一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，依次包括冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、除鳞、轧制和冷却工序，在所述轧制采用控轧控冷技术，铸坯加热温度为1210～1230℃，在炉时间为200～240min，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；第一阶段粗轧道次大压下量破碎奥氏体晶粒，第二阶段精轧开轧温度≤1020℃，待温坯的厚度控制在28～30mm，终轧温度为820～840℃，总形变率≥71%；轧制后进行冷却、切割取样。本发明通过合理的成分设计，常采用低碳、微量铌、钒、钛及少量的镍、铬、铜合金，可有效增强合金钢的强度和韧性，达到热轧态力学性能的标准要求。
【专利说明】一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明高性能结构用钢材的制造方法，具体涉及一种热轧态薄规格高强度桥梁板 的制造方法。
【背景技术】
[0002] 我国道路桥梁建设正向高速、重载、大跨度、全焊接点、免涂装和安全性高等方向 发展。目前使用的桥梁板具有结构简单，自重轻，安全性高，能够承载较大的动态、静态载 荷，服役时间长等特点，被广泛应用于铁路、公路以及大型跨江、跨海大桥建设中，一般工程 设计中跨度大于300米的桥梁均采用钢结构设计，桥梁用钢材不仅需要有较高的抗拉强 度，还要有一定的屈强比，其屈强比越小，钢结构的抗破坏潜能越高，一旦桥梁超载，也可因 其塑性变形被及早发现，避免发生毁灭性的破坏。但是桥梁用钢材的屈强比过低也会影响 钢结构，致使材料的有效利用率降低。国内市场上桥梁钢使用量最大的为Q345q_Q370q，随 着跨海大桥工程的逐步开发，更高等级的桥梁板被广泛使用，例如Q420q、Q460q和Q500q 等。但是，目前我国只有屈服强度级别Q420q被应用于实际桥梁工程中，与国外的高性能钢 相比，还存在较大的差距。
[0003] 为了满足大型钢结构桥梁的发展要求，对桥梁钢的综合性能提出了更高的要求， 本发明提出了一种热轧态薄规格Q500qE高强度桥梁板的制造方法。
[0004] 经过 申请人:检索发现，有一些专利涉及高强度低屈强比钢。中国专利 CN101649420A公开了一种高强度高韧性低屈强比钢、钢板及其制造方法，该钢采用多种合 金Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V、Ti进行强化，多种合金元素的含量较多，总含量可达1. 18%，成 本较高，另外采用控扎控冷工艺进行生产，得到的钢板屈服强度> 500MPa，-40°C条件下的 Akv冲击值> 100J，其终冷温度达到了 420°C，热轧态性能可以满足高层建筑用钢的标准。 然而该专利生产得到的钢板厚度在20mm以上，不能满足桥梁结构设计中对超薄规格板材 的需要，另外 申请人:实验可知，采用该专利的方法生产8mm厚度的钢板，其板形易出现单边 瓢曲。另外，当轧辊辊身两侧的冷却水流量存在差异时，就会使辊身两侧存在温度差，引起 辊身两侧的膨胀量不一致，进而导致辊身两侧的磨损量不一致，当两侧的磨损量差值大于 0. 05mm时，会出现单边瓢曲；乳机刚度不一致会导致对乳棍两侧施加的力不一致，从而影 响辊缝精度，当辊身两侧的辊缝差值大于〇. 3_时，也易出现单边瓢曲；板坯两侧温度不一 致，导致轧制过程中变形抗力不一致，当板坯的两侧温度相差30°C时，也易出现单边瓢曲。
[0005] 另一个中国专利CN103352167A公开了一种低屈强比高强度桥梁用钢及其制造方 法，该方法不仅需要控扎控冷，而且对需要控冷后的钢板进行热处理以保证钢板组织及性 能均匀：将钢板加热到480?630°C之间，进行回火热处理，回火时间控制在（2. 0?3. 0) min/mmX板厚+30min,增加了一道热处理工序,工艺较复杂,造成成本增加。虽然该桥梁钢 的屈服强度彡530MPa，抗拉强度彡700MPa，屈强比彡0. 8,能够满足高强度桥梁板对性能的 要求，但是其延伸率仅大于18%，-40°C下的冲击功彡100J。而且该专利的桥梁板厚度在 20mm以上，甚至达到了 32mm，采用该专利的工艺生产厚度在8mm以下的薄规格钢板时，板形 易出现单边瓢曲。因此，采用上面两个专利制造薄规格钢板时均易在板坯中间和两侧产生 热凸度，出现单边瓢曲现象，使得板材一次合格率低，需要经过液压弯辊、移辊技术和轧辊 分段冷却以及平整机平整、张力矫直等手段进行挽救或矫直处理，增加了挽救成本。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是根据现有技术存在的缺陷，提出一种热轧态薄规格高 强度桥梁板的制造方法，该方法通过低碳加低碳加少量合金的成分设计、合理的控扎控冷 工艺，获得性能优异、厚度在8mm以下的薄规格高强度桥梁用钢板。
[0007] 本发明的热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，该方法的桥梁板按重量百分比 为，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%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0008] 化学成分是影响铸坯内部质量与高强钢板性能的关键因素之一，本发明为了使桥 梁板用钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：
[0009] C :碳是影响高强度钢力学性能的主要元素之一，通过间隙固溶提高钢的强度， 当碳含量低时强度低；含量过高时，韧性和可焊性将变差，本发明碳含量控制在0.02? 0· 06%。
[0010] Ni :镍能提高钢的强度、韧性及耐腐蚀性能，抑制碳从奥氏体中脱溶，降低晶界碳 化物析出倾向，显著减少晶间碳化物数量。但随着镍含量增多，生产成本会显著增加，本发 明镍含量控制在〇. 1?〇. 3%。
[0011] Cu:铜能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的 转变。铜含量过高影响钢的韧性，并将引起热轧过程中产生裂纹，恶化钢板表面性能。本发 明中铜含量控制在〇. 1?0.5%。
[0012] Cr :铬能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进贝氏体或马氏体转变，从而使 钢的强硬度增加，但Cr含量过高将影响钢的韧性，本发明中的铬含量控制在0. 1?0. 2 %。
[0013] V :钒是强碳氮化合物形成元素，且钒的碳化物固溶温度相对较低，在轧制结束后 的冷却阶段仍有一定的析出，进而提高了钢的强度，但V含量较高时将明显恶化钢的低温 韧性，尤其是焊接热影响区的韧性，本发明中钒含量控制在0. 02-0. 04%。
[0014] Nb:微量铌对奥氏体晶界具有钉扎作用，抑制形变奥氏体的再结晶，并在冷却时 形成析出物，提高强度和韧性。铌添加量小于〇. 030 %时效果不明显，大于0. 05 %时韧性 降低，并引起连铸坯表面裂纹产生，此外对焊接性能也有恶化作用。本发明铌含量控制在 0. 03 ?0. 05%。
[0015] Ti :钛能固定钢中的气体氮，形成氮化钛，阻止在加热、乳制、焊接过程中的晶粒长 大，改善母材和焊接热影响区的韧性。本发明钛成分控制在< 0.02%。
[0016] Mo :钥能够有效提高钢的淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在较大 冷却速度范围内形成晶内有大量位错分布的铁素体或贝氏体，产生相变强化和位错强化作 用。在高强度低合金钢中，钢板的强度随钥含量的增加而显著提高，但是钥的合金成本高， 大量添加时会增加成本，并降低韧性和可焊性。本发明钥含量控制在〇. 15?0. 3%。
[0017] 所述桥梁板中Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V和Ti合金元素的总量为0. 83%。
[0018] 本发明桥梁板用钢的屈服强度彡500MPa，延伸率彡21%，屈强比< 0.85，-40°C低 温纵向冲击> 120J。桥梁板用钢的显微组织为针状铁素体+粒状贝氏体，其晶粒尺寸控制 在10?15 μ m范围内，晶粒度控制在10级；
[0019] 本发明的桥梁板用钢采用以下方法制成：依次包括冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、除 鳞、乳制和冷却工序，在所述轧制采用控轧控冷技术，铸坯加热温度为1210?1230°C，在炉 时间为200?240min，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；第一阶段粗轧道次大压 下量破碎奥氏体晶粒，第二阶段精轧开轧温度< 1020°C，待温坯的厚度控制在28?30mm， 终轧温度为820?840°C，总形变率彡71% ;乳制后进行冷却、切割取样。
[0020] 进一步优选地，所述粗轧的轧制温度1054?1057°C，形变率彡87%。
[0021] 再进一步优选地，所述轧制工序中，精轧后控制水冷，水冷速度为13±3°C /s，返 红温度为580?620°C。
[0022] 更进一步优选地，所述冶炼工序前需对铁水进行脱硫预处理，铁水脱硫预处理后 硫含量控制在S < 0. 005%，转炉冶炼后磷含量控制在P < 0. 013%。
[0023] 本发明的优点如下：
[0024] 1.本发明通过合理的成分设计，常采用低碳、微量铌、钒、钛及少量的镍、铬、铜合 金，可有效增强合金钢的强度和韧性，达到热轧态力学性能的标准要求。采用冶炼连铸、乳 制生产桥梁钢，工艺流程短，能较好的满足高等级公路、铁路桥梁建筑构件的材料要求。
[0025] 2.本发明采用合理的控轧控冷技术生产厚度在8mm以下的薄规格高强度板，乳制 时钢板不出现单边瓢曲，无需外力挽救或矫直，解决了薄规格高强板冷速过快引起的屈强 比高、板形差等问题，避免因提高强度而引起的轧制力小，且减少了轧后热处理工序，工艺 简单，易于生产。
[0026] 3.桥梁板中合金含量少，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施例1桥梁板的表面金相组织结构示意图。
[0028] 图2为本发明实施例1桥梁板的1/4厚度处金相组织结构示意图。
[0029] 图3为本发明实施例1桥梁板的1/2厚度出金相组织结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明的热轧态薄规格Q500qE高强度桥梁板的制造方法依次包括以下工艺：铁 水脱硫预处理一转炉冶炼一RH精炼一（LF精炼）一连铸一铸坯堆垛缓冷一铸坯检验一铸 述判定一铸述验收一铸述加热一除鳞一乳制一冷却一（探伤）一切割、取样一喷印标识一 检验一入库。
[0031] 实施例1至3提供的一种热轧态薄规格Q500qE高强度桥梁板主要化学成分 (wt % )如表1所示。
[0032] 表1实施例的主要化学成分（wt % )
[0033]
【权利要求】
1. 一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，其特征是： 所述桥梁板按重量百分比为，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%，余量为 Fe 及不可 避免的杂质； 所述桥梁板的屈服强度彡500MPa，延伸率彡21%，屈强比< 0.85, -40°C低温纵向冲 击> 120J ;所述桥梁板的显微组织为针状铁素体+粒状贝氏体，其晶粒尺寸控制在10? 15 μ m范围内，晶粒度控制在10级； 所述桥梁板用钢采用以下方法制成：依次包括冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、除鳞、乳制 和冷却工序，在所述轧制采用控轧控冷技术，铸坯加热温度为1210?1230°C，在炉时间为 200?240min，奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制；第一阶段粗轧道次大压下量破 碎奥氏体晶粒，第二阶段精轧开轧温度彡1020°C，待温坯的厚度控制在28?30mm，终轧温 度为820?840°C，总形变率彡71% ;乳制后进行冷却、切割取样。
2. 根据权利要求1所述一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，其特征是：所述 粗轧的轧制温度1054?1057°C，形变率彡87%。
3. 根据权利要求1所述一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，其特征是：所述 轧制工序中，精轧后控制水冷，水冷速度为13±3°C /s，返红温度为580?620°C。
4. 根据权利要求1所述一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，其特征是：所述 冶炼工序前需对铁水进行脱硫预处理，铁水脱硫预处理后硫含量控制在S < 0. 005%，转炉 冶炼后磷含量控制在P < 〇. 013%。
5. 根据权利要求1所述一种热轧态薄规格高强度桥梁板的制造方法，其特征是：所述 桥梁板中Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V和Ti合金元素的总量为0. 83%。
【文档编号】C22C38/50GK104264062SQ201410469416
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】郑建平, 侯中华, 牛继龙, 杨果煜, 李恒坤, 李堂 申请人:南京钢铁股份有限公司