一种TMCP型屈服500MPa级桥梁钢板及生产方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板及生产方法。

背景技术：

目前，国内在建的沪通大桥、平潭大桥以及将要启动建设的五峰山大桥项目，代表了国内桥梁制造的最高水平，其设计方均为中铁大桥局集团。近年来，在国内桥梁制造的龙头企业中铁山海关桥梁厂和燕山大学的共同推动下，桥梁钢的交货状态大力向易焊的tmcp型过渡，这也代表了我国桥梁钢的发展方向。

最新颁布的gb714-2015将热机械轧制（tmcp或tmcp+回火）交货的桥梁钢成分单独列出，将碳含量、碳当量、焊接裂纹敏感指数限定在较低值，强度、质量级别为q345qc到q500qf。同时所有强度等级桥梁钢冲击功均值提升至120j以上，而且将屈强比不高于0.85作为推荐值，良好板形也将成为衡量产品好坏的重要方面。根据国内最新的桥梁设计要求，屈服370mpa、420mpa和500mpa将成为使用的主要强度级别。370mpa将成为主流，关键部位将使用420mpa级，部分大型桥梁将使用500mpa级。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板；本发明还提供了一种tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：c：0.06-0.08%，si：0.20-0.40%，mn：1.45-1.55%，p≤0.010%，s≤0.002%，nb：0.045-0.055%，v：0.035-0.045%，ni：0.18-0.25%，cr：0.20-0.25%，mo：0.15-0.20%，cu：0.15-0.20%，alt：0.020～0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。

本发明所述碳当量为0.40～0.46%，钢板的组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

本发明所述钢板钢板最大厚度可达到70mm。

本发明所述钢板屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，屈强比≤0.85，-40℃冲击功≥120j。

本发明还提供了一种tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法，所述方法包括加热、轧制、冷却、回火工序；所述轧制工序采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧工艺。

本发明所述加热工序，钢坯的最高加热温度1240-1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min。

本发明所述轧制工序，采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧工艺，第一阶段轧制温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%。

本发明所述轧制工序，第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%。

本发明所述冷却工序，轧后采用acc水冷，入水温度为800-820℃，返红温度500～550℃。

本发明所述回火工序，加热温度500-550℃，保温时间系数1.5min/mm。

本发明及方法的设计思路如下：碳、锰固溶强化；加入适量的nb、v、ni、cr、mo、cu细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续精准的控轧控冷和试样调质工艺，使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

c：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。

p、s：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

al：铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

nb：为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体；焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

v：主要作用是γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。

ni：主要作用是保证钢板低温韧性。

cr：能提高淬透性和固溶强化，能够提高钢在热处理状态下的强度和硬度；但也使钢板韧性有所降低，并增加回火脆性，因此可以根据强韧性要求，确定合理的cr含量，根据钢的强韧性要求不同加入量不同。

mo：主要作用提高回火稳定性，显著提高钢的高温强度。

cu：是低碳贝氏体钢中常添加的元素，在大厚度高强度钢中加入cu可以显著改善因低碳、轧制压下量不足、轧后冷速低等因素导致的钢中奥氏体晶粒粗大带来的粗大贝氏体以致强度降低现象，尤其是钢板回火后，有较强的析出强化作用，为了防止铜在晶界偏析引起铸坯及钢板开裂，一般加入一定量的镍。

本发明tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板产品标准参考gb/t714-2015。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明钢板的化学成分设计采用低c，保证钢板良好的焊接性；采用nb、v微合金化设计，辅以mo等合金元素确保钢板强度、韧性匹配及耐高温性能。2、本发明钢板具有良好的低温性能，采用控轧控冷+回火工艺艺得到铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。3、本发明屈服500mpa级q500qe钢板具有低碳当量和裂纹敏感性指数、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好等特点，ceq：0.40～0.46%；本发明所述钢板屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，屈强比≤0.85，-40℃冲击功≥120j，钢板最大厚度可达到70mm。

附图说明

图1为实施例1钢板的显微组织图；

图2为实施例2钢板的显微组织图；

图3为实施例3钢板的显微组织图；

图4为实施例4钢板的显微组织图；

图5为实施例5钢板的显微组织图；

图6为实施例6钢板的显微组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板采用下述方法生产而成：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线4-5m/t钢；钢水温度达到1530-1550℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块≥1.0kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度≤66.6pa，真空保持时间≥20min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量为：c：0.06-0.08%，si：0.20-0.40%，mn：1.45-1.55%，p≤0.010%，s≤0.002%，nb：0.045-0.055%，v：0.035-0.045%，ni：0.18-0.25，cr：0.20-0.25%，mo：0.15-0.20%，cu：0.15-0.20%，alt：0.020～0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1240～1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1000～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%；第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度800-820℃，返红温度500～550℃。

（6）回火工序：加热温度500-550℃，保温时间系数1.5min/mm。

实施例1

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线5m/t钢；钢水温度达到1540℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.2kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间20min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间331min，均热段在炉时间63min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1030℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为50%；第二阶段轧制温度为850℃，累计压下率为30%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度810℃，返红温度510℃。

（6）回火工序：加热温度511℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度535mpa，抗拉强度652mpa，屈强比0.82，-40℃冲击功平均268j；显微组织图见图1，由图1可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

实施例2

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线4m/t钢；钢水温度达到1535℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.0kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间22min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1242℃，均热温度1205℃，总加热时间335min，均热段在炉时间62min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1020℃，此阶段单道次压下量为12%，累计压下率为33%；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为37%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度820℃，返红温度520℃。

（6）回火工序：加热温度521℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度545mpa，抗拉强度662mpa，屈强比0.82，-40℃冲击功平均258j；显微组织图见图2，由图2可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

实施例3

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线4.5m/t钢；钢水温度达到1532℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.1kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间338min，均热段在炉时间65min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1040℃，此阶段单道次压下量为15%，累计压下率为40%；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为39%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度805℃，返红温度530℃。

（6）回火工序：加热温度531℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度555mpa，抗拉强度672mpa，屈强比0.83，屈强比0.83，-40℃冲击功平均248j；显微组织图见图3，由图3可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

实施例4

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线4m/t钢；钢水温度达到1545℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.2m/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间30min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1246℃，均热温度1212℃，总加热时间345min，均热段在炉时间67min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1050℃，此阶段单道次压下量为17%，累计压下率为45%；第二阶段轧制温度为865℃，累计压下率为40%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度811℃，返红温度525℃。

（6）回火工序：加热温度535℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度515mpa，抗拉强度642mpa，屈强比0.80，-40℃冲击功平均227j；显微组织图见图4，由图4可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

实施例5

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为60mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线4.5m/t钢；钢水温度达到1530℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.1kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间20min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1240℃，均热温度1200℃，总加热时间330min，均热段在炉时间60min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下量为10%，累计压下率为30%；第二阶段轧制温度为850℃，累计压下率为30%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度800℃，返红温度500℃。

（6）回火工序：加热温度550℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度520mpa，抗拉强度649mpa，屈强比0.80，-40℃冲击功平均297j；显微组织图见图5，由图5可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

实施例6

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板厚度为80mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例tmcp型屈服500mpa级桥梁钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、回火工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线5m/t钢；钢水温度达到1550℃转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块1.2m/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1。

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热。

（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间350min，均热段在炉时间70min。

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1100℃，此阶段单道次压下量为20%，累计压下率为50%；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为50%。

（5）冷却工序：轧后采用acc水冷，入水温度820℃，返红温度550℃。

（6）回火工序：加热温度500℃，保温时间系数1.5min/mm。

本实施例所得桥梁钢板的力学性能：屈服强度545mpa，抗拉强度659mpa，屈强比0.83，-40℃冲击功平均247j；显微组织图见图6，由图6可见其组织为铁素体+粒状贝氏体+板条贝氏体的复合组织。

表1实施例1-6中钢板化学成分组成及质量百分含量（%）

表1中，化学成分的余量为fe和不可避免的杂质。

由上述实施例可知，本方法生产的屈服500mpa级高韧桥梁钢板具有低的碳当量、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好等特点。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。