CN113564471A

CN113564471A - 一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板及其制造方法

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Publication number: CN113564471A
Application number: CN202110806814.4A
Authority: CN
Inventors: 陈爱娇; 霍孝新; 麻衡; 于全成; 张长宏; 尹训强; 陈永生; 何康; 刘超
Original assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: CN113564471B

Abstract

本发明涉及特种钢及其冶炼技术领域，特别涉及一种6‑8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板及其制造方法，所述桥梁钢板的化学组成按照质量百分比包括：C：0.05‑0.13％，Si：0.10‑0.50％，Mn：1.00‑1.50％，P：0.001‑0.020％，S：0.001‑0.010％，Nb：0.010‑0.050％，Ti：0.006‑0.030％，Als：0.010‑0.040％，N：0.0015‑0.0060％，余量为Fe和少量部分不可避免的杂质元素。本发明该钢碳当量≤0.38％，远低于0.43％的国家标准要求，具有良好的焊接性能；屈服强度在360‑490MPa，抗拉强度500～603MPa，延伸率不低于23％，强韧性良好；屈强比不大于0.83，具有良好的抗震性能；‑40℃V型缺口夏比冲击功≥90J，低温冲击韧性良好；适用于公路、铁路、公铁梁用、跨海大桥等桥梁工程的建设。

Description

一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及特种钢及其冶炼技术领域，特别涉及一种6-8mm厚度Q345qE高性能桥梁结构钢板及其制造方法。

背景技术

我国桥梁正朝着大型化、结构设计现代化、海陆结合等方向发展，在保证桥梁质量的同时对美观性也有了更高的要求。因此，对桥梁用钢的产品质量提出了更为苛刻的要求。2016年6月1日，我国启动GB/T 714-2015版桥梁用钢标准，相关产品的技术指标加严，尤其大幅提高了夏比冲击功，最低值由原来的47J提高至120J，同时增加了推荐的屈强比。目前，亟待一种既要保证-40℃冲击功不低于60J，又要确保板型良好的桥梁用钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板及其制造方法，本发明通过添加适量的Nb、Ti微合金元素，通过控轧可生产性能优良特别是低温韧性良好的6-8mm薄规格桥梁结构钢板，保证-40℃冲击功不低于60J，可满足GB/T714-2015标准中Q345qE要求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板，其成分的化学组成按照质量百分比分布为：C：0.05-0.13％，Si：0.10-0.50％，Mn：1.00-1.50％，P：0.001-0.020％，S：0.001-0.010％，Nb：0.010-0.050％，Ti：0.006-0.030％，Als：0.010-0.040％，N：0.0015-0.0060％，余量为Fe和少量部分不可避免的杂质元素。

C：C是低碳钢中最经济的强化元素。随着C含量的增加，屈服强度、抗拉强度和疲劳强度均提高，抗拉强度的提高比屈服强度来得多，同时，C含量的增加使钢的塑性和冲击韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高(时效冲击值降低)，恶化冷成型性能和焊接性能。由于桥梁结构需要进行焊接工作，施焊条件恶劣，这就要求桥梁钢板具备良好的焊接性能。考虑到降碳的同时必须额外增加其它贵重的微合金含量才能保证钢板强度，因此，C含量控制在0.05-0.13％。

Si：Si在炼钢时一般作为脱氧剂，也可作为合金元素。Si进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，屈强比将降低，但Si会显著地提高钢的韧脆转变温度，含量愈高，冷脆倾向性越严重，同时会恶化塑性。因此，Si含量控制在0.10-0.50％。

Mn：Mn在低合金高强度钢中是主要的合金元素，Mn能够降低临界转变温度Ar3，细化珠光体片层结构，起到提高钢中铁素体和珠光体的强度和硬度的作用。Mn和S具有较大的亲和力，能促使钢中的硫形成熔点比FeS高的MnS(熔点1620℃)，避免FeS在晶界析出，且MnS在高温时有一定的塑性，避免了钢的热脆性，提高热加工性能。但过高的Mn会影响钢板的焊接性能，会使铸坯中心偏析严重，造成产品带状组织严重，进而影响到冲击韧性。因此，Mn含量控制在1.00-1.50％范围。

P：P提高钢的强度，降低钢的塑性，属于低温脆性元素。对于大部分钢种(包括桥梁钢)而言，P都属于有害元素，能显著降低钢的韧性，尤其是回火韧性和冲击韧性，低温条件下，韧性的变坏尤为显著，导致钢的“冷脆”。考虑经济性，生产时P含量不超过0.020％。

S：当S以FeS的形式存在于钢中时，易产生热脆现象；Mn元素的加入能改善钢的热加工性能，但S和Mn反应生成硫化物夹杂常以条状形态沿轧制方向分布，形成严重的带状组织，破坏了钢的连续性，对钢材不同方向的性能也会产生重要影响，其影响程度随硫含量的提高而加剧，降低钢的塑性、冷成型性和冲击韧性，提高韧脆转变温度。考虑经济性，生产时P含量不超过0.010％。

Nb：Nb能产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化作用。在控轧微合金钢中，Nb的细化晶粒和析出强化作用最为突出，每添加0.01％的Nb，可提高钢的常温强度30～50MPa，所以加Nb是最为经济有效的手段之一。但当Nb含量过高时，易与Fe、C等元素形成低熔点共晶物，有增加焊接热影响区热裂纹的倾向。因此，Nb含量控制在0.010-0.050％。

Ti：Ti与C、N都有极强的亲和力。在钢液凝固过程中形成大量弥散分布的TiC颗粒，可以成为钢液凝固时的固体晶核，利于钢的结晶，细化钢的组织，减少粗大柱状晶和树枝状组织的生成，可减少偏析降低带状组织级别。Ti在1300～1200℃高温下即可析出TiN颗粒，由于颗粒粗大且零散分布，对钢的塑性没有不良影响，并且可以作为Nb(C、N)的析出核心，从而减少微细铌析出物的数量，进而降低含Nb钢的裂纹敏感性。Ti与N结合生成稳定的高弥散化合物，可以消除钢中自由氮，对改善桥梁钢的时效冲击性能有帮助，在热加工过程和焊接时的热影响区中控制晶粒尺寸，改善钢结构各部位的低温韧性。因此Ti含量控制0.006-0.030％。

Al：Al一般是作为脱氧剂加入钢中，用于提高钢水洁净度。A1在钢中和N形成细小弥散分布的难熔化合物A1N，抑制了奥氏体晶粒的长大，细化晶粒的同时，提高了冲击韧性。由于A1和N较强的亲和力，还可消除N元素造成的时效敏感性，但过高的Al含量也会恶化焊接性能，提高钢的裂纹敏感性。因此Als含量控制0.010-0.040％。

本发明提供一种桥梁钢板的制造方法，按照上述钢的化学成分进行铁水脱硫预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF+RH双精炼、板坯连铸、加热、除鳞、控轧、热矫直；铁水脱硫后进入转炉冶炼并脱氧及合金化处理，然后进入LF炉精炼调整成分，再进入RH精炼脱气并喂入钙铝线进行钙化处理，精炼后钢水由连铸机进行全程保护浇注，后经加热炉加热、除鳞、控轧、热矫直后空冷。具体包括以下步骤：

1、铁水KR脱硫预处理：铁水KR处理选用石灰和萤石作为脱硫剂进行脱硫预处理，处理后铁水中硫含量的重量百分比控制在0.005％以下，温度为1250℃～1300℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。

2、转炉冶炼工艺：采用单渣工艺冶炼，终渣碱度控制在3.0～4.0；采用铝锰铁进行脱氧处理，吨钢加入2.5～3.0kg；出钢时进行合金化，钢水出至1/4时分批加入硅锰、中碳锰铁、铌铁，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。

3、精炼工艺：采用LF+RH双精炼工艺，钢水先经过LF炉处理，再进行RH处理。即，在LF炉精炼时调整成分，在RH精炼时进行脱气处理，LF精炼采用全程底吹氩搅拌，采用铝粒进行脱氧处理；采用黄白渣或白渣法操作，白渣保持时间大于10min；LF精炼喂入钛线，使钢水中含Ti量在0.006～0.030％范围内。RH精炼采用本处理模式，真空度在100Pa以下，确保纯脱气时间大于5分钟。处理结束后喂入100-200m钙铝线，并保证软吹时间大于10min。

4、连铸工艺：连铸采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣，浇注过程中过热度不高于20℃。

5、加热工艺：连铸坯加热到1220～1250℃范围内，加热时间控制在160-250min，出钢温度1200-1250℃。

6、除鳞工艺：铸坯出加热炉后进行除鳞处理，单独对铸坯上表面进行高压水除鳞处理，下表面利用辊道速度控制除鳞效果，辊道速度控制1.1-1.3m/s。

7、轧制工艺：中间坯厚度控制为48-52mm，精轧道次不大于5道，确保前三道次压下率控制在35％-50％，精轧终轧温度为810～840℃。

8、热矫直：轧后热矫直3-4道次。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明生产的钢板成分设计碳当量低，6-8mm厚度钢板的碳当量CEV≤0.38％，远低于0.43％的国家标准要求，具有良好的焊接性能。

2、本发明生产的钢板综合性能良好，6-8mm厚度钢板屈服强度在360-490MPa，抗拉强度500～603MPa，延伸率不低于23％，强韧性良好；屈强比不大于0.83，具有良好的抗震性能；-40℃V型缺口夏比冲击功≥90J，低温冲击韧性良好。适用于公路、铁路、公铁梁用、跨海大桥等桥梁工程的建设。

附图标记

图1为本发明实施例1提供6mm厚度Q345qE桥梁钢板组织显微图；

图2为本发明实施例1提供6mm厚度Q345qE桥梁钢板板形。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

6mm厚度Q345qE桥梁结构钢板的生产

钢的化学成分按重量百分比如下：C 0.11％，Si 0.27％，Mn 1.39％，P 0.011％，S0.004％，Als 0.032％，Nb 0.024％，Ti 0.023％，N 0.0030％，其余为Fe和残余的微量杂质，碳当量为0.35％。

其生产方法如下：

(1)铁水预处理

铁水KR脱硫处理后，铁水中硫含量的重量百分比为0.005％，温度为1260℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣；

(2)转炉冶炼

上述脱硫除渣后的铁水入顶底复吹转炉冶炼，采用单渣工艺冶炼，采用铝锰铁脱氧，吨钢加入量为2.8kg，在放钢四分之一时，加入硅锰、中碳锰铁、铌铁，钢水出至四分之三时加完；

(3)精炼工艺

步骤(2)中得到的钢水首先进入LF炉精炼，在LF精炼炉底吹氩搅拌，造黄白渣操作，黄白渣保持时间12min，调整成分和温度，喂入钛线，使钢水中含Ti量为0.023％；然后进入RH工位进行本处理，真空度为30Pa，纯脱气时间为7min，再将RH精炼后的钢水喂入140m钙铝线进行钙处理，最后软吹氩气14min，以去除钢中的杂质，提高钢水洁净度。

(4)板坯连铸

铸坯全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣，浇注过程中过热度为17℃。

(5)连铸坯加热

将步骤(4)中所得连铸坯在加热炉中加热至1250℃，加热时间为170min，出钢温度为1250℃。

(6)除鳞工艺：

铸坯出加热炉后，辊道速度控制1.2m/s对下表面进行除鳞，上表面采用高压水除鳞处理。

(7)板坯轧制

加热后的连铸坯进行粗轧和精轧，中间坯厚度控制为48mm，精轧道次5道次，前三道次压下率分别为45％、38％、37.5％，精轧终轧温度为840℃。

(8)热矫直：热轧后钢板进行4道次热矫直至板形合格。

该6mm厚度Q345qE桥梁钢板经实验测定有关性能数据列于表1中，测试方法采用国家通用方法。

实施例2

8mm厚度Q345qE桥梁结构钢板的生产

钢的化学成分按重量百分比如下：C 0.106％，Si 0.31％，Mn 1.34％，P 0.015％，S 0.005％，Als 0.035％，Nb 0.023％，Ti 0.020％，N 0.0025％，其余为Fe和残余的微量杂质，碳当量为0.34％。

制造方法同实施例1，所不同的是：铁水中硫含量的重量百分比为0.004％，温度为1270℃，转炉冶炼时铝锰铁加入量为吨钢2.5kg，LF精炼时白渣保持时间在13min，RH精炼纯脱气时间为9min，连铸浇注过热度为15℃，铸坯在加热炉中加热至1250℃，出钢温度1240℃，加热时间为200min，中间坯厚度为52mm，精轧道次5道次，前三道次压下率分别为46％、39％、35％，精轧终轧温度为836℃，热矫直4道次。

该8mm厚度Q345qE桥梁钢板经实验测定有关性能数据列于表1中，测试方法采用国家通用方法。

表1性能实测数据

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板，其特征在于，所述桥梁钢板的化学组成按照质量百分比为：C：0.05-0.13％，Si：0.10-0.50％，Mn：1.00-1.50％，P：0.001-0.020％，S：0.001-0.010％，Nb：0.010-0.050％，Ti：0.006-0.030％，Als：0.010-0.040％，N：0.0015-0.0060％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板，其特征在于，所述桥梁钢板的屈服强度为360-490MPa，抗拉强度为500～603MPa，延伸率不低于23％，屈强比不大于0.83，-40℃V型缺口夏比冲击功≥90J。

3.一种6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，包括以下步骤：

1)铁水KR脱硫预处理：KR处理后铁水中硫含量的重量百分比控制在0.005％以下；

2)顶底复吹转炉冶炼：采用单渣工艺冶炼；

3)LF+RH双精炼：钢水先经过LF炉处理，再进行RH处理；

4)板坯连铸、加热：连铸过热度不高于20℃；铸坯加热到1220～1250℃范围内，加热时间控制在160-250min，出钢温度为1200-1250℃；

5)除鳞：加热后铸坯上表面采用高压水除鳞，下表面利用辊道除鳞；

6)控轧：精轧道次不大于5道，前三道次压下率控制在35％-50％，精轧终轧温度为810～840℃。

4.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤1)中脱硫剂选用石灰和萤石，温度为1250℃～1300℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。

5.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤2)中终渣碱度控制在3.0～4.0；采用铝锰铁进行脱氧处理，吨钢加入2.5～3.0kg；出钢时进行合金化，钢水出至1/4时分批加入硅锰、中碳锰铁、铌铁，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。

6.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤3)中LF精炼采用全程底吹氩搅拌，采用铝粒进行脱氧处理；采用黄白渣或白渣法操作，白渣保持时间大于10min；LF精炼喂入钛线，控制钢水中含Ti量在0.006～0.030％范围内，RH精炼采用真空度在100Pa以下，纯脱气时间大于5分钟，处理结束后喂入100-200m钙铝线，软吹时间大于10min。

7.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤4)连铸采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。

8.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤5)中辊道速度控制为1.1-1.3m/s。

9.如权利要求3所述6-8mm薄规格Q345qE高性能桥梁钢板制造方法，其特征在于，所述步骤6)中轧制中间坯厚度控制为48-52mm。