CN115094315A - 一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法 - Google Patents

一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法，涉及中厚板桥梁钢生产技术领域。本发明所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法包括以下步骤：制备连铸坯、钢坯加热、轧制、冷却和缓冷(分厚度规格)等。本发明以连铸坯为生产原料，采用低碳、Mn‑Nb‑Ti‑Cr微合金化的成分体系，不添加V、Mo、Ni、Cu等贵重合金元素，仅通过窄幅的连铸坯加热及控制轧制和冷却工艺，无需正火或回火工序，即可生产出厚度8～50mm，屈服强度≥420MPa，‑40℃冲击功≥160J，屈强比≤0.80的的桥梁钢板。本发明的桥梁钢板为各项性能满足国标GB/T714‑2015标准要求的Q420qE钢板。

Description

一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及中厚板桥梁钢生产技术领域，尤其涉及一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法。
背景技术
桥梁结构钢板广泛应用于架造铁路桥梁、公路桥梁、跨海大桥等。要求有较高的强度、韧性以及承受机车车辆的载荷和冲击，且要有良好的抗疲劳性、一定的低温韧性和耐大气腐蚀性。拴焊桥梁用钢还应具有良好的焊接性能和低的缺口敏感性。随着经济的迅速发展，对高级别桥梁结构钢板的需求增长迅猛。
虽然目前主要使用Q345qC、D、E系列的钢板，但是由于Q420q级别桥梁钢具有强度更高，可以减量化使用，且安装工作量小等优点，因此，人们越来越倾向于使用Q420q级别桥梁钢。但是Q420q级别桥梁钢价格稍高，因此，本领域亟需在稳定产品质量的基础上控制生产成本，开发一种低成本生产高质量经济型桥梁钢的生产工艺。
申请号为200710093175.1的专利公布了一种Q420qD桥梁板生产工艺，该专利中的桥梁钢成分设计采用C-Mn-Nb-Ti-V成分体系，可生产16-36mm的Q420qD钢板。但是其成分设计C含量为0.11-0.17％的中高碳成分设计，导致钢板的焊接性能和低温韧性差，同时也不满足桥梁钢新标准GB/T 714-2015的C含量≤0.11％的要求，另外该技术还存在轧后需要经过正火工艺，且合金成本高，工艺路线长的缺陷。
申请号为201010576668.2的专利公布了一种低成本Q420qE桥梁用钢板的生产方法，该专利桥梁钢成分设计采用C-Mn-Nb-Ti成分体系，且仅添加微量的Nb、Ti合金，通过连铸坯和TMCP工艺，以及强的水冷提高桥梁钢板性能，降低生产成本，可生产出综合性能满足国标GB/T 714-2008要求的10-40mm的Q420qE钢板。但是其为中高碳成分设计，其中C含量为0.14-0.17％，造成钢板的焊接性能和低温韧性差，并且还不能满足桥梁钢新标准GB/T714-2015的C含量≤0.11％的要求，另外该技术要求终冷温度为550-570℃，终冷温度低，钢板易产生粒状贝氏体组织，造成钢板延伸率大量不合格、钢板冷弯大量开裂，钢板出ACC矫直后，钢板表面贝氏体相变在冷床进行时产生变形而飘曲，导致难以生产出12mm厚以下的薄规格钢板。
申请号为201110176653.1的专利公布了一种高级别桥梁用Q420QE钢板及其生产方法，该专利提供的桥梁钢成分设计采用C-Mn-Nb-Ti-V或C-Mn-Nb-Ti-V-Ni的成分体系，通过连铸坯、控轧控冷的工艺，配合合理的多元复合微合金元素的强化，可生产出80mm以下且综合性能满足国标GB/T19879-2008要求Q420qE钢板，但是其成分设计中C含量为0.10-0.15％的中高碳成分设计，存在钢板的焊接性能和低温韧性差，且不能满足桥梁钢新标准GB/T714-2015的C含量≤0.11％的要求，另外该技术采用了V或V+Ni多元复合微合金化，生产成本较高。
申请号为201310083385.8的专利公布了一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE及其制备工艺，同时申请号为201610667337.7的专利公布了一种低碳特厚TMCP型Q420qE桥梁钢及其制造方法，上述专利提供的均是60-80mm厚规格桥梁板的生产方法，但是两者的生产工艺中均添加了Ni+V或Ni+Cr的微合金元素，导致合金成本较高。
申请号为202110337853.4的专利公布了一种回火型低屈强比桥梁钢的生产方法，该专利生产的桥梁钢采用C-Mn-Nb-Ti-Cr-Mo-Cu的成分体系，通过连铸坯-控轧控冷-回火等生产工序，可生产出6-50mm范围内的Q420qE钢板，但是由于该生产方法需要加入Mo-Cu等昂贵合金元素，同时需要设置回火工序，导致制造成本大幅提高。
综上所述，目前Q420q级别桥梁钢板生产存在许多缺陷：(1)碳含量为0.11-0.17％导致碳当量偏高，不利于在制造钢箱梁过程中的焊接；(2)采用低碳成分设计的Q420q，为保证强度指标，添加了V、Ni、Mo、Cu等昂贵合金元素，造成制造成本偏高；(3)传统的控轧控冷工艺由于轧后终冷温度偏低550-600℃，在冷床上产生贝氏体相变而飘曲，钢板板型不容易控制，是影响12mm以下薄规格桥梁钢板生产的关键点；(4)部分生产中需要过正火或者回火等热处理工序，进一步提高了生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板及其生产方法，该方法以连铸坯为生产原料，采用低碳，Mn-Nb-Ti-Cr微合金化的成分体系，不添加V、Mo、Ni、Cu等贵重合金元素，仅通过窄幅的连铸坯加热及控制轧制和控制冷却工艺控制，无需正火或回火工序，即可生产出厚度8～50mm，屈服强度≥420MPa，-40℃冲击功≥160J，屈强比≤0.80的各项性能满足国标GB/T 714-2015标准要求的Q420qE钢板。
本发明的第一个目的在于提供一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板，所述420MPa级桥梁钢板化学成分质量百分比的组成如下：C 0.07％～0.10％，Si0.20％～0.40％，Mn 1.45％～1.55％，P≤0.020％，S≤0.005％，Als 0.010％～0.030％，Nb0.035％～0.045％，Ti≤0.020％，Cr 0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的第二个目的在于提供所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，包括以下步骤：
S1、制备连铸坯：按比例准备原材料，经过铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→RH真空精炼→连铸工序，得到连铸坯；
S2、钢坯加热：将连铸坯缓冷后送入加热炉加热，入炉温度≤500℃，加热过程要保证铌合金的充分固溶及细小均匀的原始奥氏体晶粒，加热段温度为1230±20℃，均热温度为1200±20℃，加热速度为8～10min/cm，均热段时间按照30～60min控制，出炉温度为1090±20℃；
S3、粗轧：粗轧采用高温、大压下、快速轧制技术，压下规程编制选用最大道次压下量，开轧温度1060℃～1098℃，终轧温度1000℃-1045℃，粗轧展宽结束后保证道次压下量逐道次加大，最后连续三个道次压下率≥20％，中间坯厚度为40mm-110mm；
S4、精轧：开轧温度根据最终成品厚度进行调整，薄规格开轧温度高，厚规格开轧温度低，开轧温度为820～1020℃，终轧温度为790～840℃；
S5、冷却：冷却温度为740-790℃，返红温度为630～670℃；
S6、缓冷：≥16mm的钢板矫直后快速下线进行钢板堆垛缓冷，＜16mm钢板直接无需缓冷直接入库。。
优选地，步骤S1中所述连铸坯的厚度分别为180mm、250mm和320mm。
优选地，步骤S1中所述180mm规格连铸坯轧制30mm以下规格，250mm规格连铸坯轧制40mm以下规格，320mm规格连铸坯轧制50mm以下规格。
优选地，步骤S2中所述缓冷时间为24-48h。
优选地，步骤S3中所述粗轧经过3-5道次轧制。
优选地，步骤S4中所述精轧经过6-8道次轧制，为保证板型道次压下量逐道次递减，最后三道次累计压下率≥20％。
优选地，步骤S6中所述缓冷下线温度200℃-400℃，所述缓冷时间为16-48h，根据钢板厚度规格进行调整。
本发明除了需控制各个元素的百分含量外，还需配合窄幅的加热工艺、轧制工艺和冷却工艺的稳定控制，从而生产经济型、易工业化生产、综合性能优良的屈服强度420MPa的桥梁钢板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)、0.07％-0.10％的低碳成分设计降低碳当量，有利于桥梁板的焊接；仅添加少量Nb、Cr元素，不用添加V、Ni、Mo、Cu等昂贵合金元素，减少合金用量，降低生产成本。
(2)、12mm以下薄规格钢板返红温度为650-670℃，钢板金相组织为(P+F)组织，在冷床上不变形。解决了传统的控轧控冷工艺由于轧后终冷温度偏低550-600℃，在冷床上产生贝氏体相变而飘曲，钢板板型不容易控制的问题。
(3)、采用柔性生产技术生产各个厚度规格、各个级别的屈服强度420MPa级桥梁钢板，一种成分的连铸坯，进行轧制工艺及冷却工艺的调整，生产不同厚度规格、不同级别的桥梁钢板(Q420qD、Q420qE)；同时与其他Q370q/Q345q低级别桥梁钢的化学成分体系相近，减少混浇成本。
(4)、轧后直接交货，无需再经过正火或者回火等热处理工序，降低了工序生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的8mm厚度规格的桥梁板轧态金相组织图；
图2是本发明实施例2制备的25mm厚度规格的桥梁板轧态金相组织图；
图3是本发明实施例3制备的50mm厚度规格的桥梁板轧态金相组织图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1
8mm，Q420qE级桥梁钢板，使用180mm*1600mm*2400mm规格连铸坯。所述Q420qE级桥梁钢板化学成分质量百分比的组成如下：C 0.10％，Si 0.28％，Mn 1.49％，P 0.015％，S0.005％，Als 0.025％，Nb 0.0399％，Ti 0.003％，Cr 0.215％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产工艺路线：铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→真空处理→连铸→钢坯缓冷→钢坯加热→控轧轧制→预矫直→控制冷却→钢板探伤→入库。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产方法，由以下步骤组成：
S1、制备连铸坯：按照上述成分设计要求准备原材料，经过铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→RH真空精炼→连铸工序，得到规格为180mm*1600mm*2400mm的连铸坯；
S2、钢坯加热：将连铸坯缓冷后送入加热炉加热，入炉温度480℃，加热段温度为1220～1240℃，均热温度为1200～1220℃，加热速度8min/cm，总在炉时间175min，均热段时间32min，出炉温度为1100-1105℃；
S3、粗轧：采用“高温、大压下、快速”轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，开轧温度1092-1098℃，终轧温度1037-1045℃，3-5道次轧制，压下率≥20％，中间坯厚度为40mm；
S4、精轧：开轧温度为1008-1012℃，6-8道次轧制，压下率≥10％，终轧温度为833-838℃；
S5、冷却：冷却温度为742-751℃，返红温度为658-666℃；
S6、缓冷：钢板矫直后快速下线进行钢板堆垛缓冷。
对实施例1制备的两批次8mm，Q420qE级桥梁钢板进行物理性能检测，拉力性能检测执行标准GB/T228.1-2021,冲击性能检测执行标准GB/T229-2007,弯曲试验检测执行标准GB/T232-2010,桥梁钢产品标准执行GB/T714-2015结果如表1所示：
表1 8mm桥梁板物理性能检验结果
Figure BDA0003703350550000051
Figure BDA0003703350550000061
实施例2
25mm，Q420qE级桥梁钢板，使用250mm*1800mm*2700mm规格连铸坯。所述Q420qE级桥梁钢板化学成分质量百分比的组成如下：C 0.08％，Si 0.36％，Mn 1.46％，P 0.020％，S0.004％，Als 0.020％，Nb 0.0388％，Ti 0.020％，Cr0.194％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产工艺路线：铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→真空处理→连铸→钢坯缓冷→钢坯加热→控轧轧制→预矫直→控制冷却→钢板缓冷→钢板探伤→入库。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产方法，由以下步骤组成：
S1、制备连铸坯：按照上述成分设计要求准备原材料，经过铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→RH真空精炼→连铸工序，得到规格为250mm*1800mm*2700mm的连铸坯；
S2、钢坯加热：将连铸坯缓冷后送入加热炉加热，入炉温度472℃，加热段温度为1220～1240℃，均热温度为1200～1220℃，加热速度9min/cm，总在炉时间242min，均热段时间46min，出炉温度为1078℃；
S3、粗轧：采用“高温、大压下、快速”轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，开轧温度1065℃，终轧温度1024℃，3-5道次轧制，压下率≥20％，中间坯厚度为55mm；
S4、精轧：开轧温度为895℃，6-8道次轧制，压下率≥10％，终轧温度为804℃；
S5、冷却：冷却温度为782℃，返红温度为653℃；
S6、缓冷：钢板矫直后快速下线进行钢板堆垛缓冷，缓冷下线温度364℃，缓冷时间为24h。
对实施例2制备的25mm，Q420qE级桥梁钢板进行物理性能检测，结果如表2所示：
表2 25mm桥梁板物理性能检验结果
Figure BDA0003703350550000062
实施例3
50mm，Q420qE级桥梁钢板，使用320mm*2200mm*2737mm规格连铸坯。所述Q420qE级桥梁钢板化学成分质量百分比的组成如下：C 0.09％，Si 0.27％，Mn 1.46％，P 0.017％，S0.005％，Als 0.024％，Nb 0.0415％，Ti 0.018％，Cr0.203％，余量为Fe和不可避免的杂质，PCM(焊接裂纹敏感性指数，Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)0.18，CEV(碳当量，CEV＝C+1/6Mn+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)0.38。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产工艺路线：铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→真空处理→连铸→钢坯缓冷→钢坯加热→控轧轧制→预矫直→控制冷却→钢板缓冷→钢板探伤→入库。
所述经济型铌铬强化Q420qE级桥梁钢板的生产方法，由以下步骤组成：
S1、制备连铸坯：按照上述成分设计要求准备原材料，经过铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→RH真空精炼→连铸工序，得到规格为320mm*2200mm*2737mm的连铸坯；
S2、钢坯加热：将连铸坯缓冷后送入加热炉加热，入炉温度492℃，加热段温度为1220～1240℃，均热温度为1200～1220℃，加热速度10min/cm，总在炉时间322min，均热段时间58min，出炉温度为1094℃；
S3、粗轧：采用“高温、大压下、快速”轧制技术，压下规程编制按轧机的能力选用最大道次压下量，开轧温度1085℃，终轧温度1022℃，3-5道次轧制，压下率≥20％，中间坯厚度为110mm；
S4、精轧：开轧温度为827℃，6-8道次轧制，压下率≥10％，终轧温度为796℃；
S5、冷却：冷却温度为778℃，返红温度为641℃；
S6、缓冷：钢板矫直后快速下线进行钢板堆垛缓冷，缓冷下线温度392℃，缓冷时间为48h。
对实施例3制备的50mm，Q420qE级桥梁钢板进行物理性能检测，结果如表3所示：
表3 50mm桥梁板物理性能检验结果
Figure BDA0003703350550000071
Figure BDA0003703350550000081
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板，其特征在于，所述420MPa级桥梁钢板化学成分质量百分比的组成如下：C 0.07％～0.10％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.45％～1.55％，P≤0.020％，S≤0.005％，Als 0.010％～0.030％，Nb 0.035％～0.045％，Ti≤0.020％，Cr 0.15％～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备连铸坯：按比例准备原材料，经过铁水脱硫→转炉冶炼→精炼→RH真空精炼→连铸工序，得到连铸坯；
S2、钢坯加热：将连铸坯缓冷后送入加热炉加热，入炉温度≤500℃，加热段温度为1230±20℃，均热温度为1200±20℃，加热速度为8～10min/cm，均热段时间按照30～60min控制，出炉温度为1090±20℃；
S3、粗轧：开轧温度1060℃～1098℃，终轧温度1000℃-1045℃，中间坯厚度为40mm-110mm；
S4、精轧：开轧温度为820～1020℃，终轧温度为790～840℃；
S5、冷却：冷却温度为740790℃，返红温度为630～670℃；
S6、缓冷：≥16mm的钢板矫直后快速下线进行钢板堆垛缓冷，＜16mm钢板直接无需缓冷直接入库。
3.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S1中所述连铸坯的厚度分别为180mm、250mm和320mm。
4.根据权利要求3所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S1中所述180mm规格连铸坯轧制30mm以下规格，250mm规格连铸坯轧制40mm以下规格，320mm规格连铸坯轧制50mm以下规格。
5.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S2中所述缓冷时间为24-48h。
6.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S3中所述粗轧经过5-8道次轧制。
7.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S4中所述精轧经过6-8道次轧制。
8.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S6中所述缓冷下线温度200℃-400℃。
9.根据权利要求2所述经济型铌铬强化420MPa级桥梁钢板的生产方法，其特征在于，步骤S6中所述缓冷时间为16-48h。
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