一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE及其製備工藝的製作方法
2023-09-15 23:44:15 3
專利名稱：一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於中厚板橋梁鋼技術領域，特別是一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE及其製備工藝。
背景技術：
眾所周知，橋梁板Q420qE主要用於橋梁結構等重要部位，它要求有較高的強度、硬度及韌性，受高強度、高韌性等因素限制，該鋼板對軋鋼、熱處理工藝要求極為嚴格，因此，其生產難度大、工藝裝備要求特殊等生產較少。目前，中國專利2010年11月10日公開的公開號為101880824A申請號為201010208305.3的發明專利名稱為本發明公開了一種Q345q系列特厚保性能、保探傷橋梁鋼板，包含如下質量量百分比的化學成分: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、其它為Fe和殘留元素；碳當量:<0.43。這種橋梁板:屈服強度控制在315 350MPa，平均達到了 335MPa，比標準富裕40MPa ;抗拉強度控制在490 515MPa，平均達到了 500MPa，比標準富裕30MPa ;伸長率控制在29% 32%，平均達到28%，比標準富裕8%; 20°C縱向衝擊功控制在144 256J，平均達到了 178J，但是，對於橋梁結構等重要部位所要求的強度、硬度及韌性來說，其性能相對不高，且其工藝要求條件相對較高，生產較少。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種高強度、韌性強的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE及其製備工藝。 一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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
它為Fe和殘留元素，所述連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%，馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織,其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。所述化學成分的作用分析如下:
C:是鋼中最基礎的強化兀素，提聞強度；
S1:是固溶強化元素，對提高鋼板的強度有利；
Mn:是固溶強化元素，對提高鋼板的強度和韌性均有利；
P:對焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本鋼種中屬於有害元素，應控制的儘量低；
S:易形成MnS類夾雜物，具有一定的熱脆性，在本鋼種中屬於有害元素，應控制的儘量
低；N1:一方面既強烈提高鋼的強度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平，其變脆溫度則極低，Ni的晶格常數與Y 鐵相近，所以可成連續固溶體，這就有利於提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點並增加奧氏體的穩定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。V、Nb、T1:在鋼中能夠與C、N結合，形成微細碳化物或碳氮化物，能起細化晶粒和彌散強化作用，從而達到有效提高鋼材的強韌性的綜合效果。Al:可以起到細化晶粒強化作用；
一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE的生產方法包括如下步驟:
a.KR鐵水預處理工藝:保證液面渣層厚度彡20mm，鐵水經KR攪拌脫硫後保證鐵水(按質量百分比)S彡0.005%，保證脫硫周期彡21min、脫硫溫降彡20°C
b.轉爐冶煉工藝:入爐鐵水(按質量百分比)SS0.005%、P彡0.080%，鐵水溫度彡1270 °C造渣鹼度R按2.5 4.0控制，出鋼P彡0.015%, C彡0.05%, S彡0.012%，吹氬處理工藝:氬站一次性加入鋁線 ，在氬站要求強吹氬3min，流量200 500NL/min，鋼液面裸眼直徑控制在300 500_，離氬站溫度不得低於1570°C。c.LF精煉工藝:鹼度按4.0 6.0控制,加熱時間按兩次控制,一加熱7 12min、二加熱6 lOmin，二加熱過程中，補加脫氧劑，並要求粘渣次數大於6次。離站前加入矽鈣線，加矽鈣線前關閉氬氣，上鋼溫度1565±15°C (不採用真空脫氣)/1610±15°C (採用真空脫氣)。d.VD精煉工藝:VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間必須彡15min，破真空後軟吹2 5min或不吹，軟吹過程中鋼水不得裸露，上鋼溫度1565±15°C。e.連鑄工藝:採用300mm斷面生產，中包過熱度控制在15 25°C範圍內，連鑄拉速按照0.72m/min執行，二冷採用8#冷卻水錶，結晶器冷卻採用2#冷卻曲線。f.加熱工藝:一階段加熱溫度彡950°C，二階段加熱溫度控制在1220 1240°C，均熱段溫度控制在1200 1220°C，總加熱時間控制在5 6h左右。g.軋制工藝:一階段開軋溫度1020°C 1120°C，道次壓下量為35mm ;二階段開軋溫度800 830°C，精軋道次壓下率> 15%，終軋溫度770 800°C ;控冷工藝要求入水溫度為760V 780°C，返紅溫度控制在600 630°C。h.堆冷工藝:堆垛緩冷溫度不低於450°C，堆冷時間彡72小時。1.熱處理工藝:採用正火+快冷的熱處理工藝，正火溫度920±10°C，t=2.0min/mm,水冷返紅溫度控制在560 580°C。本發明通過合理的化學成分設計，LF+VD工藝來保證鋼質的潔淨度，採用高溫堆冷工藝可有效避免因快速冷卻產生的殘餘應力，同時可大大降低鋼板中氫的含量，充分實現熱擴散效果，改善鋼板探傷缺陷，並通過加熱、軋制及調質處理等工藝有效實施，成功地開發出了 80mm高強度Q420qE鋼板，其屈服強度控制在430 500MPa，抗拉強度控制在540 620 MPa,;伸長率控制在20% 25% ； 40°C V型衝擊功控制在150 210 J0
具體實施例方式本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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,其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%，馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織,其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE的製備工藝包括優質鐵水、KR鐵水預處理工藝、轉爐冶煉工藝、吹氬處理工藝、LF精煉工藝、VD精煉工藝、連鑄工藝、加熱工藝、控軋控冷、堆冷工藝、熱處理工藝，所述KR鐵水預處理工藝中，到站鐵水必須扒前渣與扒後渣，保證液面渣層厚度彡20mm,鐵水經KR攪拌脫硫後保證鐵水(按質量百分比)S ( 0.005%,保證脫硫周期< 21min、脫硫溫降< 20°C，所述轉爐冶煉工藝中，入爐鐵水(按質量百分比)S彡0.005%,P ( 0.080%，鐵水溫度彡1270°C，鐵水裝入量誤差按±lt來控制，廢鋼嚴格採用優質邊角料，過程槍位按前期1.0 1.3m、中期1.2 1.6m、後期1.0 1.1m控制,造洛鹼度R按2.5 4.0控制，出鋼目標P彡0.015%, C彡0.05%, S ( 0.012%，出鋼過程中向鋼包內矽鋁鋇鈣、錳鐵合金、矽鐵合金和石灰、螢石。出鋼前用擋渣塞擋前渣出鋼，出鋼結束前採用擋渣錐擋渣，保證渣層厚度 15min，破真空後軟吹2 5min或不吹，軟吹過程中鋼水不得裸露。正常在線包抽真空時間:(抽真空前鋼水溫度一目標離站溫度)/1.7min。覆蓋劑，保證鋪滿鋼液面，加覆蓋劑前必須關閉氬氣，上鋼溫度1565±15°C，所述連鑄工藝中，採用300mm斷面生產，全程採取保護澆注，防止鋼水吸氣，中包過熱度控制在15 25°C範圍內，連鑄拉速按照0.72m/min執行，二冷採用8#冷卻水錶，結晶器冷卻採用2#冷卻曲線，所述加熱工藝中，鑄坯堆冷後送至連續爐進行加熱，一階段加熱溫度 72小時，所述熱處理工藝中，採用正火+快冷的熱處理工藝，正火溫度920±10°C，t=2.0min/mm，水冷返紅溫度控制在560 580°C。實施例一
本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80_厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE的製備工藝包括優質鐵水、KR鐵水預處理工藝、轉爐冶煉工藝、吹氬處理工藝、LF精煉工藝、VD精煉工藝、連鑄工藝、加熱工藝、控軋控冷、堆冷工藝、熱處理工藝，所述KR鐵水預處理工藝中，到站鐵水必須扒前渣與扒後渣，保證液面渣層厚度彡20mm,鐵水經KR攪拌脫硫後保證鐵水(按質量百分比)S ( 0.005%,保證脫硫周期< 21min、脫硫溫降< 20°C，所述轉爐冶煉工藝中，入爐鐵水(按質量百分比)S彡0.005%,P ( 0.080%，鐵水溫度彡1270°C，鐵水裝入量誤差按±lt來控制，廢鋼嚴格採用優質邊角料，過程槍位按前期1.0 1.3m、中期1.2 1.6m、後期1.0 1.1m控制,造洛鹼度R按2.5 4.0控制，出鋼目標P的質量百分比為0.015%、C的質量百分比為0.05%、S的質量百分比0.012%，出鋼過程中向鋼包內矽鋁鋇鈣、錳鐵合金、矽鐵合金和石灰、螢石。出鋼前用擋渣塞擋前渣出鋼，出鋼結束前採用擋渣錐擋渣，保證渣層厚度< 30mm，轉爐出鋼過程中要求全程吹氬，所述吹氬處理工藝中，氬站一次性加入鋁線，在氬站要求強吹氬3min，流量200 500NL/min，鋼液面裸眼直徑控制在300 500mm，離氬站溫度不得低於1570°C，所述LF精煉工藝中，精煉過程中全程吹氬，吹氬強度根據不同環節需要進行調節，加入精煉渣料，鹼度按4.0 6.0控制，精煉脫氧劑以電石、鋁粒、矽鐵粉為主，加入量根據鋼水中氧含量及造白渣情況適量加入，加熱過程根據節奏富餘和溫度情況選擇適當電流進行加熱，加熱時間按兩次控制，一加熱7 12min、二加熱6 IOmin, 二加熱過程中要求根據造洛情況，補加脫氧 劑，並要求粘渣次數大於6次。離站前加入矽鈣線，加矽鈣線前必須關閉氬氣，上鋼溫度1565±15°C(不採用真空脫氣)/1610±15°C(採用真空脫氣)，所述VD精煉工藝中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間為15min，破真空後軟吹2 5min或不吹，軟吹過程中鋼水不得裸露。正常在線包抽真空時間:(抽真空前鋼水溫度一目標離站溫度)/1.7min。覆蓋劑，保證鋪滿鋼液面，加覆蓋劑前必須關閉氬氣，上鋼溫度1565± 15°C，所述連鑄工藝中，採用300_斷面生產，全程採取保護澆注，防止鋼水吸氣，中包過熱度控制在15 25°C範圍內，連鑄拉速按照0.72m/min執行，二冷採用8#冷卻水錶，結晶器冷卻採用2#冷卻曲線，所述加熱工藝中，鑄坯堆冷後送至連續爐進行加熱，一階段加熱溫度 15%，終軋溫度770°C ;控冷工藝要求入水溫度為760V 780°C，返紅溫度控制在600°C，所述堆冷工藝中，堆垛緩冷溫度不低於450°C，堆冷時間> 72小時，所述熱處理工藝中，採用正火+快冷的熱處理工藝，正火溫度920±10°C，t=2.0min/mm，水冷返紅溫度控制在560 580 0C ο實施例二
本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80_厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。該橋梁鋼的製備工藝與實施例一基本相同，其區別在於:在轉爐工藝中，出鋼目標P的質量百分比為0.014%、C的質量百分比為0.06%、S的質量百分比0.011%。所述VD精煉工藝中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間為17min。所述加熱工藝中，均熱段溫度控制在1205 °C。所述軋制工藝中，終軋溫度776 °C。所述控冷工藝中，返紅溫度控制在606 °C。實施例三
本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80_厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組 織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。該橋梁鋼的製備工藝與實施例一基本相同，其區別在於:在轉爐工藝中，出鋼目標P的質量百分比為0.013%、C的質量百分比為0.07%、S的質量百分比0.010%ο所述VD精煉工藝中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間為20min。所述加熱工藝中，均熱段溫度控制在1210°C。所述軋制工藝中，終軋溫度782 °C。所述控冷工藝中，返紅溫度控制在612°C。實施例四
本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。該橋梁鋼的製備工藝與實施例一基本相同，其區別在於:在轉爐工藝中，出鋼目標P的質量百分比為0.013%、C的質量百分比為0.08%、S的質量百分比0.009%。所述VD精煉工藝中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間為20min。所述加熱工藝中，均熱段溫度控制在1216°C。所述軋制工藝中，終軋溫度788 °C。所述控冷工藝中，返紅溫度控制在618°C。實施例五本發明的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素，所述連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。該橋梁鋼的製備工藝與實施例一基本相同，其區別在於:在轉爐工藝中，出鋼目標P的質量百分比為0.010%、C的質量百分比為0.08%、S的質量百分比0.010%O所述VD精煉工藝中，VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間為20min。所述加熱工藝中，均熱段溫度控制在1220°C。所述軋制工藝中，終軋溫度795 °C。所述控冷工藝中，返紅溫度控制在623 °C。下表為按照上述實施例所得的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE機械性能表。
權利要求
1.一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其特徵在於:其化學成分及各成分的質量百分比: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，其它為Fe和殘留元素。
2.如權利要求1所述的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其特徵在於:所述連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE上、下表層各0.5 1.0mm厚度內為晶粒尺寸2 3um的鐵素體/馬氏體組織，其中:鐵素體體積分數為80 90%,馬氏體體積分數為20 10% ;鋼板中心部分為馬氏體含量較高的鐵素體/馬氏體組織，其中:馬氏體體積分數為50 70%，鐵素體體積分數為50 30%。
3.如權利要求1所述的連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE的生產方法，其特徵在於:包括如下步驟: a.KR鐵水預處理工藝:保證液面渣層厚度≤20mm，鐵水經KR攪拌脫硫後保證鐵水(按質量百分比)S≤0.005%，保證脫硫周期≤2Imin、脫硫溫降≤20°C ; b.轉爐冶煉工藝:入爐鐵水(按質量百分比)SS≤0.005%、P≤0.080%，鐵水溫度≥1270°C造渣鹼度R按2.5-4.0控制，出鋼P≤0.015%、C≥0.05%、S ( 0.012%,吹氬處理工藝:氬站一次性加入鋁線，在氬站要求強吹氬3min，流量200-500NL/min，鋼液面裸眼直徑控制在300 500mm，離氬站溫度不得低於1570°C ; c.LF精煉工藝:鹼度按4.0-6.0控制，加熱時間按兩次控制，一加熱7-12min、二加熱6-10min，二加熱過程中，補加脫氧劑，並要求粘渣次數大於6次，離站前加入矽鈣線，加矽鈣線前關閉氬氣，上鋼溫度1565±15°C (不採用真空脫氣)/1610±15°C (採用真空脫氣)； d.VD精煉工藝:VD真空度必須達到67Pa以下，保壓時間必須≥15min，破真空後軟吹2-5min或不吹，軟吹過程中鋼水不得裸露，上鋼溫度1565±15°C ; e.連鑄工藝:採用300mm斷面生產，中包過熱度控制在15_25°C範圍內，連鑄拉速按照.0.72m/min執行，二冷採用8#冷卻水錶，結晶器冷卻採用2#冷卻曲線； f.加熱工藝:一階段加熱溫度<950°C，二階段加熱溫度控制在1220-1240°C，均熱段溫度控制在1200-1220°C，總加熱時間控制在5-6h左右； g.軋制工藝:一階段開軋溫度1020°C 1120°C，道次壓下量為35mm;二階段開軋溫度800-830°C，精軋道次壓下率≥15%，終軋溫度770 800°C ;控冷工藝要求入水溫度為7600C _780°C，返紅溫度控制在 600-630°C ; h.堆冷工藝:堆垛緩冷溫度不低於450°C，堆冷時間≥72小時； i.熱處理工藝:採用正火+快冷的熱處理工藝，正火溫度920±10℃,t=2.01^11/臟，水冷返紅溫度控制在560-580°C。
全文摘要
本發明公開了一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE，其化學成分及各成分的質量百分比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，其它為Fe和殘留元素。一種連鑄80mm厚度橋梁鋼Q420qE的生產方法包括KR鐵水預處理工藝、轉爐冶煉工藝、吹氬處理工藝、LF精煉工藝、VD精煉工藝等步驟，本發明通過合理的化學成分設計，LF+VD工藝來保證鋼質的潔淨度，採用高溫堆冷工藝可有效避免因快速冷卻產生的殘餘應力，同時可大大降低鋼板中氫的含量，充分實現熱擴散效果，改善鋼板探傷缺陷，並通過加熱、軋制及調質處理等工藝有效實施，成功地開發出了80mm高強度Q420qE鋼板。
文檔編號C21C7/00GK103160739SQ20131008338
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月16日 優先權日2013年3月16日
發明者唐鄭磊, 朱書成, 許少普, 劉慶波, 朱先興 申請人:南陽漢冶特鋼有限公司