0.010％，Als 0.015％～0.045％，Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb 0.020～0.040％，Ti 0.010～0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质；所述钢板的耐腐蚀性指数I≥6.5。
2.根据权利要求1所述的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，其特征在于：按重量百分比计，所述钢板的化学成分的含量如下：C 0.05％～0.10％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.30％～1.50％，P 0.015％～0.020％，S 0.002％～0.003％，Als 0.015％～0.045％，Cu 0.32％～0.36％，Ni 0.30％～0.40％，Cr 0.50％～0.60％，Mo 0.060％～0.100％，Nb 0.020～0.040％，Ti 0.010～0.020％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，其特征在于：所述钢板的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，-40℃低温冲击性能均值达到250J及以上。
4.根据权利要求1所述的桥梁用Q420qENH免热处理钢板，其特征在于：所述钢板的厚度≤70mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的桥梁用Q420qENH免热处理钢板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
脱硫铁水→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→板坯缓冷→板坯清理→板坯再加热→高压水除鳞→粗轧轧制→精轧轧制→ACC层流冷却→矫直→钢板堆冷→表面检验→精整→取样检验→喷印、标签→入库。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述脱硫铁水采用KR脱硫工艺，铁水S含量≤0.050％。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述板坯连铸工艺条件为：采用轻压下、全保护浇注；
和/或，所述板坯缓冷工艺条件为：板坯下线缓冷48～72小时。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述板坯再加热工艺条件为：加热温度1050～1150℃，加热时间7～9min/mm，使板坯组织奥氏体化。
9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述粗轧轧制工艺条件为：在再结晶区进行，粗轧温度950℃以上；
和/或，所述精轧轧制工艺条件为：在未再结晶区进行，精轧开轧温度950℃以下，精轧过程控轧厚度≥3.0倍成品厚度，精轧终轧温度790～830℃。
10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述ACC层流冷却工艺条件为：精轧后钢板立即进行加速冷却，以加速组织转变，开冷温度765～785℃，返红温度550～640℃，冷却速度5～11℃/s。
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