一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，依次包括冶煉、精煉、連鑄、鑄坯加熱、除鱗、軋制和冷卻工序，在所述軋制采用控軋控冷技術，鑄坯加熱溫度為1210～1230℃，在爐時間為200～240min，奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制；第一階段粗軋道次大壓下量破碎奧氏體晶粒，第二階段精軋開軋溫度≤1020℃，待溫坯的厚度控制在28～30mm，終軋溫度為820～840℃，總形變率≥71%；軋制后進行冷卻、切割取樣。本發明通過合理的成分設計，常采用低碳、微量鈮、釩、鈦及少量的鎳、鉻、銅合金，可有效增強合金鋼的強度和韌性，達到熱軋態力學性能的標準要求。
【專利說明】一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明高性能結構用鋼材的制造方法，具體涉及一種熱軋態薄規格高強度橋梁板 的制造方法。
【背景技術】
[0002] 我國道路橋梁建設正向高速、重載、大跨度、全焊接點、免涂裝和安全性高等方向 發展。目前使用的橋梁板具有結構簡單，自重輕，安全性高，能夠承載較大的動態、靜態載 荷，服役時間長等特點，被廣泛應用于鐵路、公路以及大型跨江、跨海大橋建設中，一般工程 設計中跨度大于300米的橋梁均采用鋼結構設計，橋梁用鋼材不僅需要有較高的抗拉強 度，還要有一定的屈強比，其屈強比越小，鋼結構的抗破壞潛能越高，一旦橋梁超載，也可因 其塑性變形被及早發現，避免發生毀滅性的破壞。但是橋梁用鋼材的屈強比過低也會影響 鋼結構，致使材料的有效利用率降低。國內市場上橋梁鋼使用量最大的為Q345q_Q370q，隨 著跨海大橋工程的逐步開發，更高等級的橋梁板被廣泛使用，例如Q420q、Q460q和Q500q 等。但是，目前我國只有屈服強度級別Q420q被應用于實際橋梁工程中，與國外的高性能鋼 相比，還存在較大的差距。
[0003] 為了滿足大型鋼結構橋梁的發展要求，對橋梁鋼的綜合性能提出了更高的要求， 本發明提出了一種熱軋態薄規格Q500qE高強度橋梁板的制造方法。
[0004] 經過 申請人:檢索發現，有一些專利涉及高強度低屈強比鋼。中國專利 CN101649420A公開了一種高強度高韌性低屈強比鋼、鋼板及其制造方法，該鋼采用多種合 金Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V、Ti進行強化，多種合金元素的含量較多，總含量可達1. 18%，成 本較高，另外采用控扎控冷工藝進行生產，得到的鋼板屈服強度> 500MPa，-40°C條件下的 Akv沖擊值> 100J，其終冷溫度達到了 420°C，熱軋態性能可以滿足高層建筑用鋼的標準。 然而該專利生產得到的鋼板厚度在20mm以上，不能滿足橋梁結構設計中對超薄規格板材 的需要，另外 申請人:實驗可知，采用該專利的方法生產8mm厚度的鋼板，其板形易出現單邊 瓢曲。另外，當軋輥輥身兩側的冷卻水流量存在差異時，就會使輥身兩側存在溫度差，引起 輥身兩側的膨脹量不一致，進而導致輥身兩側的磨損量不一致，當兩側的磨損量差值大于 0. 05mm時，會出現單邊瓢曲；乳機剛度不一致會導致對乳棍兩側施加的力不一致，從而影 響輥縫精度，當輥身兩側的輥縫差值大于〇. 3_時，也易出現單邊瓢曲；板坯兩側溫度不一 致，導致軋制過程中變形抗力不一致，當板坯的兩側溫度相差30°C時，也易出現單邊瓢曲。
[0005] 另一個中國專利CN103352167A公開了一種低屈強比高強度橋梁用鋼及其制造方 法，該方法不僅需要控扎控冷，而且對需要控冷后的鋼板進行熱處理以保證鋼板組織及性 能均勻：將鋼板加熱到480?630°C之間，進行回火熱處理，回火時間控制在（2. 0?3. 0) min/mmX板厚+30min,增加了一道熱處理工序,工藝較復雜,造成成本增加。雖然該橋梁鋼 的屈服強度彡530MPa，抗拉強度彡700MPa，屈強比彡0. 8,能夠滿足高強度橋梁板對性能的 要求，但是其延伸率僅大于18%，-40°C下的沖擊功彡100J。而且該專利的橋梁板厚度在 20mm以上，甚至達到了 32mm，采用該專利的工藝生產厚度在8mm以下的薄規格鋼板時，板形 易出現單邊瓢曲。因此，采用上面兩個專利制造薄規格鋼板時均易在板坯中間和兩側產生 熱凸度，出現單邊瓢曲現象，使得板材一次合格率低，需要經過液壓彎輥、移輥技術和軋輥 分段冷卻以及平整機平整、張力矯直等手段進行挽救或矯直處理，增加了挽救成本。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是根據現有技術存在的缺陷，提出一種熱軋態薄規格高 強度橋梁板的制造方法，該方法通過低碳加低碳加少量合金的成分設計、合理的控扎控冷 工藝，獲得性能優異、厚度在8mm以下的薄規格高強度橋梁用鋼板。
[0007] 本發明的熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，該方法的橋梁板按重量百分比 為，C :0· 02 ?0· 06%，Si :0· 1 ?0· 5%，Mn :1· 3 ?I. 5%，P 彡 0· 013%，S 彡 0· 005%，Ni : 0· 1 ?0· 3%，Cu :0· 1 ?0· 5%，Cr :0· 1 ?0· 2%，V :0· 02 ?0· 04%，Nb :0· 03 ?0· 05%， Ti:彡0· 02%，Mo :0· 15?0· 3%，Alt彡0· 04%，余量為Fe及不可避免的雜質。
[0008] 化學成分是影響鑄坯內部質量與高強鋼板性能的關鍵因素之一，本發明為了使橋 梁板用鋼獲得優異的綜合性能，對所述鋼的化學成分進行了限制，原因在于：
[0009] C :碳是影響高強度鋼力學性能的主要元素之一，通過間隙固溶提高鋼的強度， 當碳含量低時強度低；含量過高時，韌性和可焊性將變差，本發明碳含量控制在0.02? 0· 06%。
[0010] Ni :鎳能提高鋼的強度、韌性及耐腐蝕性能，抑制碳從奧氏體中脫溶，降低晶界碳 化物析出傾向，顯著減少晶間碳化物數量。但隨著鎳含量增多，生產成本會顯著增加，本發 明鎳含量控制在〇. 1?〇. 3%。
[0011] Cu:銅能夠抑制多邊形鐵素體和珠光體的形成，促進低溫組織貝氏體或馬氏體的 轉變。銅含量過高影響鋼的韌性，并將引起熱軋過程中產生裂紋，惡化鋼板表面性能。本發 明中銅含量控制在〇. 1?0.5%。
[0012] Cr :鉻能夠抑制多邊形鐵素體和珠光體的形成，促進貝氏體或馬氏體轉變，從而使 鋼的強硬度增加，但Cr含量過高將影響鋼的韌性，本發明中的鉻含量控制在0. 1?0. 2 %。
[0013] V :釩是強碳氮化合物形成元素，且釩的碳化物固溶溫度相對較低，在軋制結束后 的冷卻階段仍有一定的析出，進而提高了鋼的強度，但V含量較高時將明顯惡化鋼的低溫 韌性，尤其是焊接熱影響區的韌性，本發明中釩含量控制在0. 02-0. 04%。
[0014] Nb:微量鈮對奧氏體晶界具有釘扎作用，抑制形變奧氏體的再結晶，并在冷卻時 形成析出物，提高強度和韌性。鈮添加量小于〇. 030 %時效果不明顯，大于0. 05 %時韌性 降低，并引起連鑄坯表面裂紋產生，此外對焊接性能也有惡化作用。本發明鈮含量控制在 0. 03 ?0. 05%。
[0015] Ti :鈦能固定鋼中的氣體氮，形成氮化鈦，阻止在加熱、乳制、焊接過程中的晶粒長 大，改善母材和焊接熱影響區的韌性。本發明鈦成分控制在< 0.02%。
[0016] Mo :鑰能夠有效提高鋼的淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產生，促進在較大 冷卻速度范圍內形成晶內有大量位錯分布的鐵素體或貝氏體，產生相變強化和位錯強化作 用。在高強度低合金鋼中，鋼板的強度隨鑰含量的增加而顯著提高，但是鑰的合金成本高， 大量添加時會增加成本，并降低韌性和可焊性。本發明鑰含量控制在〇. 15?0. 3%。
[0017] 所述橋梁板中Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V和Ti合金元素的總量為0. 83%。
[0018] 本發明橋梁板用鋼的屈服強度彡500MPa，延伸率彡21%，屈強比< 0.85，-40°C低 溫縱向沖擊> 120J。橋梁板用鋼的顯微組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，其晶粒尺寸控制 在10?15 μ m范圍內，晶粒度控制在10級；
[0019] 本發明的橋梁板用鋼采用以下方法制成：依次包括冶煉、精煉、連鑄、鑄坯加熱、除 鱗、乳制和冷卻工序，在所述軋制采用控軋控冷技術，鑄坯加熱溫度為1210?1230°C，在爐 時間為200?240min，奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制；第一階段粗軋道次大壓 下量破碎奧氏體晶粒，第二階段精軋開軋溫度< 1020°C，待溫坯的厚度控制在28?30mm， 終軋溫度為820?840°C，總形變率彡71% ;乳制后進行冷卻、切割取樣。
[0020] 進一步優選地，所述粗軋的軋制溫度1054?1057°C，形變率彡87%。
[0021] 再進一步優選地，所述軋制工序中，精軋后控制水冷，水冷速度為13±3°C /s，返 紅溫度為580?620°C。
[0022] 更進一步優選地，所述冶煉工序前需對鐵水進行脫硫預處理，鐵水脫硫預處理后 硫含量控制在S < 0. 005%，轉爐冶煉后磷含量控制在P < 0. 013%。
[0023] 本發明的優點如下：
[0024] 1.本發明通過合理的成分設計，常采用低碳、微量鈮、釩、鈦及少量的鎳、鉻、銅合 金，可有效增強合金鋼的強度和韌性，達到熱軋態力學性能的標準要求。采用冶煉連鑄、乳 制生產橋梁鋼，工藝流程短，能較好的滿足高等級公路、鐵路橋梁建筑構件的材料要求。
[0025] 2.本發明采用合理的控軋控冷技術生產厚度在8mm以下的薄規格高強度板，乳制 時鋼板不出現單邊瓢曲，無需外力挽救或矯直，解決了薄規格高強板冷速過快引起的屈強 比高、板形差等問題，避免因提高強度而引起的軋制力小，且減少了軋后熱處理工序，工藝 簡單，易于生產。
[0026] 3.橋梁板中合金含量少，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明實施例1橋梁板的表面金相組織結構示意圖。
[0028] 圖2為本發明實施例1橋梁板的1/4厚度處金相組織結構示意圖。
[0029] 圖3為本發明實施例1橋梁板的1/2厚度出金相組織結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 本發明的熱軋態薄規格Q500qE高強度橋梁板的制造方法依次包括以下工藝：鐵 水脫硫預處理一轉爐冶煉一RH精煉一（LF精煉）一連鑄一鑄坯堆垛緩冷一鑄坯檢驗一鑄 述判定一鑄述驗收一鑄述加熱一除鱗一乳制一冷卻一（探傷）一切割、取樣一噴印標識一 檢驗一入庫。
[0031] 實施例1至3提供的一種熱軋態薄規格Q500qE高強度橋梁板主要化學成分 (wt % )如表1所示。
[0032] 表1實施例的主要化學成分（wt % )
[0033]
【權利要求】
1. 一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，其特征是： 所述橋梁板按重量百分比為，C :0. 02?0. 06%，Si :0. 1?0. 5%，Mn :1. 3?1. 5%， P 彡 0· 013%，S 彡 0· 005%，Ni :0· 1 ?0· 3%，Cu :0· 1 ?0· 5%，Cr :0· 1 ?0· 2%，V :0· 02 ? 0· 04%，Nb :0· 03 ?0· 05%，Ti :彡 0· 02%，Mo :0· 15 ?0· 3%，Alt 彡 0· 04%，余量為 Fe 及不可 避免的雜質； 所述橋梁板的屈服強度彡500MPa，延伸率彡21%，屈強比< 0.85, -40°C低溫縱向沖 擊> 120J ;所述橋梁板的顯微組織為針狀鐵素體+粒狀貝氏體，其晶粒尺寸控制在10? 15 μ m范圍內，晶粒度控制在10級； 所述橋梁板用鋼采用以下方法制成：依次包括冶煉、精煉、連鑄、鑄坯加熱、除鱗、乳制 和冷卻工序，在所述軋制采用控軋控冷技術，鑄坯加熱溫度為1210?1230°C，在爐時間為 200?240min，奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制；第一階段粗軋道次大壓下量破 碎奧氏體晶粒，第二階段精軋開軋溫度彡1020°C，待溫坯的厚度控制在28?30mm，終軋溫 度為820?840°C，總形變率彡71% ;乳制后進行冷卻、切割取樣。
2. 根據權利要求1所述一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，其特征是：所述 粗軋的軋制溫度1054?1057°C，形變率彡87%。
3. 根據權利要求1所述一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，其特征是：所述 軋制工序中，精軋后控制水冷，水冷速度為13±3°C /s，返紅溫度為580?620°C。
4. 根據權利要求1所述一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，其特征是：所述 冶煉工序前需對鐵水進行脫硫預處理，鐵水脫硫預處理后硫含量控制在S < 0. 005%，轉爐 冶煉后磷含量控制在P < 〇. 013%。
5. 根據權利要求1所述一種熱軋態薄規格高強度橋梁板的制造方法，其特征是：所述 橋梁板中Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V和Ti合金元素的總量為0. 83%。
【文檔編號】C22C38/50GK104264062SQ201410469416
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】鄭建平, 侯中華, 牛繼龍, 楊果煜, 李恒坤, 李堂 申請人:南京鋼鐵股份有限公司