发明内容
本发明的目的在于提供一种桥梁钢板及其柔性化生产方法。
本发明提供一种桥梁钢板柔性化生产方法,所述桥梁钢板的化学成分以质量百分比计包括:
C:0.045-0.065%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.6-1.7%、P≤0.015%、S≤0.002%、Nb:0.035-0.045%、Cr:0.3-0.5%、Ni:0.2-0.3%、Cu:0.2-0.4%、Mo:0.2-0.3%、Al:0.03-0.045%,其余为Fe和其他不可避免的杂质;
所述生产方法包括步骤:
按照上述化学成分配比,冶炼得到钢液;
将所述钢液通过连铸工序铸造形成连铸坯,并对所述连铸坯进行均热处理;
将所述连铸坯加热,轧制并进行冷却后得到钢板,在轧制工序中,依次包括奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制,且在所述奥氏体再结晶区轧制中最后两道次轧制压下量大于其他道次压下量;
对轧制后所述钢板进行柔性热处理,柔性热处理包括淬火处理和回火处理,其中回火温度为450~550℃,当淬火处理温度为930~940℃时,热处理得到Q620qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为880~890℃时,热处理得到Q550qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为840~850℃时,热处理得到Q500qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为800~810℃时,热处理得到Q460qF强度等级的桥梁钢板。
作为本发明的进一步改进,所述桥梁钢板的化学成分还满足耐腐蚀性指数I≥6,
耐腐蚀性指数I的计算公式为:
I=[26.01%Cu+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2];
其中,括号内元素符号为相应元素的质量百分数,%元素符号表示相应元素的质量百分数乘以100。
作为本发明的进一步改进,所述将所述钢液通过连铸工序铸造形成连铸坯,并对所述连铸坯进行均热处理,具体包括:
将钢液连铸成厚度为320mm的连铸坯,然后将所述连铸坯加热到1130~1150℃,并保温400min。
作为本发明的进一步改进,在所述轧制工序中,其具体包括:
将温度控制在960~1030℃范围内,进行奥氏体再结晶区轧制,奥氏体再结晶区轧制最后两道次单道次压下量为35~39mm,将温度控制在790~840℃范围内,进行奥氏体未再结晶区轧制,终冷返红温度控制为400~460℃,然后空冷到室温。
作为本发明的进一步改进,在所述柔性热处理工艺中,当淬火处理温度为930~940℃时,淬火保温时间为1.8min/mm+20min,热处理得到Q620qF强度等级的桥梁钢板,所述桥梁钢板;
当淬火处理温度为880~890℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,热处理得到Q550qF强度等级的桥梁钢板;
当淬火处理温度为840~850℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,热处理得到Q500qF强度等级的桥梁钢板;
当淬火处理温度为800~810℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,热处理得到Q460qF强度等级的桥梁钢板。
作为本发明的进一步改进,在所述柔性热处理工艺中,回火温度控制为450-550℃,回火保温时间为2.5min/mm+30min。
本发明还提供一种桥梁钢板,为Q620qF强度等级的桥梁钢板,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,所述桥梁钢板的组织包括15%的铁素体组织和85%的板条马氏体组织,所述桥梁钢板的屈服强度>620MPa,抗拉强度>720MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本发明还提供一种桥梁钢板,为Q550qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,所述桥梁钢板的组织包括50%的板条马氏体组织、30%的板条贝氏体组织和20%铁素体组织,所述桥梁钢板的屈服强度>550MPa,抗拉强度>660MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本发明还提供一种桥梁钢板,为Q500qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,所述桥梁钢板的组织包括65%的板条贝氏体组织和35%的铁素体组织,所述桥梁钢板的屈服强度>500MPa,抗拉强度>630MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本发明还提供一种桥梁钢板,为Q460qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,所述桥梁钢板的组织包括50%的板条贝氏体组织和50%的铁素体组织,所述桥梁钢板的屈服强度>460MPa,抗拉强度>570MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本发明的有益效果是:本发明所提供的桥梁钢板及其柔性化生产方法,炼钢成分简单,在相同的成分体系下,通过不同的热处理工艺即可改变钢内部组织结构,实现对钢板软相和硬相的组份的灵活调控,从而生产出不同性能的钢板。采用同一炉钢水浇铸的连铸坯,通过调整热处理工艺即可生产得到不同强度等级的钢板,从而实现“一钢多能”的生产目的,提高钢厂生产效率和坯料利用率。
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,下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式,实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式提供一种桥梁钢板的柔性化生产方法,本实施方式所提供的桥梁钢板及其柔性化生产方法,炼钢成分简单,在相同的成分体系下,通过不同的热处理工艺即可改变钢内部组织结构,从而生产出不同性能的钢板。
桥梁钢板的化学成分以质量百分比计包括:
C:0.045-0.065%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.6-1.7%、P≤0.015%、S≤0.002%、Nb:0.035-0.045%、Cr:0.3-0.5%、Ni:0.2-0.3%、Cu:0.2-0.4%、Mo:0.2-0.3%、Al:0.03-0.045%,其余为Fe和其他不可避免的杂质;
具体地,桥梁钢板的化学成分的设计原理说明如下:
本实施方式中的桥梁钢板采用了较低的碳含量设计,低的碳含量减少硬脆相的形成,焊接后的接头通常具有良好的塑性和韧性,从而可以改善钢板的焊接性能。并且,低的碳含量可以保证钢板在较高温度(例如930-940℃)淬火后仍可得到板条马氏体和铁素体组织,而非仅为完全的马氏体组织,保证钢板即使在较高强度下也可具有相对较低的屈强比和良好的塑性。
铬、钼元素能够抑制钢的珠光体相变,减少具有较高硬度和脆性的珠光体形成,并促进了贝氏体和马氏体组织的形成,贝氏体和马氏体相较于珠光体具有更好的韧性和强度,可保证钢板在经较低温度(例如800~810℃)淬火后仍可得到一定量的板条贝氏体组织,保证了钢板的强度。
较高的锰元素不仅可以通过固溶强化提高钢板强度,还可通过扩大奥氏体相变区,降低AC1温度,AC1温度是奥氏体相变的起始温度,它标志着钢材从铁素体或贝氏体相变为奥氏体的温度,较低的AC1温度使得钢板在较低的加热温度下(例如800-810℃)也可形成部分奥氏体组织。
铌元素可以抑制奥氏体化,从而有效抑制奥氏体晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,来提高钢板韧性,并且,铌还可在回火后析出,通过析出强化来提高钢板强度。
铜元素可以扩大奥氏体相变区间的温度范围,并且同样可以在回火后析出,通过析出强化来提高钢板强度。
此外,铬、镍、铜是影响耐腐蚀性指数的关键元素,可使钢铁材料在锈层与基体之间形成一层致密的氧化膜,有效阻止大气中的氧和水分向钢铁材料基体渗透,从而显著提高钢板耐蚀性能。
进一步的,桥梁钢板的化学成分还满足耐腐蚀性指数I≥6,耐腐蚀性指数(Corrosion Resistance Index)是用于评估钢材抵抗腐蚀性环境的能力的一项指标,耐腐蚀性指数I的计算公式为:
I=[26.01%Cu+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2];
其中,括号内元素符号为相应元素的质量百分数,%元素符号表示相应元素的质量百分数乘以100,上述元素有助于形成一种致密的氧化膜,阻止大气中的氧和水分侵蚀钢的表面,从而减缓腐蚀的速度。
生产方法包括步骤:
S1:按照上述化学成分配比,冶炼得到钢液。
S2:将钢液通过连铸工序铸造形成连铸坯,并对连铸坯进行均热处理。
S3:将连铸坯加热,轧制后冷却得到钢板,在轧制工序中,依次包括奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制,且在奥氏体再结晶区轧制中最后两道次轧制压下量大于其他道次压下量。
S4:对轧制后钢板进行柔性热处理,柔性热处理包括淬火处理和回火处理,其中回火温度为450~550℃,当淬火处理温度为930~940℃时,热处理得到Q620qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为880~890℃时,热处理得到Q550qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为840~850℃时,热处理得到Q500qF强度等级的桥梁钢板;当淬火处理温度为800~810℃时,热处理得到Q460qF强度等级的桥梁钢板。
在步骤S1中,冶炼工序包括铁水脱硫、转炉冶炼、钢包精炼、RH真空精炼,冶炼后得到钢水,上述步骤为钢铁生产常见步骤,这里不再赘述。
在步骤S2中,其具体包括:
将钢液连铸成厚度为320mm的连铸坯,然后将连铸坯加热到1130~1150℃,并保温400min。
在轧制前,先进行低温长时间加热,促使连铸坯的奥氏体组织发生再结晶,使钢材变得更加均匀和韧性更好,改善连铸坯加工性能,并促进轧制过程中的奥氏体再结晶进行。而且在轧制前进行低温加热可以有助于减少钢材中的残余应力,减少轧制过程中的裂纹和缺陷的产生。
在步骤S3中,轧制工序具体包括:
将温度控制在960~1030℃范围内,进行奥氏体再结晶区轧制,奥氏体再结晶区轧制最后两道次单道次压下量为35~39mm,将温度控制在790~840℃范围内,进行奥氏体未再结晶区轧制,终冷返红温度控制为400~460℃,然后空冷到室温。
采用相对较低的奥氏体再结晶区轧制温度,并在奥氏体再结晶区轧制最后两道次采用较大的单道次压下量,可促进变形向钢板心部的渗透,且再结晶温度越低,奥氏体再结晶后长大驱动力越小,晶粒会更加细化,从而得到细化的奥氏体组织,为后续热处理提供较细的原始组织,从而保证热处理后钢板具有较优异的低温韧性。
由于采用了较大的压下量,会增加轧制风险,并且对轧制设备要求也越高,因此,本实施方式中仅对最后两关键道次的轧制压下量进行限制,从而可降低车间生产难度,增加车间生产灵活度。
控制奥氏体未再结晶轧制温度低于840℃,在较低的精轧温度下,钢材具有较高的抗变形能力,钢板经过轧制过程可以产生更多的变形组织和位错,这些变形组织和位错能够提高钢板的强度和韧性。同时控制奥氏体未再结晶轧制温度高于790℃,在相对较低的温度下,控制轧制最低温度保证钢板容易发生变形,降低钢板在轧制时产生裂纹或不均匀变形的可能性,降低轧制的风险,提高轧制板形质量。
轧制后将钢板快速冷却到400~460℃,通过快速冷却可以有效地调整钢的组织结构,冷却到400~460℃可产生细化的铁素体和贝氏体组织。如果终冷温度过低,则产生的铁素体数量较少,在后续的柔性热处理中,无法获得不同强度等级的钢板。如果终冷温度过高,使得相变温度较高容易产生粗大组织,影响钢板性能。并且过高的温度也易发生自回火现象,微合金碳氮化合物析出,后续的柔性热处理中,热处理温度无法达到析出物充分回溶的温度,未回溶的析出物可能导致组织中的局部应力集中,导致在应力集中区域发生断裂或脆性失效,影响后续热处理钢板的抗拉强度。因此在本实施方式中,将终冷温度控制为400~460℃。
在步骤S4中,采用柔性热处理工艺,通过不同的热处理工艺可以得到不同强度的桥梁钢板。
在热处理工艺中,钢材被加热到Ac3(加热时铁素体或贝氏体全部转变为奥氏体温度)以上后,保温一段时间会发生完全奥氏体转变,钢材被加热到Ac1(加热时铁素体或贝氏体开始转变为奥氏体温度)以上,Ac3以下保温一段时间会发生部分奥氏体转变。对于发生奥氏体转变的组织,在淬火后会发生马氏体或贝氏体转变,当过冷度不同时(淬火加热温度越高,冷却速率越大,过冷度越大),所形成的马氏体或贝氏体组织强度也不同,通常而言,较大的过冷度通常会导致更多的硬相组织,从而增加钢材的硬度和强度。而对于未发生奥氏体转变的铁素体组织,在淬火后仍为铁素体组织。
当淬火处理温度为930~940℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,回火温度控制为450-550℃,回火保温时间为2.5min/mm+30min,经过热处理后,桥梁钢板的组织包括15%的铁素体组织和85%的板条马氏体组织,得到Q620qF强度等级的桥梁钢板。
当淬火处理温度为880~890℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,回火温度控制为450-550℃,回火保温时间为2.5min/mm+30min,经过热处理后,桥梁钢板的组织包括50%的板条马氏体组织、30%的板条贝氏体组织和20%铁素体组织,得到Q550qF强度等级的桥梁钢板。
当淬火处理温度为840~850℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,回火温度控制为450-550℃,回火保温时间为2.5min/mm+30min,经过热处理后,桥梁钢板的组织包括65%的板条贝氏体组织和35%的铁素体组织,得到Q500qF强度等级的桥梁钢板。
当淬火处理温度为800~810℃时,淬火保温时间控制为1.8min/mm+20min,回火温度控制为450-550℃,回火保温时间为2.5min/mm+30min,经过热处理后,桥梁钢板的组织包括50%的板条贝氏体组织和50%的铁素体组织,得到Q460qF强度等级的桥梁钢板。
在本实施方式中,在不同温度进行淬火后,回火温度控制为450~550℃,回火过程中,采用较低的加热温度无法彻底消除残余应力,可能会导致材料在使用过程中产生变形或裂纹等问题。而较高的加热温度会使钢板强度大幅度降低。因此将回火温度控制为450~550℃,此外,钢板经过450~550℃回火不仅消除了钢板残余应力,还能够显著增加钢板的塑性和韧性。
淬火保温时间为1.8min/mm+20min,即每毫米厚度的钢材需要1.8min的保温时间,在每毫米厚度所需的时间基础上,另外还需要额外20分钟的保温时间。回火保温时间为2.5min/mm+30min,即每毫米厚度的钢材需要2.5min的保温时间,在每毫米厚度所需的时间基础上,另外还需要额外30分钟的保温时间。
本实施方式还提供一种桥梁钢板,为Q620qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,桥梁钢板的组织包括15%的铁素体组织和85%的板条马氏体组织,按标准GB/T2975取样,并按标准GB/T228、GB/T229开展拉伸和冲击试验,桥梁钢板的屈服强度>620MPa,抗拉强度>720MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本实施方式还提供一种桥梁钢板,为Q550qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,桥梁钢板的组织包括50%的板条马氏体组织、30%的板条贝氏体组织和20%铁素体组织,按标准GB/T2975取样,并按标准GB/T228、GB/T229开展拉伸和冲击试验,桥梁钢板的屈服强度>550MPa,抗拉强度>660MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本实施方式还提供一种桥梁钢板,为Q500qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,桥梁钢板的组织包括65%的板条贝氏体组织和35%的铁素体组织,按标准GB/T2975取样,并按标准GB/T228、GB/T229开展拉伸和冲击试验,桥梁钢板的屈服强度>500MPa,抗拉强度>630MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
本实施方式还提供一种桥梁钢板,为Q460qF强度等级的桥梁钢板,钢板厚度为50~100mm,其采用上述的桥梁钢板柔性化生产方法制造得到,桥梁钢板的组织包括50%的板条贝氏体组织和50%的铁素体组织,按标准GB/T2975取样,并按标准GB/T228、GB/T229开展拉伸和冲击试验,桥梁钢板的屈服强度>460MPa,抗拉强度>570MPa,延伸率≥24%,屈强比≤0.85,-60℃冲击功KV2≥250J,钢板切割后不平度≤1mm/m,残余应力<10MPa。
综上所述,本实施方式所提供的桥梁钢板及其柔性化生产方法,炼钢成分简单,在相同的成分体系下,通过不同的热处理工艺即可改变钢内部组织结构,从而生产出不同性能的钢板。采用同一炉钢水浇铸的连铸坯,通过调整热处理工艺即可生产得到不同强度等级的钢板,从而实现“一钢多能”的生产目的,提高钢厂生产效率和坯料利用率。
以下通过4个实施例进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。
实施例1~4均采用上述方法进行生产,其中,实施例1的终冷返红温度为400℃,淬火温度为930℃,回火温度为550℃;实施例2的终冷返红温度400℃,淬火温度为880℃,回火温度为500℃;实施例3的终冷返红温度430℃,淬火温度为840℃,回火温度为450℃;实施例4的终冷返红温度460℃,淬火温度为800℃,回火温度为450℃。
如图2至图5为实施例1~4为桥梁钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片。实施例1~4性能测试结果如表1所示,按标准GB/T2975取样,并按标准GB/T228、GB/T229开展拉伸和冲击试验,根据标准GB/T 31310,残余应力由钻孔应变释放法测得。
表1
由表1可知,实施例1~4满足Q460qF、Q500qF、Q550qF、Q620qF四种不同强度等级的桥梁钢板,不仅具良好的低温韧性和耐腐蚀性,还具有较低的屈强比和较低的残余应力。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。