专利名称：一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于中厚板桥梁钢技术领域，特别是一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE及其制备工艺。
背景技术：
众所周知，桥梁板Q420qE主要用于桥梁结构等重要部位，它要求有较高的强度、硬度及韧性，受高强度、高韧性等因素限制，该钢板对轧钢、热处理工艺要求极为严格，因此，其生产难度大、工艺装备要求特殊等生产较少。目前，中国专利2010年11月10日公开的公开号为101880824A申请号为201010208305.3的发明专利名称为本发明公开了一种Q345q系列特厚保性能、保探伤桥梁钢板，包含如下质量量百分比的化学成分:C:0.08 0.16、S1:0.20 0.50、Mn: 1.15
1.60、P: ( 0.020、S: ( 0.010、微合金化元素(V+Nb+Ti+Ni): ( 0.12、A1S:0.010 0.050、其它为Fe和残留元素；碳当量:<0.43。这种桥梁板:屈服强度控制在315 350MPa，平均达到了 335MPa，比标准富裕40MPa ;抗拉强度控制在490 515MPa，平均达到了 500MPa，比标准富裕30MPa ;伸长率控制在29% 32%，平均达到28%，比标准富裕8%; 20°C纵向冲击功控制在144 256J，平均达到了 178J，但是，对于桥梁结构等重要部位所要求的强度、硬度及韧性来说，其性能相对不高，且其工艺要求条件相对较高，生产较少。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种高强度、韧性强的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE及其制备工艺。 一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:0.13 0.17、Si:0.55 0.85、Mn:1.05 L 70、P:彡 0.015、S:彡 0.005、Ni:0.160 0.200, V:0.050 0.070,Nb:0.020 0.040,Ti:0.010 0.020,Als:0.015 0.035,其
它为Fe和残留元素，所述连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%，马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织,其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。所述化学成分的作用分析如下:
C:是钢中最基础的强化兀素，提闻强度；
S1:是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利；
Mn:是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利；
P:对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低；
S:易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量
低；N1:一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平，其变脆温度则极低，Ni的晶格常数与Y 铁相近，所以可成连续固溶体，这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。V、Nb、T1:在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。Al:可以起到细化晶粒强化作用；
一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE的生产方法包括如下步骤:
a.KR铁水预处理工艺:保证液面渣层厚度彡20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水(按质量百分比)S彡0.005%，保证脱硫周期彡21min、脱硫温降彡20°C
b.转炉冶炼工艺:入炉铁水(按质量百分比)SS0.005%、P彡0.080%，铁水温度彡1270 °C造渣碱度R按2.5 4.0控制，出钢P彡0.015%, C彡0.05%, S彡0.012%，吹氩处理工艺:氩站一次性加入铝线 ，在氩站要求强吹氩3min，流量200 500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500_，离氩站温度不得低于1570°C。c.LF精炼工艺:碱度按4.0 6.0控制,加热时间按两次控制,一加热7 12min、二加热6 lOmin，二加热过程中，补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次。离站前加入硅钙线，加硅钙线前关闭氩气，上钢温度1565±15°C (不采用真空脱气)/1610±15°C (采用真空脱气)。d.VD精炼工艺:VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须彡15min，破真空后软吹2 5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，上钢温度1565±15°C。e.连铸工艺:采用300mm断面生产，中包过热度控制在15 25°C范围内，连铸拉速按照0.72m/min执行，二冷采用8#冷却水表，结晶器冷却采用2#冷却曲线。f.加热工艺:一阶段加热温度彡950°C，二阶段加热温度控制在1220 1240°C，均热段温度控制在1200 1220°C，总加热时间控制在5 6h左右。g.轧制工艺:一阶段开轧温度1020°C 1120°C，道次压下量为35mm ;二阶段开轧温度800 830°C，精轧道次压下率> 15%，终轧温度770 800°C ;控冷工艺要求入水温度为760V 780°C，返红温度控制在600 630°C。h.堆冷工艺:堆垛缓冷温度不低于450°C，堆冷时间彡72小时。1.热处理工艺:采用正火+快冷的热处理工艺，正火温度920±10°C，t=2.0min/mm,水冷返红温度控制在560 580°C。本发明通过合理的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，并通过加热、轧制及调质处理等工艺有效实施，成功地开发出了 80mm高强度Q420qE钢板，其屈服强度控制在430 500MPa，抗拉强度控制在540 620 MPa,;伸长率控制在20% 25% ； 40°C V型冲击功控制在150 210 J0
具体实施例方式本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:0.13 0.17、Si:0.55 0.85、Mn:1.05 L 70、P:彡 0.015、S:彡 0.005、Ni:0.160 0.200, V:0.050 0.070,Nb:0.020 0.040,Ti:0.010 0.020,Als:0.015 0.035,其它为Fe和残留元素，所述连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%，马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织,其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE的制备工艺包括优质铁水、KR铁水预处理工艺、转炉冶炼工艺、吹氩处理工艺、LF精炼工艺、VD精炼工艺、连铸工艺、加热工艺、控轧控冷、堆冷工艺、热处理工艺，所述KR铁水预处理工艺中，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度彡20mm,铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水(按质量百分比)S ( 0.005%,保证脱硫周期< 21min、脱硫温降< 20°C，所述转炉冶炼工艺中，入炉铁水(按质量百分比)S彡0.005%,P ( 0.080%，铁水温度彡1270°C，铁水装入量误差按±lt来控制，废钢严格采用优质边角料，过程枪位按前期1.0 1.3m、中期1.2 1.6m、后期1.0 1.1m控制,造洛碱度R按2.5 4.0控制，出钢目标P彡0.015%, C彡0.05%, S ( 0.012%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度< 30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩，所述吹氩处理工艺中，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200 500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500_，离氩站温度不得低于1570°C，所述LF精炼工艺中，精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0 6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7 12min、二加热6 lOmin，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1565±15°C (不采用真空脱气)/1610±15°C (采用真空脱气)，所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须> 15min，破真空后软吹2 5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间:(抽真空前钢水温度一目标离站温度)/1.7min。覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1565±15°C，所述连铸工艺中，采用300mm断面生产，全程采取保护浇注，防止钢水吸气，中包过热度控制在15 25°C范围内，连铸拉速按照0.72m/min执行，二冷采用8#冷却水表，结晶器冷却采用2#冷却曲线，所述加热工艺中，铸坯堆冷后送至连续炉进行加热，一阶段加热温度< 950°C，二阶段加热温度控制在1220 1240°C，均热段温度控制在1200 1220°C，总加热时间控制在5 6h左右，所述轧制工艺中，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1020°C 1120°C，采用高温低速大压下轧制，道次压下量为35mm ;二阶段开轧温度800 830°C，二阶段采取大压下轧制，精轧道次压下率彡15%，终轧温度770 800°C ;控冷工艺要求入水温度为760V 780°C，返红温度控制在600 630°C，所述堆冷工艺中，堆垛缓冷温度不低于450°C，堆冷时间> 72小时，所述热处理工艺中，采用正火+快冷的热处理工艺，正火温度920±10°C，t=2.0min/mm，水冷返红温度控制在560 580°C。实施例一
本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:0.13、Si:0.55、Mn:1.05、P:0.015、S:0.005、N1:0.160 0.200、V:0.050 0.070、Nb:0.020 0.040、T1:0.01 0 0.020、Als:0.015，其它为Fe和残留元素，所述连铸80_厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE的制备工艺包括优质铁水、KR铁水预处理工艺、转炉冶炼工艺、吹氩处理工艺、LF精炼工艺、VD精炼工艺、连铸工艺、加热工艺、控轧控冷、堆冷工艺、热处理工艺，所述KR铁水预处理工艺中，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度彡20mm,铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水(按质量百分比)S ( 0.005%,保证脱硫周期< 21min、脱硫温降< 20°C，所述转炉冶炼工艺中，入炉铁水(按质量百分比)S彡0.005%,P ( 0.080%，铁水温度彡1270°C，铁水装入量误差按±lt来控制，废钢严格采用优质边角料，过程枪位按前期1.0 1.3m、中期1.2 1.6m、后期1.0 1.1m控制,造洛碱度R按2.5 4.0控制，出钢目标P的质量百分比为0.015%、C的质量百分比为0.05%、S的质量百分比0.012%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度< 30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩，所述吹氩处理工艺中，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200 500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500mm，离氩站温度不得低于1570°C，所述LF精炼工艺中，精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0 6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7 12min、二加热6 IOmin, 二加热过程中要求根据造洛情况，补加脱氧 剂，并要求粘渣次数大于6次。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1565±15°C(不采用真空脱气)/1610±15°C(采用真空脱气)，所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间为15min，破真空后软吹2 5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间:(抽真空前钢水温度一目标离站温度)/1.7min。覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1565± 15°C，所述连铸工艺中，采用300_断面生产，全程采取保护浇注，防止钢水吸气，中包过热度控制在15 25°C范围内，连铸拉速按照0.72m/min执行，二冷采用8#冷却水表，结晶器冷却采用2#冷却曲线，所述加热工艺中，铸坯堆冷后送至连续炉进行加热，一阶段加热温度< 950°C，二阶段加热温度控制在1220 1240°C，均热段温度控制在1200°C，总加热时间控制在5 6h左右，所述轧制工艺中，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1020°C 1120°C，采用高温低速大压下轧制，道次压下量为35mm ;二阶段开轧温度800 830°C，二阶段采取大压下轧制，精轧道次压下率> 15%，终轧温度770°C ;控冷工艺要求入水温度为760V 780°C，返红温度控制在600°C，所述堆冷工艺中，堆垛缓冷温度不低于450°C，堆冷时间> 72小时，所述热处理工艺中，采用正火+快冷的热处理工艺，正火温度920±10°C，t=2.0min/mm，水冷返红温度控制在560 580 0C ο实施例二
本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:0.14、Si:0.60、Mn:1.30、P:0.012、S:0.004、N1:0.160 0.200、V:0.050 0.070、Nb:0.020 0.040、T1:0.0lO 0.020、Als:0.020，其它为Fe和残留元素，所述连铸80_厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。该桥梁钢的制备工艺与实施例一基本相同，其区别在于:在转炉工艺中，出钢目标P的质量百分比为0.014%、C的质量百分比为0.06%、S的质量百分比0.011%。所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间为17min。所述加热工艺中，均热段温度控制在1205 °C。所述轧制工艺中，终轧温度776 °C。所述控冷工艺中，返红温度控制在606 °C。实施例三
本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:0.165、Si:0.70、Mn:1.65、P:0.006、S:0.002、N1:0.160 0.200、V:0.050 0.070、Nb:0.020 0.040、T1:0.010 0.020、Als:0.025，其它为Fe和残留元素，所述连铸80_厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组 织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。该桥梁钢的制备工艺与实施例一基本相同，其区别在于:在转炉工艺中，出钢目标P的质量百分比为0.013%、C的质量百分比为0.07%、S的质量百分比0.010%ο所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间为20min。所述加热工艺中，均热段温度控制在1210°C。所述轧制工艺中，终轧温度782 °C。所述控冷工艺中，返红温度控制在612°C。实施例四
本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:
0.168、Si:0.75、Mn:1.68、P:0.003、S:0.0OUN1:0.160 0.200、V:0.050 0.070、Nb:
0.020 0.040、T1:0.010 0.020、Als:0.030，其它为Fe和残留元素，所述连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。该桥梁钢的制备工艺与实施例一基本相同，其区别在于:在转炉工艺中，出钢目标P的质量百分比为0.013%、C的质量百分比为0.08%、S的质量百分比0.009%。所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间为20min。所述加热工艺中，均热段温度控制在1216°C。所述轧制工艺中，终轧温度788 °C。所述控冷工艺中，返红温度控制在618°C。实施例五本发明的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比:C:
0.17、Si:0.80、Mn:1.65、P:0.009、S:0.003、N1:0.160 0.200、V:0.050 0.070、Nb:
0.020 0.040、T1:0.010 0.020、Als:0.030，其它为Fe和残留元素，所述连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。该桥梁钢的制备工艺与实施例一基本相同，其区别在于:在转炉工艺中，出钢目标P的质量百分比为0.010%、C的质量百分比为0.08%、S的质量百分比0.010%O所述VD精炼工艺中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间为20min。所述加热工艺中，均热段温度控制在1220°C。所述轧制工艺中，终轧温度795 °C。所述控冷工艺中，返红温度控制在623 °C。下表为按照上述实施例所得的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE机械性能表。
权利要求
1.一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其特征在于:其化学成分及各成分的质量百分比:C: 0.13-0.17、Si:0.55-0.85、Mn:1.05-1.70、P:彡 0.015、S: ^ 0.005、Ni:0.160-0.200, V:0.050-0.070,Nb:0.020-0.040,Ti:0.010-0.020,Als:0.015-0.035，其它为Fe和残留元素。
2.如权利要求1所述的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其特征在于:所述连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE上、下表层各0.5 1.0mm厚度内为晶粒尺寸2 3um的铁素体/马氏体组织，其中:铁素体体积分数为80 90%,马氏体体积分数为20 10% ;钢板中心部分为马氏体含量较高的铁素体/马氏体组织，其中:马氏体体积分数为50 70%，铁素体体积分数为50 30%。
3.如权利要求1所述的连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE的生产方法，其特征在于:包括如下步骤: a.KR铁水预处理工艺:保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水(按质量百分比)S≤0.005%，保证脱硫周期≤2Imin、脱硫温降≤20°C ; b.转炉冶炼工艺:入炉铁水(按质量百分比)SS≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1270°C造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢P≤0.015%、C≥0.05%、S ( 0.012%,吹氩处理工艺:氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300 500mm，离氩站温度不得低于1570°C ; c.LF精炼工艺:碱度按4.0-6.0控制，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中，补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前关闭氩气，上钢温度1565±15°C (不采用真空脱气)/1610±15°C (采用真空脱气)； d.VD精炼工艺:VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，上钢温度1565±15°C ; e.连铸工艺:采用300mm断面生产，中包过热度控制在15_25°C范围内，连铸拉速按照.0.72m/min执行，二冷采用8#冷却水表，结晶器冷却采用2#冷却曲线； f.加热工艺:一阶段加热温度<950°C，二阶段加热温度控制在1220-1240°C，均热段温度控制在1200-1220°C，总加热时间控制在5-6h左右； g.轧制工艺:一阶段开轧温度1020°C 1120°C，道次压下量为35mm;二阶段开轧温度800-830°C，精轧道次压下率≥15%，终轧温度770 800°C ;控冷工艺要求入水温度为7600C _780°C，返红温度控制在 600-630°C ; h.堆冷工艺:堆垛缓冷温度不低于450°C，堆冷时间≥72小时； i.热处理工艺:采用正火+快冷的热处理工艺，正火温度920±10℃,t=2.01^11/臟，水冷返红温度控制在560-580°C。
全文摘要
本发明公开了一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE，其化学成分及各成分的质量百分比C0.13-0.17、Si0.55-0.85、Mn1.05-1.70、P≤0.015、S≤0.005、Ni0.160-0.200、V0.050-0.070、Nb0.020-0.040、Ti0.010-0.020、Als0.015-0.035，其它为Fe和残留元素。一种连铸80mm厚度桥梁钢Q420qE的生产方法包括KR铁水预处理工艺、转炉冶炼工艺、吹氩处理工艺、LF精炼工艺、VD精炼工艺等步骤，本发明通过合理的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，并通过加热、轧制及调质处理等工艺有效实施，成功地开发出了80mm高强度Q420qE钢板。
文档编号C21C7/00GK103160739SQ20131008338
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月16日 优先权日2013年3月16日
发明者唐郑磊, 朱书成, 许少普, 刘庆波, 朱先兴 申请人:南阳汉冶特钢有限公司