一种桥梁用结构钢及其制造方法

专利名称：：一种桥梁用结构钢及其制造方法
技术领域：
：本发明属于冶金
技术领域：
，涉及桥梁用结构钢及其制造方法，特别涉及到屈服强度485MPa级以上桥梁用结构钢及其制造方法。
背景技术：
：桥梁用钢是桥梁建设的重要构件，随着社会和经济的发展，对桥梁载重、抗震、耐蚀等的性能要求越来越高，因而，要求桥梁用钢不仅要有优异的强度和韧性、良好的可焊性、低的屈强比以保证大载荷下桥梁的抗断裂性能，而且要有良好的耐大气腐蚀性能以提高桥梁的使用寿命和安全性。目前国内生产的桥梁钢屈服强度较低，如被大多厂家采用的《桥梁用结构钢GB/T714—2000》标准，在这个标准中，钢板的最大强度和质量级别为Q420qE。虽然有文章称已能生产屈服强度为500MPa和690MPa等高级别的桥梁用钢，但大都加入了成本较高含量的Nb、Ti元素，而且还存在诸多问题比如冲击性能、焊接性能和耐腐蚀性能不足，如以下两个专利东北大学申请的"一种屈服^t460MPa级低合金高^驢结构钢板材的制造方法"专利，其专利申请号为03134046.6，禾,该技术生产的460MPa级结构钢板，添加^IM):0.01°/W3.02%，Ti:0.005%《01%，增加了炼钢成本，还可能有铸坯开裂5嫁发生；C:0.13°/^0.20%，必然陶氐钢的韧性和冲击性能；加辦鹏120(M25(TC，肯g源消量耗駄；终轧鹏较低，在78(K82(TC之间，对轧机的能力要求较高，影响生产节奏和生产效率。日本株式会社神户制钢所申请的"具有高屈服强度非调质钢板"中国专利，其专利申请号为200610092574.1，利用该技术生产的可作为桥梁结构用的钢板，其屈服强度能达到450500MPa左右，但由于其含有较高的Nb、Ti、Ni元素，重量百分比分别为0.06、0.03、0.8，不但增加吨钢成本，还给连铸生产带来很大的技术难度，不利于大工业化连铸生产，且过剩的Ti会引起冲击韧性的降低；由以上对比专利可知，目前可用于桥梁用的结构钢存在如下不足1、碳含量较高，降低钢的韧性；2、含有Nb、Ti合金元素，生产成本较高；3、生产工艺能耗大，生产节奏较低；低温冲击韧性较低，使得桥梁在寒冷地区的使用安全性降低。
发明内容基于上述现有技术存在的问题，本发明公开一种成分设计合理、工艺简单、少量合金元素、高耐腐蚀性能、较低的焊接预热要求的桥梁用结构钢及其制造方法。本发明主要特点是以较低的C含量，不添加Nb和Ti等贵重元素，其具体化学成分的含量如下(按重量百分)C0.04%0.08%、Si0.25%0.40%、Mnl.20%1.35%、Cu0.30%0.45%、Ni0.200/o0.35%、Cr0.30%0.55%、MoO.04%0.07%、V0.02%0.07%、A10.02%0.045%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为C:碳对强度、韧性、焊接性能影响很大。碳太低强度达不到目标要求，碳高于0.11%，使延伸、韧性降低。本发明确定最适合的含量0.04%0.08%;Si:硅是炼钢脱氧的必要元素。也具有一定固溶强化的作用。为了得到充分的脱氧效果和提高钢的清洁度，本发明硅的含量范围为0.20%%0.40o/o;Mn:锰是提高强度和韧性的主要元素，成本十分低廉，是本发明的主要添加元素，含量限定在1.20%1.35%;Al:铝是脱氧元素，可以作为A1N形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的范围为Al0.02%0,045%;CU:铜不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响，又可使母材的强度提高，并且使低温韧性大大提高，特别还能提高桥梁钢的耐腐蚀性能。但铜含量过高容易在加热或热轧时产生裂纹或使表面质量恶化，必须加入适量的Ni以阻止裂纹的产生，在本发明中，Cu的含量控制在0.30%0.45%;Ni:镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响，可使母材的强度提高，并且使低温韧性大大提高，但其昂贵的价格会导致钢的成本大幅度地提高，而添加镍元素的目的主要是阻止含铜量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向，故本发明中，Ni的含量控制在0.20%0.35%;Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，故本发明中加入了Cr，其含量为0.30%0.55%;Mo有提高硬度和耐磨性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，本发明中的Mo含量为0.04%0.07%;钢中杂质元素P^).020%，S￡0.005%，确以减少杂质元素的有害作用；本发明生产工艺流程为转炉冶炼—LF/VD精炼—连铸—板坯加热—轧制—层流冷却—堆垛缓冷—探伤4检査、检验—入库。其特征如下炼钢工艺采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为11.5公斤/吨钢，其中含钒50%，然后采用电磁搅拌技术进行连铸。轧制工艺采用两阶段控轧控冷工艺，轧前的加热温度控制在1150120(TC以防止奥氏体晶粒粗大化，保温90120分钟，轧后起到细化晶粒的作用。采用两阶段控制轧制和控制冷却，第一阶段在1000110(TC的奥氏体再结晶温度范围内轧制，累计变形量50%60%;第二阶段在87092(TC奥氏体未再结晶温度范围内轧制；累计变形量40%50%，终轧温度在85(TC左右，待温到760780。C开冷，终冷温度在35(TC550。C之间，冷却速度的范围在515。C/s，最启得到板条状贝氏体和铁素体组织。按上述方案生产的桥梁用钢具有以下有益效果本发明的屈服强度为485595MPa;采用TMCP(ThermalMechanicalControlProcess)工艺生产，可以省去正火工序，减少能源消耗和污染物排放；本发明一20。C冲击大于200J，一4(TC冲击大于.150J，可以满足国内外任何地方的桥梁建设；本发明成分的设计经济合理，且防腐指数/高，1=26.01(%Cn)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2)〉6.6具有良好耐腐蚀性能，可以满足建造跨海大桥和酸雨气候条件下桥梁的建造；其碳当量小于0.45%(Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)，因jt匕具有燥前不需要予页热、焊后不需要回火的良好焊接性。具体实施例方式下面介绍本发明的具体实施方式，本发明成分的主要特点是含量C较低，并且不添加Nb和Ti等贵重元素，其具体化学成分的含量如下(按重量百分)C0.04%0.08%、Si0.25%0.40%、Mnl.20%1.35%、Cu0.30%0.45%、Ni0.20%0.35%、Cr0.30%0.55%、Mo0.04%0.07%、V0.02%0.07%、A10.02%0.045%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明生产工艺流程为转炉冶炼—LF/VD精炼—连铸4板坯加热—轧制—层流冷却—堆垛缓冷—探伤—检查、检验—入库。本发明的工艺特点是炼钢工艺采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为l1.5公斤/吨钢，含钒50%，然后采用电磁搅拌技术进行连铸。轧制工艺采用两阶段控轧控冷工艺，轧前的加热温度控制在11501200。C以防止奥氏体晶粒粗大化，保温90120分钟，轧后起到细化晶粒的作用。采用两阶段控制轧制和控制冷却，第一阶段在1000110(TC的奥氏体再结晶温度范围内轧制，累计变形量50%60%;第二阶段在870920'C奥氏体未再结晶温度范围内轧制；累计变形量40%50%，终轧温度在850'C左右，待温到760780'C开冷，终冷温度在35(TC550'C之间，冷却速度的范围在515"C/s，最后得到板条状贝氏体和铁素体组织。表1~3为本发明的几个具体实施例表i熔炼成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3实物检验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种桥梁用结构钢，其特征在于，化学成分的含量如下，按重量百分C0.04％～0.08％、Si0.25％～0.40％、Mn1.20％～1.35％、Cu0.30％～0.45％、Ni0.20％～0.35％、Cr0.30％～0.55％、Mo0.04％～0.07％、V0.02％～0.07％、Al0.02％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。2、用于权利要求1所述的一种桥梁用结构钢的制造方法，其生产工艺流程为冶炼—LF/VD精炼—连铸—板坯加热—轧制—冷却—堆垛缓冷—探伤—检査、检验—入库，其特征在于冶炼及精炼采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，出钢前加入V;连铸采用电磁搅拌技术进行连铸;板坯加热加热温度控制在U50120(TC，以防止奥氏体晶粒粗大化，保温90120分钟；轧制采用两阶段控制轧制，终轧温度在85(TC左右；冷却采用控冷工艺，待温到76078(TC开冷，终冷温度350550°C，冷却速度在515'C/s,最后得到板条状贝氏体和铁素体组织。3、根据权利要求2所述的一种桥梁用结构钢的制造方法，其特征在于，其控轧的两阶段为，第一阶段在10001100'C的奥氏体再结晶温度范围内轧制，累计变形量50%60%;第二阶段在87092(TC奥氏体未再结晶温度范围内轧制，累计变形量40%50%。4、根据权利要求2所述的一种桥梁用结构钢的制造方法，其特征在于，出钢前加入钒铁，加入量为11.5公斤/吨钢，其中含钒50%。全文摘要本发明公开一种桥梁用结构钢及其制造方法，化学成分的含量如下(按重量百分)C0.04％～0.08％、Si0.25％～0.40％、Mn1.20％～1.35％、Cu0.30％～0.45％、Ni0.20％～0.35％、Cr0.30％～0.55％、Mo0.04％～0.07％、V0.02％～0.07％、Al0.02％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。工艺流特点是采用转炉冶炼，RH或VD真空炉以及LF处理，两阶段控轧控冷工艺，加热温度1150～1200℃，终轧温度在850℃左右，终冷温度在350～550℃之间，冷却速度5～15℃/s，本发明的钢种合金设计经济合理，工艺简单，其屈服强度可达到485～595MPa；具有良好耐腐蚀性能及良好的焊接性。文档编号C21C5/28GK101684538SQ20081001348公开日2010年3月31日申请日期2008年9月27日优先权日2008年9月27日发明者曹忠孝,静李,李文斌,华王,鹏韩,马玉璞申请人:鞍钢股份有限公司