CN114645201B - 一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法 - Google Patents

一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.04～0.08％；Si：0.30～0.5％；Mn：1.10～1.50％；P：≤0.015％；S≤0.005％；Nb：0.030～0.070％；V：0.01～0.10％；Ti：0.010～0.025％；Cr：0.35～0.60％；Ni：0.30～0.45％；Cu：0.25～0.55％；Mo：0.10～0.30％；N：≤0.008％；Al：0.020～0.050％；其余为Fe和不可避免的杂质元素，本发明适用于桥梁耐候钢板，本发明通过TMCP+两段式冷却+两段式回火的工艺，获得了一种性能稳定的高强度高韧性的Q500qNH桥梁耐候钢板，通过成分组分配比满足可焊接性和耐腐蚀性的目的；通过制备方法一方面解决较高Ni下的氧化铁皮不易清除的问题，保证正常轧制，另一方面实现软硬相相间的组织和均匀细化的晶粒，从而实现高韧性目标。

Description

一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体是一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法。
背景技术
桥梁耐候钢主要用于桥梁建设长期暴露在大气中使用的钢结构。因为其优异的耐大气腐蚀特性，其涂装性能远远高于普通低合金结构用钢，可以大幅度降低涂装成本和减少环境污染。因此桥梁耐候钢在桥梁建设中得到越来越多的应用，同时随着大跨度桥梁的建设要求对桥梁耐候钢的高强度、高韧性、可焊接性、耐候性等都提出了更高的要求。
Q500qNH是一种高强度桥梁耐候钢，采用TMCP+回火工艺生产具有工艺简单，成本低的特点，但在线淬火+回火和TMCP+回火的生产工艺，但在连续冷却过程中，相变后的组织组成不易控制，因此容易出现冲击功值离散性较大，强度性能不稳定的的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.04～0.08％；Si：0.30～0.5％；Mn：1.10～1.50％；P：≤0.015％；S≤0.005％；Nb：0.030～0.070％；V：0.01～0.10％；Ti：0.010～0.025％；Cr：0.35～0.60％；Ni：0.30～0.45％；Cu：0.25～0.55％；Mo：0.10～0.30％；N：≤0.008％；Al：0.020～0.050％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
作为优选的，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.04～0.06％；Si：0.30～0.45％；Mn：1.40～1.50％；P≤0.015％；S≤0.005％；Nb：0.04～0.06％；V：0.01～0.03％；Ti：0.010～0.020％；Cr：0.35～0.60％；Ni：0.35～0.45％；Cu：0.25～0.30％；Mo：0.20～0.25％；N≤0.006％；Al：0.020～0.045％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
作为优选的，所述桥梁耐候钢板的耐腐蚀指数为I，其中：
I＝26.01Cu+3.88N i+1.2Cr+1.49S i+17.28P-7.29CuN i-9.10N i P-33.39Cu2
≥6.0。
本发明还公开了一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板的制造方法，具体步骤如下：
(S1)、取料：
按照质量百分数进行取料；
(S2)、加热：
将板坯加入加热炉中进行加热；
(S3)、轧制
将板坯加热后进行奥氏体完全再结晶区进行轧制，轧制成60～100mm的中间坯；
(S4)、冷却
轧制后层流采用分段冷却，得到桥梁耐候钢板。
作为优选的，所述步骤(S2)中的板坯加热温度为1220～1260℃，板坯自进入加热炉后加热炉步进梁保持等节奏进钢，所述加热炉采用正压控制，各段温度偏差控制在20℃以内。
作为优选的，所述步骤(S3)中其中板坯轧制，其开轧温度为1070～1170℃，终轧温度为1000～1040℃，单道次压下率≥15％。
作为优选的，所述步骤(S3)中，中间坯冷却分为两个阶段控制，首先经过中间强制冷却装置采用较高的冷却速率进行冷却，第一次冷却中间坯返红温度在920～950℃，返红后进行第二次冷却，第二次以5～10℃/s冷却，中间坯冷却到860～900℃时开始奥氏体非再结晶区轧制，终轧温度为820～850℃。
作为优选的，所述步骤(S4)中的冷却的具体步骤如下：
(S4.1)、以20～40℃/s的速度冷却到返红温度为710～730℃；
(S4.2)、进行空冷，空冷到680～700℃后以20～30℃/s的速度水冷到300～400℃；
(S4.3)、在辊道或冷床上空冷到室温；
(S4.4)、钢板进行离线回火，回火温度为350～450℃，回火时间为4mi n/mm+20min。
本发明中，本发明通过TMCP+两段式冷却+两段式回火的工艺，获得了一种性能稳定的高强度高韧性的Q500qNH桥梁耐候钢板，通过成分组分配比满足可焊接性和耐腐蚀性的目的；通过制备方法一方面解决较高N i下的氧化铁皮不易清除的问题，保证正常轧制，另一方面实现软硬相相间的组织和均匀细化的晶粒，从而实现高韧性目标。附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法的具体实施方式。本发明一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法，如图1所示，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.07％；Si：0.4％；Mn：1.4％；P：0.012％；S:0.003％；Nb：0.05％；V：0.08％；T i：0.02％；Cr：0.5％；N i：0.4％；Cu：0.35％；Mo：0.2％；N：0.006％；A l：0.04％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
耐腐蚀指数：I＝6.9。
实施例2：
本实施例给出一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板及制造方法，如图1所示，按照质量百分数，由以下原料制备而成：C：0.053％；Si：0.35％；Mn：1.46％；P：0.013％；S：0.001％；Nb：0.051％；V：0.02％；T i：0.017％；Cr：0.40％；N i：0.38％；Cu：0.28％；Mo：0.21％；N：0.005％；A l：0.037％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
耐腐蚀指数：I＝6.5。
在实施例1-实施例2中，钢水通过连铸机浇注成为210mm厚的板坯。板坯加热温度1230℃，步进梁保持等节奏进钢，各段温度偏差控制在10℃。后进行两阶段控制轧制，分别为奥氏体再结晶区轧制和奥氏体非再结晶区轧制，轧制完成后采用层流冷却进行冷却。钢板冷却后进行两段式淬火+回火处理。
表1为实施例1～2的轧制和回火工艺参数，如下：
Figure GDA0004133547810000041
表1
表2为实施例1～2的中间坯两段式冷却工艺参数，如下：
Figure GDA0004133547810000042
表2
表3为实施例1～2轧制后钢板的两段式冷却工艺控制参数，如下：
Figure GDA0004133547810000043
表3
表4为实施例1～2所制备的钢板力学性能测试，结果如下：
Figure GDA0004133547810000044
表4
结合实施例1-实施例2以及表4的测试数据可知：本发明通过TMCP+两段式冷却+两段式回火的工艺，获得了一种性能稳定的高强度高韧性的Q500qNH桥梁耐候钢板，通过成分组分配比满足可焊接性和耐腐蚀性的目的；通过制备方法一方面解决较高N i下的氧化铁皮不易清除的问题，保证正常轧制，另一方面实现软硬相相间的组织和均匀细化的晶粒，从而实现高韧性目标。
本发明中桥梁耐候钢板成分设计依据在于：
C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素。C溶入基体形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，显著增加基体的强度。但随着碳含量的增加，钢的塑性和韧性下降，因此本发明C百分含量设定为0.04～0.08％。
Mn是钢中的一种主要元素，可以提高材料强度，另外Mn元素在钢中还是防止热脆性的主要元素，但是较高含量的Mn极易在钢中产生严重的中心偏析，恶化钢的低温韧性，因此本发明Mn百分含量设定为1.10～1.50％。
Si元素在钢中主要以固溶强化形式提高钢的强度，是炼钢脱氧的必要元素，同时可以提高耐大气腐蚀性能，但明显降低钢的塑性和韧性，因此本发明Si百分含量设定为0.30～0.50％。
P是一种晶界偏聚元素，Cu、P复合具有最优的耐候效果，是比较经济的耐蚀元素，旦对低温脆性和裂纹敏感性有着较大的影响，因此本发明P百分含量控制为≤0.015％。
S是一种有害元素，会降低钢的耐蚀性和低温韧性，因此本发明S百分含量控制为≤0.005％。
Nb是强碳氮化合物形成元素，能提高钢的奥氏体再结晶温度，奥氏体可以在更高的轧制温度下进行轧制。此外Nb在控制轧制连续冷却过程中的析出强化作用，通过Nb的碳氮化物的应变诱导析出可以钉扎奥氏体晶粒，细化奥氏体晶粒并提高强度及低温韧性。因此本发明Nb百分含量控制在0.030～0.070％。
T i是一种好的固氮元素，同时细小的氮化钛在坯料加热时可以有效组织奥氏体晶粒长大。因此本发明T i百分含量为0.010～0.025％。
N i能有效阻止Cu的热脆引起的网裂，还能提高钢的耐大气腐蚀性能，降低韧性转变温度，但N i越高，坯料加热后氧化铁皮的黏性越大，除磷难度增大。因此本发明N i百分含量控制在0.30～0.45％。
Cu元素在钢中主要起到固溶强化作用，适量的铜可提高强度而不降低韧性，也可提高钢的耐蚀性，因此本发明Cu百分含量为0.25～0.55％。
Cr适宜的添加可以提高钢的强度，并显著改善钢的耐候性，因此本发明Cr百分含量为0.35～0.60％。
Mo是较强的固溶强化元素，强烈提高淬透性，是促进针状铁素体形成元素，并提高回火稳定性，显著降低回火脆性，但价格昂贵，因此本发明Mo百分含量为0.10～0.30％。
N能引起钢的时效硬化现象，因此本发明控制N百分含量在80ppm以下。
Al是钢中的主要脱氧元素，Al可以用来阻止晶粒长大，但Al含量过高时将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性。因此本发明Alt百分含量为0.02～0.05％。
本发明的制备方法设计依据在于：①因为一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板的Ni较高，加热过程形成的氧化铁皮的黏性较大，尤其是温度波动较大时易造成氧化铁皮黏性的不均匀性，阻止了除磷时氧化铁皮裂纹的扩展，因此加热采用的是高温快烧匀速进钢的工艺，可有效降低氧化铁皮黏性并保持全板面氧化铁皮黏性的一致性；②在奥氏体完全再结晶区轧制时，前几道次采用大压下量有利于残余氧化铁皮的清楚；③中间坯快冷可有效抑制再结晶后的奥氏体经理长大，之所以采用两段式冷却方式，是因为采用水冷冷却时水和中间坯接触面降温非常快，温度一般在450℃以下，很容易发生中温转变，如果返红温度较低则中间坯表层易发生不可逆转粗大的中温转变组织，不利于随后的奥氏体非再结晶区轧制和达到细化晶粒的目的；④形变会诱导铁素体析出，采用较高的终轧温度可以有效防止先共析铁素体在高温析出；⑤轧制完成后快速冷却到Ar1以上10～30℃进行空冷可使铁素体在较低温度析出一部分细小的先共析铁素体，然后快速冷却到350℃左右，使剩余过冷奥氏体相变为被针状铁素体分割的多位向贝氏体，这种软硬相结合的组织可以对裂纹的扩展起到较大阻止作用，从而提高韧性。需要进一步说明的是Q500qNH桥梁耐候钢采用两段式冷却可以获得一种软硬相相结合的混合组织，但相变后的先共析软相均匀细小才能获得较高的韧性，因此高韧性Q500qNH需要两段式冷却工艺和中间坯两段式冷却工艺进行有效配合，否则由于奥氏体的粗化使先共析相的形核点减少容易造成先共析相的粗化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高韧性Q500qNH桥梁耐候钢板的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：控制成分质量百分数为：C 0.04～0.08％；Si 0.30～0.5％；Mn 1.10～1.50％；P≤0.015％；S≤0.005％；Nb 0.030～0.070％；V 0.01～0.10％；Ti0.010～0.025％；Cr 0.35～0.60％；Ni 0.30～0.45％；Cu 0.25～0.55％；Mo0.10～0.30％；N≤0.008％；Al 0.020～0.050％；其余为Fe和不可避免的杂质元素；
耐腐蚀指数：
I＝26.01Cu+3.88Ni+1.2Cr+1.49Si+17.28P-7.29CuNi-9.10NiP-33.39Cu2≥6.0；
S2：板坯加热到1220～1260℃，板坯自进入加热炉后加热炉步进梁保持等节奏进钢；加热炉采用正压控制，各段温度偏差控制在20℃以内；
S3：板坯加热后进行奥氏体完全再结晶区进行轧制，轧制成60～100mm的中间坯；其中，开轧温度为1070～1170℃，终轧温度为1000～1040℃，单道次压下率≥15％；中间坯冷却分为两个阶段控制，首先经过中间强制冷却装置采用较高的冷却速率进行冷却，第一次冷却中间坯返红温度在920～950℃，返红后进行第二次冷却，第二次以5～10℃/s冷却，中间坯冷却到860～900℃时开始奥氏体非再结晶区轧制，终轧温度为820～850℃；
S4：轧制后层流采用分段冷却：首先以20～40℃/s的速度冷却到返红温度为710～730℃，然后进行空冷，空冷到680～700℃后以20～30℃/s的速度水冷到300～400℃，在辊道或冷床上空冷到室温，然后钢板进行离线回火，回火温度为350～450℃，回火时间为4min/mm+20min。
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