CN113957336B - 一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法 - Google Patents

一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，本发明通过合适的冶炼、连铸、加热、控轧、控冷、除鳞工艺，生产出了表面质量、力学性能良好的Q460qNHD钢板。钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体。钢板的屈服强度在498MPa～546MPa之间，抗拉强度在589MPa～625MPa之间，延伸率在21％～26.5％之间，‑20℃冲击功在218J～287J之间。板坯采用热装方式，入炉温度高，加热时间短，能耗低。钢板不需进行热处理，生产周期短，成本低。

Description

一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法
技术领域
本发明涉及热轧领域，尤其涉及一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法。
背景技术
采用普通桥梁钢制作的路桥在野外使用时，桥梁钢长期暴露在阳光、大气、水等介质中，钢板表面腐蚀较快，使用寿命较短，已不能适应公路铁路运输发展的需要。现在越来越多采用抗腐蚀的耐候桥梁钢制作桥梁，以前屈服强度345MPa级耐候钢用量较大，随着铁路和公路建设发展，桥梁建设事业也快速发展，桥梁的跨度越来越大，所用耐候桥梁钢的强度级别也越来越高，现在屈服强度460MPa级别耐候桥梁钢在桥梁建设中应用量越来越大。耐候桥梁钢要求良好的韧性，以保证桥梁在使用过程中的安全，但由于为了抗腐蚀，耐候桥梁钢中加入了一定量的Cr、Ni、Cu等元素，这些元素的加入，一是钢板的表面质量不好控制，钢板表面容易出现麻坑缺陷；二是钢板的合金较多，强度高，组织比较复杂，冲击功和延伸率波动大，经常出现钢板冲击功和延伸率低于标准下限的现象，钢板的强度和塑性、韧性匹配不好。为了提高耐候钢的冲击韧性，连铸坯铸出后常常要堆垛缓冷，这样既延长制造周期，又降低板坯入炉温度，增加能耗；同时轧后很多规格的钢板还需热处理，进一步延长了制造周期，增加生产成本。因此生产高强度级别的耐候桥梁钢，难度较大，尤其是在除鳞压力较低、轧机能力较小的宽厚板轧机上。
公开号CN108754327A的专利“一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢及其生产方法”提供了一种屈服强度460MPa级桥梁结构用高韧性耐候热轧H型钢的生产方法，该方法生产的耐候钢性能满足要求，但该方法适合H型钢的生产，不适合宽厚钢板生产。
公开号CN109023048A的专利“一种460MPa级高强抗震耐火耐候钢热轧卷板及其生产方法”提供了一种屈服强度460MPa级耐火耐候热轧卷板生产方法。该方法生产的耐火耐候钢机械性能满足要求，韧性较好，但该方法轧制时钢板的终冷温度低，板形不好控制；另外该方法适合热轧卷板生产。
公开号CN111996451A的专利“一种460MPa级高铬耐候钢及其制备方法和应用”提供了一种屈服强度460MPa级耐候桥梁用钢板生产方法。该方法生产的耐候钢强度满足要求，但韧性较低，另外该方法适合热轧卷板生产。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种生产工艺简单、生产成本低、生产周期短、韧性优良、表面质量良好的Q460qNHD钢板生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，所述低成本高韧性Q460qNHD的化学成分，按重量百分比：C：0.08～0.1％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.16～1.26％；Nb:0.044～0.052％；V:0.03～0.04％；Ti:0.013～0.021％；Cr:0.43～0.53％；Ni:0.35～0.45％；Cu:0.28～0.38％；P≤0.013％；S≤0.005％；Ca：0.0012～0.0026％；Als：0.022～0.036％；H≤1.5ppm；O:≤0.0032％；N：≤0.0045％；其余为铁和不可避免杂质；其生产方法主要包括：
1).钢水进行RH炉处理，在真空度不超过110Pa下处理时间不低于18.5分钟；
2)钢水浇铸时过热度控制在13～26℃，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为310A，压下位置为7、8、9段，压下量为2.6mm、2.6mm、2.6mm；
3)板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度不小于185l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.8；冷却时间为80～110秒；入炉时表面返红温度在630～660℃之间；
4)加热工艺：板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1210-1240℃，加热时间162～223分钟，板坯在均热段的加热时间不低于21分钟；板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min；加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，混合煤气热值控制在2250～2450kcal/m3之间；加热炉废气残氧量控制在1.1％～2.8％之间；
5)轧制及冷却工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1200～1230℃，第一阶段轧制8～11个道次，第一阶段终轧温度≥1020℃，第一阶段的前三个道次的轧制速度为1.1m/s，咬入速度为0.55m/s，咬入长度为0.15m，机架加速度为1.0m/s2；第一阶段第四道次及以后道次的轧制速度为1.4～3.0m/s，咬入速度为0.75m/s，咬入长度为0.15m，机架加速度为1.25m/s2,第一阶段轧制到第二阶段的开轧厚度为止。第二阶段的开轧厚度为3.8倍成品钢板厚度，第二阶段的开轧温度890～910℃，第二阶段终轧温度为796～824℃，第二阶段轧制6～8个道次，第二阶段前2个道次的轧制速度为2.3m/s，咬入速度为1.3m/s，咬入长度为0.22m，机架加速度为1.45m/s2；第二阶段第三道次及以后道次的轧制速度为3.3～4.7m/s，咬入速度为1.4m/s，咬入长度为0.28m，机架加速度为1.6m/s2,第二阶段轧制到钢板要求的成品厚度为止。钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为15～17℃，冷却速度为18～28℃/s，终冷温度为640～660℃，ACC辊道速度为1.6～1.8m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.85；
6)钢板轧制时除鳞工艺：除鳞压力不小于18MPa，板坯出炉后经初始除鳞机除鳞时，除鳞机的辊道速度为0.70m/s；第一阶段轧制时，前三道次每道次除鳞，每道次轧制完成后，钢板摆动5～8秒后再进行下一道次的轧制；第四及以后道次，偶数道次除鳞，除鳞方式为反除；第二阶段轧制时，前两个道次除鳞，除鳞方式为反除，前两个道次每道次轧制完成后，钢板摆动待温6～9秒后再进行下一道次轧制。
进一步的，为保证一定的压缩比板坯质量，选用250mm厚、2000mm宽的连铸坯,铸坯中心偏析不大于C2.0。
进一步的，所述5)中，在轧制前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该该种前轧制20～24块2750mm宽以上的其它钢种的钢板。
进一步的，制备的钢板厚度为15mm～32mm厚，在宽厚板轧机上生产。
由于低成本高韧性Q460qNHD耐候桥梁钢含有较多的Cr、Ni、Cu等元素，板坯在加热过程中形成的氧化铁皮难以去除，因此在生产时，板坯采用热装方式，板坯入炉温度较高，同时采用较低的出炉温度和较短的加热时间，这样可以减少板坯在高温段的加热时间，这样能减少氧化铁皮的生成。加热时，控制混合煤气的热值，有利于烧钢温度和残氧量的准确控制，严格控制废气中的残氧量，能减少氧化铁皮的生成。
由于该钢种含有一定量的Nb、V、Ti，因此对上述加热好的连铸坯在奥氏体再结晶区和非再结晶区进行控制轧制。该钢种采用两阶段控制轧制，第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制，这一阶段采用大压下的轧制策略。较大的单道次压下率能使轧制变形充分渗透至钢板中心，充分细化奥氏体晶粒并均匀奥氏体组织，同时轧制产生的高温焊合作用很大程度上消除了铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高，材料综合性能改善。在第一阶段轧制时，前三个道次轧制采用较小的咬入速度、机架加速度和轧制速度，是为了加强除鳞效果，有利于氧化铁皮去除，除鳞后钢板待温摆动5～8秒后再进行下一道次的轧制，这样有利于钢板除鳞后上下表面温度均匀，钢板板形容易控制。后面由于钢板上氧化铁皮已减少，所以减少除鳞频率，减为偶数道次除鳞。第一阶段后面的轧制道次数咬入速度、机架加速度和轧制速度都较大，一是经过前四道次除鳞、轧制，钢板表面氧化铁皮有所减少，二是为了控制钢板的终轧温度，满足第二阶段对钢板开轧温度的要求。第一阶段轧制结束后，中间坯在辊道上摆动降温，降温至第二阶段开轧温度时开始轧制，第二阶段前两个道次轧制时采用较小的咬入速度、机架加速度和轧制速度，是为了加强除鳞效果，有利于钢板在待温过程中形成的氧化铁皮的去除，采用反除方式并轧完后待温摆动一定时间是为了钢板温度均匀，有利于钢板板形控制。第二阶段的轧制属于低温非再结晶控轧，通过Nb、V、Ti等的碳氮化物析出，钉扎位错，晶粒内部在轧制变形下产生应变，通过多道次轧制，较大的累积压下量，晶粒内部积累了大量的形变能和相变形核位置。钢板轧后经ACC快速冷却，通过轧后快速冷却到较低的温度，使钢板在较低温度下完成γ相→α相转变，获得晶粒细小的α相组织，从而使钢板具有良好的韧性。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)本发明板坯采用热装方式，板坯入炉温度高，加热能耗低；采用TMCP工艺生产，钢板不需热处理，制造周期短，制造成本低。
2)钢板的强度、塑性、韧性良好,组织为细小的铁素体+珠光体。钢板的屈服强度在498MPa～546MPa之间，抗拉强度在589MPa～625MPa之间，延伸率在21％～26.5％之间，-20℃冲击功在218J～287J之间。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例1的钢板的金相组织图；
图2为本发明实施例2的钢板的金相组织图；
图3为本发明实施例3的钢板的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为2000mm的板坯，铸坯中心偏析为C2.0，轧制成15mm厚钢板。钢水进行RH处理，处理时真空度在110Pa以下的时间为18.5分钟，板坯浇铸时的过热度为26℃，连铸采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为310A，压下位置为7、8、9段，压下量为2.6mm、2.6mm、2.6mm。板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为185l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.8。冷却时间为80秒。入炉时表面返红温度为660℃。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气热值为2250kcal/m3，板坯出炉温度为1240℃，板坯加热时间为223分钟，在均热段的加热时间为21分钟，加热炉废气中残氧量为2.8％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.08％，Si 0.35％，Mn1.26％，Nb0.044％,Ti 0.021％，Cr 0.53％，Ni 0.35％,Cu 0.38％，P 0.013％，S0.005％，Als 0.036％，Ca 0.0026％,H 1.5ppm；O 0.0032％；N 0.0045％，余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制24块2750mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为18MPa，板坯出炉后经初始除鳞机时，除鳞机辊道速度为0.70m/s。第一阶段轧制时，前三个道次除鳞，每道次轧制完成后摆动5秒后再进行下一道次的轧制；第四及以后道次，偶数道次除鳞，除鳞方式为反除。第二阶段轧制时，前两个道次除鳞，除鳞方式为反除，前两个道次每道次轧制完成后，钢板摆动待温6秒后再进行下一道次轧制。第一阶段轧制到第二阶段的开轧厚度为止。钢板轧后进行层流冷却，ACC水温为17℃，冷却速度为28℃/s，ACC辊道速度为1.8m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.85，终冷温度为660℃。
详细的第一阶段、第二阶段轧制工艺见表1、表2，其力学性能见表3。
表1第一阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000071
表2第二阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000072
Figure BDA0003261640210000081
表3钢板力学性能
Figure BDA0003261640210000082
实施例2
采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为2000mm的板坯，铸坯中心偏析为C0.5，轧制成32mm厚钢板。钢水进行RH处理，处理时真空度在110Pa以下的时间为19.5分钟，板坯浇铸时的过热度为13℃，连铸采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为310A，压下位置为7、8、9段，压下量为2.6mm、2.6mm、2.6mm。板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为188l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.8。冷却时间为110秒。入炉时表面返红温度为630℃。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气热值为2450kcal/m3，板坯出炉温度为1210℃，板坯加热时间为223分钟，在均热段的加热时间为22分钟，加热炉废气中残氧量为1.1％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.1％，Si 0.45％，Mn1.16％，Nb0.052％,Ti 0.013％，Cr 0.43％，Ni 0.45％,Cu 0.28％，P 0.011％，S0.002％，Als 0.022％，Ca 0.0012％,H 1.3ppm；O 0.0026％；N 0.0038％，余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制20块2780mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为19MPa，板坯出炉后经初始除鳞机时，除鳞机辊道速度为0.70m/s。第一阶段轧制时，前三个道次除鳞，每道次轧制完成后摆动8秒后再进行下一道次的轧制；第四及以后道次，偶数道次除鳞，除鳞方式为反除。第二阶段轧制时，前两个道次除鳞，除鳞方式为反除，前两个道次每道次轧制完成后，钢板摆动待温9秒后再进行下一道次轧制。第一阶段轧制到第二阶段的开轧厚度为止。钢板轧后进行层流冷却，ACC水温为15℃，冷却速度为18℃/s，ACC辊道速度为1.6m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.85，终冷温度为640℃。
详细的第一阶段、第二阶段轧制工艺见表4、表5，其力学性能见表6。
表4第一阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000091
表5第二阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000092
Figure BDA0003261640210000101
表6钢板力学性能
Figure BDA0003261640210000102
实施例3
采用宽厚板轧机生产，采用厚度为250mm、宽度为2000mm的板坯，铸坯中心偏析为C1.0，轧制成22mm厚钢板。钢水进行RH处理，处理时真空度在110Pa以下的时间为19.0分钟，板坯浇铸时的过热度为18℃，连铸采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为310A，压下位置为7、8、9段，压下量为2.6mm、2.6mm、2.6mm。板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度为192l/(min·m^2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.8。冷却时间为95秒。入炉时表面返红温度为646℃。板坯加热时采用步进式加热炉，板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min。加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气热值为2386kcal/m3，板坯出炉温度为1228℃，板坯加热时间为215分钟，在均热段的加热时间为21.6分钟，加热炉废气中残氧量为1.5％，板坯的(重量百分比)化学成分为：C 0.09％，Si 0.41％，Mn1.22％，Nb0.046％,Ti 0.018％，Cr 0.47％，Ni 0.42％,Cu 0.31％，P 0.012％，S0.003％，Als 0.025％，Ca 0.0018％,H 1.4ppm；O 0.0027％；N 0.0036％，余量为Fe和不可避免的杂质。在轧制该种前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该种前轧制22块2800mm宽的其它钢种钢板。除鳞压力为18.6MPa，板坯出炉后经初始除鳞机时，除鳞机辊道速度为0.70m/s。第一阶段轧制时，前三个道次除鳞，每道次轧制完成后摆动7秒后再进行下一道次的轧制；第四及以后道次，偶数道次除鳞，除鳞方式为反除。第二阶段轧制时，前两个道次除鳞，除鳞方式为反除，前两个道次每道次轧制完成后，钢板摆动待温8秒后再进行下一道次轧制。第一阶段轧制到第二阶段的开轧厚度为止。钢板轧后进行层流冷却，ACC水温为16℃，冷却速度为23℃/s，ACC辊道速度为1.7m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.85，终冷温度为649℃。
详细的第一阶段、第二阶段轧制工艺见表7、表8，其力学性能见表9。
表7第一阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000111
表8第二阶段轧制工艺
Figure BDA0003261640210000121
表9钢板力学性能
Figure BDA0003261640210000122
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，其特征在于：所述低成本高韧性Q460qNHD的化学成分，按重量百分比：C：0.08～0.1%；Si：0.35～0.45%；Mn：1.16～1.26%；Nb:0.044～0.052%；V:0.03～0.04%;Ti:0.013～0.021%；Cr:0.43～0.53%；Ni:0.35～0.45%；Cu:0.28～0.38%；P≤0.013%；S≤0.005%；Ca：0.0012～0.0026%；Als：0.022～0.036%；H≤1.5ppm；O:≤0.0032%；N：≤0.0045%；其余为铁和不可避免杂质；其生产方法主要包括：
1).钢水进行RH炉处理，在真空度不超过110Pa下处理时间不低于18.5分钟；
2）钢水浇铸时过热度控制在13～26℃，连铸时采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌频率为6.5Hz，电流为310A，压下位置为7、8、9段，压下量为2.6mm、2.6mm、2.6mm；
3）板坯从铸机铸出来，切断后，在进入加热炉前，对其表面喷水进行层流冷却，层流冷却时板坯上表面的水流密度不小于185L/(min·m2)；板坯上、下表面的水流密度比值为1：2.8；冷却时间为80～110秒；入炉时表面返红温度在630～660℃之间；
4)加热工艺：板坯加热时采用步进式加热炉，连铸坯出炉温度1210-1240℃，加热时间162～223分钟，板坯在均热段的加热时间不低于21分钟；板坯在加热炉中加热时活动梁托起板坯的移动速度为1.16m/min；加热时使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，混合煤气热值控制在2250～2450kcal/m3之间；加热炉废气残氧量控制在1.1%～2.8%之间；
5)轧制及冷却工艺：板坯加热好之后进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧厚度为板坯厚度，第一阶段开轧温度1200～1230℃，第一阶段轧制8～11个道次，第一阶段终轧温度≥1020℃，第一阶段的前三个道次的轧制速度为1.1m/s，咬入速度为0.55m/s，咬入长度为0.15m，机架加速度为1.0m/s2；第一阶段第四道次及以后道次的轧制速度为1.4～3.0m/s，咬入速度为0.75m/s，咬入长度为0.15m，机架加速度为1.25m/s2,第一阶段轧制到第二阶段的开轧厚度为止；第二阶段的开轧厚度为3.8倍成品钢板厚度，第二阶段的开轧温度890～910℃，第二阶段终轧温度为796～824℃，第二阶段轧制6～8个道次，第二阶段前2个道次的轧制速度为2.3m/s，咬入速度为1.3m/s，咬入长度为0.22m，机架加速度为1.45m/s2；第二阶段第三道次及以后道次的轧制速度为3.3～4.7m/s，咬入速度为1.4m/s，咬入长度为0.28m，机架加速度为1.6m/s2,第二阶段轧制到钢板要求的成品厚度为止；钢板轧完后进行层流冷却，ACC水温为15～17℃，冷却速度为18～28℃/s，终冷温度为640～660℃，ACC辊道速度为1.6～1.8m/s，ACC下喷梁与上喷梁的冷却水流量比为1.85；
6)钢板轧制时除鳞工艺：除鳞压力不小于18MPa，板坯出炉后经初始除鳞机除鳞时，除鳞机的辊道速度为0.70m/s；第一阶段轧制时，前三道次每道次除鳞，每道次轧制完成后，钢板摆动5～8秒后再进行下一道次的轧制；第四及以后道次，偶数道次除鳞，除鳞方式为反除；第二阶段轧制时，前两个道次除鳞，除鳞方式为反除，前两个道次每道次轧制完成后，钢板摆动待温6～9秒后再进行下一道次轧制。
2.根据权利要求1所述的低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，其特征在于：为保证一定的压缩比板坯质量，选用250mm厚、2000mm宽的连铸坯,铸坯中心偏析不大于C2.0。
3.根据权利要求1所述的低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，其特征在于：所述5）中，在轧制前精轧机更换新磨削的工作辊，并在轧制该钢种前轧制20～24块2750mm宽以上的其它钢种的钢板。
4.根据权利要求1所述的低成本高韧性Q460qNHD钢板生产方法，其特征在于：制备的钢板厚度为15mm～32mm厚，在宽厚板轧机上生产。
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