屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼及生產方法

2023-09-15 23:23:00 1

專利名稱：屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼及生產方法
技術領域：
本發明涉及橋梁用鋼及其生產方法，具體地指屈服強度370MPa級的橋梁用鋼及其生產方法，確切地適用生產鋼板厚度彡80mm、屈服強度370MPa級的橋梁鋼及生產方法。
背景技術：
在2009年以前，我國橋梁鋼板交貨技術條件均是以國家標準GB/T714-2000為依據，其規定鋼板可允許的板厚效應值較大——16mm以下鋼板ReLMin值為370MPa，> 16^35mm鋼板RJiin值為355MPa，> 35mm鋼板I^Min值為330MPa。伴隨著時代發展、科技的進步，橋梁設計採用了更新、更科學的設計方法，設計整體向大跨度，輕型化發展，使得原本不參與整體受力的橋面板現在已被作為桁梁或箱梁受力的一個主要部分，並且每個工程都會根據自身建設特點提出更嚴格的指標要求，因此國家從2009年10月I日起，橋梁鋼板開始執行國家標準GB/T714-2008，該標準將鋼板可允許的板厚效應值進行了較大調整，調整後 為——50mm以下鋼板RJMin值為370MPa，> 50mm鋼板RJin值為360MPa，可以說其板厚效應幾乎為沒有，也因此，各大鋼鐵企業在實施新標準後其可生產得厚度規格較之前存在大幅萎縮，因為按照新標，對於50mm以上鋼板在原有工藝下，其Ri值很難合格，尤其是正火狀態交貨的厚板，這給企業帶來很大影響。因此改善橋梁鋼鋼板板厚效應勢在必行。目前，為保證厚板橋梁鋼的Ri值符合新標準的要求，鋼廠大多採用多加合金，以犧牲成本的方式來提高鋼板的強度指標，但其80mm鋼板要想達到370MPa必須經過調質處理，這無形中增加了企業的成本。經初步檢索，中國專利號為CN 101318287A的專利文獻，其公開了一種Q460MPa高強韌性橋梁用中厚鋼板的生產方法。該種方法的主要成分設計為O. 07、. 10%的C，O. 025 O. 045%的Nb, O. 060 0· 075%的V和O. 005 O. 015%的Ti，軋制工藝採用兩階段軋制，一階段軋制溫度為100(Γ1200 ，二階段軋制溫度為85(T890°C，終軋溫度為79(T810°C，軋後鋼板採取控冷，終冷溫度為61(T650°C，組織為鐵素體+珠光體。該專利所涉及的成分設計中採用了 Nb、V、Ti三種合金元素，且含量較高，尤其Nb含量，因此其生產製造成本過高；此外該專利中僅出示了 30mm鋼板的性能指標，且同厚度鋼板的強度差別最大達到45MPa，因此不能說明其沒有厚度效應。中國專利號為CN 102400055A的專利文獻，其公開了一種低成本屈強比可控高強度高韌性鋼板及其製造方法。該種方法的主要成分設計為c:0. 04 O. 10%、Mn :1. 2
2.0%、Si 0. I O. 5%,Nb :0. 02 O. 045%,Ti :0. 005 O. 025%,Cr :0. 4 I. 0%、Mo :0. 08
O.25%,Als :0. 010 O. 050%。軋制工藝採用兩階段軋制，二階段軋制溫度為70(T930°C，軋後鋼板採取控冷，終冷溫度為20(T250°C。首先該專利所涉及的成分設計中採用了 Nb、Ti、Cr、Mo四種合金元素，且需熱處理，因此其生產製造成本過高；其次該專利中的軋後終冷溫度為20(T25(TC，這不利於薄板板形控制，並且厚度會因溫度過低使得熱矯直機無法完成矯直，迫使一些沒有冷矯直機的生產廠無法生產；此外該方法生產的鋼板是鐵素體和貝氏體組織，同時板厚效應達到了 llOMPa。
中國專利號為CN 102337456A的專利文獻，其公開了一種厚規格橋梁鋼板及其軋制方法。該種方法的主要成分設計為C:0. 05 O. 10%、Mn :1. I I. 5%、Si :0. 25 O. 45%、S ·.( O. 010%,P :彡 O. 018%,Nb 0. 02 O. 055%,Ti 0. 006 O. 025%,V 0. 02 O. 06%。軋制工藝採用兩階段軋制，一階段軋制溫度為118(T123(TC，二階段軋制溫度為89(T920°C，終軋溫度為85(T900°C，ACC終冷溫度為54(T600°C，適用於生產6(Tl00mm厚鋼板。首先該專利所涉及的成分設計中採用了 Nb、V、Ti三種合金元素，且含量較高，因此其生產製造成本過高；其次該方法僅適用於6(Tl00mm厚鋼板，不具有規格覆蓋性。此外該方法生產的鋼板的板厚效應達到了 75MPa。

發明內容
本發明的目的是提供一種在滿足其值> 370MPa的前提下，化學成分簡單，生產 成本低，工藝簡單，在生產的板厚< 80mm範圍內的鋼板之間的屈服強度差值< 20MPa的無板厚效應的橋梁鋼及其生產方法。實現上述目的的措施
屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼，其組分及重量百分比含量為C :0. 10
O.16%, Si :0. 025 O. 50%, Mn :1. 20 I. 55%, P :彡 O. 015%, S :彡 O. 010%, Nb :0. 02 O. 05%,其餘為Fe及不可避免的夾雜。生產屈服強度為370MPa級無板厚效應的橋梁鋼的方法，其步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；
2)對鑄坯加熱，加熱溫度控制為1050 1250°C，加熱速率控制為9 llmm/min；
3)進行分段軋制控制粗軋終軋溫度不低於1050°C，末道次壓下量至少為20%;精軋溫度需根據板厚確定，即鋼板厚度在IOmm至小於25mm時，控制精軋開軋溫度在960 1000°C ；鋼板厚度在25mm至小於40mm時，控制精軋開軋溫度在910 950°C ;鋼板厚度在40mm至小於60mm時,控制精軋開軋溫度在880 900°C ;鋼板厚度在60 80mm時,控制精軋開軋溫度在850 870°C ；
4)進行冷卻，鋼板終冷溫度為500 700°C;根據板厚控制冷卻速度在鋼板厚度在IOmm至小於25mm時，控制冷卻速度在6± 1°C /S ;鋼板厚度在25mm至小於40mm時,控制冷卻速度在10±1°C /S ;鋼板厚度在40mm至小於60mm時，控制冷卻速度在13±1°C /S ;鋼板厚度在60 80mm時，控制冷卻速度在18±1°C /S ;
5)待用。本發明中各元素及主要工藝參數的作用及機理
元素方面
C :碳是鋼中主要的強度元素，增加碳可以大幅度提高鋼的強度，當含量超過O. 18%時，鋼的低溫韌性顯著惡化，因此控制在O. 10 O. 16%。Si :矽是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強化作用，當含量低於O. I時，冶煉難度加大；當含量超過O. 5%時，鋼的潔淨度降低，韌性和焊接性能下降，回火脆性增強，因此控制在O. 25 O. 50%。Mn :降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻的過冷度，細化珠光體組織，以及改善其力學性能，能明顯提高鋼的淬透性，但是含量高時，將降低鋼的低溫韌性，因此控制在I.(Tl. 55%。Nb:鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結晶溫度，擴大未再結晶區範圍，便於實現高溫軋制。鈮還可以抑制奧氏體晶粒長大，具有顯著地細晶強化和析出強化作用。Als :鋁是脫氧元素，可與N形成A1N，可細化晶粒，其含量不足O. 015%時，效果不佳，超過O. 05%時，脫氧作用趨於飽和，增加 鋼中夾雜物。因此控制在O. 015、. 040%。P :磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。S :硫元素增加鋼的熱脆性，硫含量高時，對焊接性能不利。主要工藝方面
粗軋工藝的確定1050°C以上為奧氏體再結晶溫度區間，因此粗軋終點溫度應不低於1050°C，控制粗軋階段末道次的壓下率不低於20%的目的是保證奧氏體的晶粒充分破碎，並在終軋溫度下可以保證破碎後的奧氏體的晶粒部充分長大。精軋工藝的確定根據不同的板厚度確定精軋開軋工藝，是保證不同鋼板厚度得到不同的晶粒細化等級，縮小薄板和厚板之間差距，即在相同精軋軋制工藝下，薄板總壓縮比較大，軋制晶粒本身較為細小強度固然較高，厚板總壓縮比小，晶粒細化不充分強度相對較低，因此對不同的板厚採取不同的精軋工藝，薄板採取高溫區軋制，使得軋後晶粒有一定的長達區間，厚板採取低溫軋制，控制晶粒長大，此外同樣會抑制Nb的固溶強化作用在厚板和薄板上的作用，使得薄板和厚板強度相近，減少板厚效益。冷卻工藝的確定該發明的方法是屬於一種低成本製造技術，鋼中僅有Nb合金，因此需要採取軋後加速冷卻，使在微合金的條件下得到較好的強度以符合要求。但不同的板厚對冷卻強度的敏感程度有較大差異，因薄板本身軋制強度相對偏高，因此需要採取弱冷水，其意義在於保證鋼板的衝擊，厚板採用強冷水，促使晶粒進一步細化，提高強度，縮小薄板和厚板的強度差。本發明與現有技術相比，其特點
1、本發明所生產鋼板厚度彡80mm橋梁鋼板的屈服強度至少為370MPa；
2、本發明鋼板冶煉時所添加的合金元素僅為Nb，且含量較少，導致生產成本較低；
3、本發明所生產的鋼板軋制工藝簡單，且易於控制；
4、本發明所生產的l(T80mm鋼板的屈服強度最大波動值彡20MPa，尤其5(T80mm鋼板的屈服強度波動值< 15MPa，幾乎無板厚效應。5、本發明所生產的鋼板因板厚效應極小，因此易於鋼板的加工使用，特別適用於不同鋼板的拼裝、焊接等加工方式，可以使得整體構建強度均勻、一致，安全性能更高。
具體實施例方式實施例I :生產的鋼板產品厚度為20毫米
其組分及重量百分比含量為c 0. 110%, Si 0. 34%, Mn 1. 28%, P :0. 013%, S O. 002%, Nb 0. 024%,餘量為Fe及不可避免的夾雜。生產步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1055 1065°C，加熱速率為9. 2mm/min ；3)進行軋制粗軋終軋溫度在107(Tl080°C，末道次壓下量為21%;由於鋼板產品厚度為20毫米，故精軋開軋在97(T980°C ；
4)進行冷卻，在冷卻速度為6°C/S下冷卻到505飛15°C ；
5)待用。進行檢測，屈服強度392MPa，抗拉強度551MPa，延伸率27. 5%，_20°C衝擊功246J，d=3a冷彎合格。實施例2 :生產的產品鋼板厚度為30毫米
其組分及重量百分比含量為c 0. 131 %、Si 0. 30%, Mn 1. 33%, P 0. 014%, S O.004%, Nb 0. 021%，餘量為Fe及不可避免的夾雜。其生產步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；
2)鑄坯加熱，加熱溫度在1095 1105°C，加熱速率為9.8mm/min ；
3)進行軋制粗軋終軋溫度在109(Tll00°C，末道次壓下量為23%由於鋼板產品厚度為30毫米，精軋開軋在915 925°C ；
4)進行冷卻，在冷卻速度為10°C/S下冷卻到585 595°C ；
5)待用。進行檢測，屈服強度398MPa，抗拉強度549MPa，延伸率25. 5%，_20°C衝擊功273J，d=3a冷彎合格。實施例3 :生產的產品鋼板厚度為44毫米
其組分及重量百分比含量為C 0. 129%, Si 0. 32%, Mn :1. 42%, P :0. 015%, S
O.003%, Nb 0. 023%，餘量為Fe及不可避免的夾雜。其生產步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為112f1130°C，加熱速率為10. 5mm/min ；
3)進行軋制粗軋終軋溫度在112(Tll30°C，末道次壓下量為22.5% ;由於鋼板產品厚度為44毫米，精軋開軋溫度在89(T900°C ；
4)進行冷卻，在冷卻速度為13°C/S下冷卻到585飛95°C ；
5)待用。進行檢測，屈服強度393MPa，抗拉強度555MPa，延伸率25. 5%，_20°C衝擊功273J，d=3a冷彎合格。實施例4 :鋼板產品厚度為60毫米
其組分及重量百分比含量為c為O. 144%,Si為O. 32%、Mn為I. 47%、P為O. 012%、S為O. 006%、Nb為O. 025%，餘量為Fe及不可避免的夾雜。其生產步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1185 1195°C，加熱速率為9. 8mm/min ；3)進行軋制粗軋終軋溫度在1125 1135°C，末道次壓下量為24%;由於鋼板產品厚度為60毫米，精軋開軋溫度在85(T860°C ；
4)進行冷卻，在冷卻速度為17°C/S下冷卻到585飛95°C ；
5)待用。進行檢測，屈服強度397MPa，抗拉強度560MPa，延伸率24%，_20°C衝擊功221J，d=3a冷彎合格。實施例5 :鋼板厚度為80毫米
其組分及重量百分比含量為c為O. 154%,Si為O. 35%、Mn為I. 46%、P為O. 015%、S為O. 003%、Nb為O. 024%，餘量為Fe及不可避免的夾雜。其生產步驟
O按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1235 1245°C，加熱速率為10.Wmin ；
3)進行軋制粗軋終軋溫度在1195 1205°C，末道次壓下量為26%;由於鋼板產品厚度為80毫米，精軋開軋溫度在86(T870°C ；
4)進行冷卻，在冷卻速度為19°C/S下冷卻到68(T690°C ；
5)待用。進行檢測，屈服強度401MPa，抗拉強度559MPa，延伸率25. 5%，_20°C衝擊功238J，d=3a冷彎合格。從上述的5個實施例中可以看出，厚度為20mm的鋼板屈服強度為392MPa，厚度為80mm的鋼板屈服強度為401MPa，兩者之間的差值僅有9 MPa。說明採用本發明生產的厚度在80mm範圍內的鋼板不存在厚度效應問題。其在使用時具有良好的焊接性能，且成型性穩定，不變形。對比例在相同化學成分下，採用4種產品鋼板厚度，即分別為22、32、50、64毫米，工藝採用現有工藝技術
化學成分
組分及重量百分比含量為C為O. 131%, Si為O. 33%、Mn為I. 42%、P為O. 013%、S為O. 005%, Nb為O. 026%，餘量為Fe及不可避免的夾雜。其生產步驟1)按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級；2)鑄坯加熱，均熱溫度為118(Tll93°C，加熱速率為
9.Γ10. 5mm/min ；3)進行軋制粗軋終軋溫度在105(Tll20°C，精軋開軋在900 1000。。；4)進行冷卻，冷卻速度為12°C /S ；
力學檢測結果
厚度為22mm的屈服強度441MPa，抗拉強度585MPa，延伸率21. 5%，_20°C衝擊功120J，d=3a冷彎合格。厚度為32mm的屈服強度420MPa，抗拉強度570MPa，延伸率22. 5%，_20°C衝擊功143 J，d=3a冷彎合格。·
厚度為50mm的屈服強度388MPa，抗拉強度553MPa，延伸率25. 5%，-20°C衝擊功176J，d=3a冷彎合格。
厚度為64mm的屈服強度372MPa，抗拉強度545MPa，延伸率29. 5%，_20°C衝擊功206J，d=3a冷彎合格。從對比例的4個不同厚度的鋼板力學檢測情況看，其最薄的22_的屈服強度為441MPa，最厚的64mm屈服強度為372MPa，兩者之間的差值達到69 MPa，最小的差值也大於15 MPa，足以說其對比例的鋼板厚度效應的存在。上述實施例僅為最佳例舉，而並非是對本發明的實施方式的限定。·
權利要求
1.屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼，其組分及重量百分比含量為C:0. 10 O. 16%, Si :0. 025 O. 50%, Mn :1. 20 I. 55%, P :彡 O. 015%, S :彡 O. 010%, Nb :0. 02 O. 05%,其餘為Fe及不可避免的夾雜。
2.生產如權利要求I所述的屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼的方法，其步驟 1)按照潔淨鋼工藝進行冶煉並連鑄成坯； 2)對鑄坯加熱，加熱溫度控制為1050 1250°C，加熱速率控制為9 llmm/min； 3)進行軋制控制粗軋終軋溫度不低於1050°C，末道次壓下量至少為20%;精軋溫度需根據板厚確定，即鋼板厚度在IOmm至小於25mm時,控制精軋開軋溫度在960 100(TC ;鋼板厚度在25mm至小於40mm時，控制精軋開軋溫度在910 950°C ;鋼板厚度在40mm至小於60mm時,控制精軋開軋溫度在880 900°C ;鋼板厚度在60 80mm時,控制精軋開軋溫度在850 870°C ； 4)進行冷卻，鋼板終冷溫度為500 700°C;根據板厚控制冷卻速度在鋼板厚度在IOmm至小於25mm時，控制冷卻速度在6± 1°C /S ;鋼板厚度在25mm至小於40mm時,控制冷卻速度在10±1°C /S ;鋼板厚度在40mm至小於60mm時，控制冷卻速度在13±1°C /S ;鋼板厚度在60 80mm時，控制冷卻速度在18±1°C /S ; 5)待用。
全文摘要
屈服強度370MPa級無板厚效應的橋梁鋼及生產方法，其組分及wt%為C0.10～0.16%，Si0.025～0.50%，Mn1.0～1.55%，P≤0.015%，S≤0.010%，Nb0.02～0.05%；生產步驟按潔淨鋼工藝冶煉並連鑄成坯；對鑄坯加熱；軋制；冷卻；待用。本發明合金元素添加少，軋制工藝簡單，且易於控制；所生產的10~80mm鋼板的屈服強度最大波動值≤20MPa，尤其50~80mm鋼板的屈服強度波動值≤15MPa，幾乎無板厚效應，易於加工使用，特別適用於不同鋼板的拼裝、焊接等加工方式，可以使得整體構建強度均勻、一致，安全性能更高。
文檔編號C22C38/12GK102936683SQ20121041940
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者洪君, 董漢雄, 王世森, 熊玉彰, 梁寶珠, 熊濤, 王建明, 王孝東, 餘宏偉, 李銀華, 陳勇, 餘愛華 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司