CN113981323B - 一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法 - Google Patents

一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了本发明公开了一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法，成分：C：0.06～0.09％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.50～1.60％，P：≤0.016％，S≤0.004％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Mo：0.13～0.20％，Als：0.015～0.045％，Ti：0.010～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；采用低碳，适当添加钒和钼元素，控制钢板轧后超快冷工艺参数，生产出具有针状铁素体、等轴铁素体、珠光体和贝氏体组织的Q420qE钢板，解决TMCP交货Q420qE钢板高温回火去内应力或火工矫正板型强度下降问题。

Description

一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于桥梁钢板技术领域，具体涉及一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法。
背景技术
TMCP交货Q420qE桥梁钢板在轧制后加速冷却过程中会使钢板的轧制面产生局部永久变形，即使使用公称压力50MN移动压头式压平机压制钢板矫正，一段时间后将重新恢复原始瓢曲状态，因其不能完全改变金属的塑性变形。另外在GB/T709-2019《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中添加了较高不平度精度(PF.B)，用户对板型的使用要求越来越高。
另外，为了保证加工出合格的钢梁，钢板进行下料前，必须对采购的钢板进行平整度检查，发现平整度不符合施工要求的钢板采取火工矫正，通常火工烘烤温度范围为600～750℃。对于通过位错强化和细晶强化提高钢板强韧性的桥梁钢来说相当于经历了一次高温回火或低温正火，将导致钢板力学性能数值产生波动，尤其是强度将不能满足桥梁用钢标准要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其制造方法，改善火工矫正性能Q420qE钢板及其生产方法，采用低碳，适当添加钒和钼元素，通过控制钢板轧后超快冷工艺参数，有效地生产出具有针状铁素体、等轴铁素体、珠光体和贝氏体组织的Q420qE钢板，力学性能优良。钢板经600～750℃热处理后仍获得良好力学性能。
本发明具体技术方案如下：
一种改善火工矫正性能Q420qE钢板，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.06～0.09％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.50～1.60％，P：≤0.016％，S≤0.004％，Nb：0.010～0.020％，V：0.040～0.050％，Mo：0.13～0.20％，Als：0.015～0.045％，Ti：0.010～0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述改善火工矫正性能Q420qE钢板，焊接裂纹敏感性指数Pcm：≤0.22％，所述Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
所述改善火工矫正性能Q420qE钢板的金相组织为针状铁素体、等轴铁素体、珠光体和贝氏体。
本发明善火工矫正性能Q420qE钢板TMCP处理或TMCP+回火状态处理Q420qE钢板经火工矫正后屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥600MPa，屈强比≤0.85，A≥21.5％，-40℃纵向冲击功≥140J。Q420qE钢板性能要求为的屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥560MPa，屈强比≤0.85，A≥22％，-40℃纵向冲击功≥150J。本发明产品性能远高于常规产品性能要求。
本发明提供的一种改善火工矫正性能Q420qE钢板的制造方法，包括铸坯加热、控轧、控冷。
所述铸坯加热是指：采用步进梁式加热炉进行加热；加热预热段≤900℃，一加热段≤1150℃，二加热段1200～1240℃，均热段1200～1250℃；铸坯在炉时间5-6h。
所述控轧是指：第一阶段在再结晶区轧制，开轧温度≥1050℃，末三道每道次压下率≥15％，终轧温度≥980℃，末三道每道次轧制速度不大于1.5m/s；第二阶段在未再结晶区轧制，开轧温度≤900℃，要求900℃以下累计变形率≥50％，终轧温度840℃±20℃。
所述控冷具体为：
对于厚度≤12mm钢板，不允许开启缝隙喷嘴，返红温度控制在680～720℃；
对于12mm＜厚度≤20mm钢板，轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不允许开启缝隙喷嘴，返红温度控制在660～700℃。
对于20mm＜厚度≤60mm钢板，轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不同板厚应适当开启缝隙喷嘴，返红温度控制在640～680℃。
进一步的，控制冷却时除要满足返红温度要求外，还需注意间隔开启水冷，避免集中冷却。
对于20mm＜厚度≤60mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：超快冷设备的水压设定为0.5MPa，辊道加速度0.008m/s2，轨道速度0.8-1.2m/s；采用的超快冷设备包括A区和B区，A区框架高度300mm，A区设置12组集管，分别为1-4组集管、5-8组集管和9-12组集管；其中1-4组上集管的中间腔水量250m3/h；下水量/上水量的水比为1.5；5-12组的上集管的中间腔水量150m3/h；下水量/上水量的水比为2.3；B区框架高度400mm，B区设置12组集管，分别为13-16组集管、17-20组集管和21-24组集管；13-24组上集管的中间腔水量120m3/h；下水量/上水量的水比为2.5。
进一步的，对于厚度20mm＜厚度≤35mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.2m/s；A区1-4组集管开2组，5-8组集管开2组，9-12组集管均不开；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组。
对于厚度35mm＜厚度≤40mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.1m/s；A区1-4组集管开3组，5-8组集管开2组，9-12组集管开1组；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组。
对于厚度40mm＜厚度≤45mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.0m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开2组，9-12组集管开2组；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组。
对于厚度45mm＜厚度≤50mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.9m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开2组，9-12组集管开3组；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开3组。
对于厚度50mm＜厚度≤55mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.8m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开3组，9-12组集管开3组；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开3组。
对于厚度55mm＜厚度≤60mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.8m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开3组，9-12组集管开3组；B区13-16组集管开2组、17-20组集管开3组和21-24组集管开3组。
具体20mm＜厚度≤60mm钢板超快冷工艺设定如表1所示。
表1厚度＞20-60mm钢板超快冷工艺参数设定
Figure BDA0003329527020000041
Figure BDA0003329527020000051
本发明技术方案的总体思路为：
TMCP交货Q420qE桥梁板属于微合金高强钢，一般通过控制轧制以及轧后快速冷却获得高密度位错细晶粒组织可以满足高强高韧钢力学性能。但实际生产过程和钢梁制造过程中，由于钢板强度高，钢板表面经常出现瓢曲现象，以及为了提高钢板焊接性能，通常需要对钢板进行去内应力高温回火和火工矫正工序。因此经一道或多道高温回火后位错不断运动消失，钢板强度性能会明显下降，甚至低于钢种标准要求，影响其设计时规定的安全使用性能。
本发明采用低碳非调质工艺成分，添加一定的钒、钼元素。碳含量最高到0.09％得到的针状铁素体具有非常细的亚结构、高的位错密度、良好的组织均匀性、较小的等效晶粒尺寸，其具有最佳的强度和韧性匹配；钒元素的添加能起到有效强化作用是在γ/α相变过程或相变后在铁素体中析出的弥散分布V(C,N)细小颗粒，还可促进针状铁素体晶内形核。钒、钼元素的加入增加钢对回火软化的抗力，并产生二次硬化作用，还防止回火脆性。
与现有技术相比，本发明存在以下优点：本发明通过添加一定的钒、钼元素，优化加热、轧制、轧后控冷有效控制组织类型、晶粒大小来满足TM+T交货Q420qE钢板的各项性能。钢板经一道或多道高温回火后均满足钢板标准使用要求。充分体现了本发明技术的优越性。
附图说明
图1为实施例1中60mmQ420qE钢板厚度1/4处金相组织图；
图2为实施例1中60mmQ420qE钢板厚度1/2处金相组织图；
图3为比较例1中60mmQ420qE钢板厚度1/4处金相组织图；
图4为比较例1中60mmQ420qE钢板厚度1/2处金相组织图。
图5为实施例2中25mmQ420qE钢板厚度1/4处金相组织图；
图6为实施例2中25mmQ420qE钢板厚度1/2处金相组织图；
图7为比较例2中25mmQ420qE钢板厚度1/4处金相组织图；
图8为比较例2中25mmQ420qE钢板厚度1/2处金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例和比较例的改善火工矫正性能Q420qE钢板的化学成分、加热、轧制、轧后控冷参数及性能分别如表2-6所示。
实施例1和实施例2
一种改善火工矫正性能Q420qE钢板，包括以下重量百分比的化学成分：如表2所示，表2中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表2实施例1规格60mm和实施例2规格25mm改善火工矫正性能Q420qE钢板化学成分及含量(wt％)
Figure BDA0003329527020000071
实施例1和实施例2所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板的制造方法，包括以下步骤：将含有上述化学成分的铸坯经加热、控轧控冷工艺生产得到。
所述加热步骤中，采用步进梁式加热炉进行加热；加热预热段≤900℃，一加热段≤1150℃，二加热段1200～1240℃，均热段1200～1250℃；铸坯在炉时间5-6h。
进一步地，所述控轧步骤中，第一阶段在再结晶区轧制，开轧温度≥1050℃，末三道每道次压下率≥15％，终轧温度≥980℃，末三道每道次轧制速度不大于1.5m/s；第二阶段在未再结晶区轧制，开轧温度≤900℃，要求900℃以下累计变形率≥50％，终轧温度840℃±20℃。
上述实施例1和实施例2具体加热轧制具体工艺参数如表3所示。
表3实施例1规格60mm和实施例2规格25mm改善火工矫正性能Q420qE钢板的加热轧制工艺参数
Figure BDA0003329527020000081
Figure BDA0003329527020000091
实施例1规格60mm改善火工矫正性能Q420qE钢板的控冷参数为：轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不同板厚应适当开启缝隙喷嘴，返红温度控制在640～680℃，具体工艺参数见表4。
表4实施例1规格60mm改善火工矫正性能Q420qE钢板的轧后控冷工艺参数
Figure BDA0003329527020000092
实施例2规格25mm改善火工矫正性能Q420qE钢板的控冷参数为：轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不同板厚应适当开启缝隙喷嘴，返红温度控制在640～680℃，具体工艺参数见表5。
表5实施例2规格25mm改善火工矫正性能Q420qE钢板的轧后控冷工艺参数
Figure BDA0003329527020000093
Figure BDA0003329527020000101
表6实施例1规格60mm实施例2规格25mm改善火工矫正性能Q420qE钢板实物性能
Figure BDA0003329527020000102
表中的TMCP+T是指本发明方法生产的产品进行热处理,热处理炉回火温度：610±10℃，在炉时间：1.5H+120min(H为成品厚度mm)。
注：表中的-40℃纵向冲击功的数据是同一批工艺生产得到的三组样品所测试得到的数据。
对比例1和对比例2
一种Q420qE钢板，包括以下重量百分比的化学成分：如表7所示，表7中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表7比较例1规格60mm和比较例2规格25mm常规Q420qE钢板的化学成分及含量(wt％)
Figure BDA0003329527020000103
Figure BDA0003329527020000111
对比例1和对比例2所述的Q420qE钢板的制造方法，包括以下步骤：将含有上述化学成分的铸坯经加热、控轧控冷工艺生产得到。工艺过程同本发明，区别在于工艺参数不同，对比例1和对比例2的不同的生产工艺参数如表8所示。
表8比较例1中规格60mm和比较例2规格25mm常规Q420qE钢板的加热、轧制及控冷工艺
Figure BDA0003329527020000112
Figure BDA0003329527020000121
表9比较例1中规格60mm和比较例2规格25mm常规Q420qE钢板实物性能
Figure BDA0003329527020000122
表中的TMCP+T是指本发明方法生产的产品进行热处理,热处理炉回火温度：610±10℃，在炉时间：1.5H+120min(H为成品厚度mm)。
注：表中的-40℃纵向冲击功的数据是同一批工艺生产得到的三组样品所测试得到的数据。
从表2-表6中的实施例和表7-表9中的比较例可以看出，与比较例相比，实施例中添加钒、钼元素，通过调整坯料加热温度、加热时间、轧制以及轧后控制冷却工艺，得到均匀细晶粒的针状铁素体、等轴铁素体、贝氏体、珠光体组织，如图1、图2、图5、图6所示，TMCP态钢板经高温回火后强韧性均提高，适合桥梁板的使用性能；而比较例钢板组织晶粒粗大、大小不均匀，大量块状铁素体，心部还存在大量贝氏体组织，如图3、图4、图7、图8所示。比较例中通过TMCP工艺细晶强化和位错强化提高钢板的强韧性，但经高温回火后位错密度下降，强度下降，不满足420MPa级桥梁板的使用性能。
厚度25mm钢板实施例和比较例从组织差异性上看不如厚规格钢板明显(如图5-图8)，主要差别在于碳氮化钒的析出以及钼的特殊碳化物沉淀析出呈弥散分布，出现二次硬化的现象，提高钢板的使用性能。
上述参照实施例对一种改善火工矫正性能Q420qE钢板及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，所述改善火工矫正性能Q420qE钢板的化学成分重量百分比为：C：0.06～0.09%，Si：0.15～0.35%， Mn：1.50～1.60%，P：≤0.016%，S≤0.004%，Nb：0.010～0.020%，V：0.040～0.050%，Mo：0 .13～0 .20%，Als：0 .015～0 .045%，Ti：0 .010～0 .020%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述改善火工矫正性能Q420qE钢板的制造方法，包括铸坯加热、控轧、控冷；
所述铸坯加热是指采用步 进梁式加热炉进行加热；加热预热段≤900℃，一加热段≤1150℃，二加热段1200~1240℃，均热段1200~1250℃；铸坯在炉时间5-6h；所述控轧，具体为：第一阶段在再结晶区轧制，开轧温度≥1050℃，末三道每道次压下率≥15％，终轧温度≥980℃，末三道每道次轧制速度不大于1.5m/s；第二阶段在未再结晶区轧制，开轧温度≤900℃，要求900℃以下累计变形率≥50%，终轧温度840℃±20℃；
所述控冷具体为：
对于厚度≤12mm钢板，不允许开启缝隙喷嘴，返红温度控制在680~720℃；
对于12mm＜厚度≤20mm钢板，轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不允许开启缝隙喷嘴，返红温度控制在660~700℃；
对于20mm＜厚度≤60mm钢板，轧后驰豫20-30秒再进UFC冷却，不同板厚应适当开启缝隙喷嘴，返红温度控制在640~680℃。
2.根据权利要求1所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，所述改善火工矫正性能Q420qE钢板，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.22%。
3.根据权利要求1或2所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，所述改善火工矫正性能Q420qE钢板的金相组织为针状铁素体、等轴铁素体、珠光体和贝氏体。
4.根据权利要求1或2所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，所述善火工矫正性能Q420qE钢板的屈服强度≥500 MPa，抗拉强度≥600MPa，屈强比≤0.85，A≥21.5%，-40℃纵向冲击功≥140J。
5.根据权利要求1所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，对于20mm＜厚度≤60mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：超快冷设备的水压设定为0.5MPa，辊道加速度0.008m/s2，轨道速度0.8-1.2m/s；采用的超快冷设备包括A区和B区，A区框架高度300mm，A区设置12组集管，分别为1-4组集管、5-8组集管和9-12组集管；其中1-4组上集管的中间腔水量250m3/h；下水量/上水量的水比为1.5；5-12组的上集管的中间腔水量150m3/h；下水量/上水量的水比为2.3；B区框架高度400mm，B区设置12组集管，分别为13-16组集管、17-20组集管和21-24组集管；13-24组上集管的中间腔水量120m3/h；下水量/上水量的水比为2.5。
6.根据权利要求5所述的改善火工矫正性能Q420qE钢板，其特征在于，对于厚度20mm＜厚度≤35mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.2m/s；A区1-4组集管开2组，5-8组集管开2组，9-12组集管均不开； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组；
对于厚度35mm＜厚度≤40mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.1m/s；A区1-4组集管开3组，5-8组集管开2组，9-12组集管开1组； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组；
对于厚度40mm＜厚度≤45mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度1.0m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开2组，9-12组集管开2组； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开2组；
对于厚度45mm＜厚度≤50mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.9m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开2组，9-12组集管开3组； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开3组；
对于厚度50mm＜厚度≤55mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.8m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开3组，9-12组集管开3组； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开2组和21-24组集管开3组；
对于厚度55mm＜厚度≤60mm钢板超快冷工艺，参数控制如下：轨道速度0.8m/s；A区1-4组集管开4组，5-8组集管开3组，9-12组集管开3组； B区13-16组集管开2组、17-20组集管开3组和21-24组集管开3组。
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