鋼及其生產方法

2023-05-15 23:26:31

專利名稱：鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼及其生產方法，特別涉及一種抗層狀撕裂的鋼及其生產方法。
背景技術：
層狀撕裂是一種內部沿軋向的應力開裂。一般來講，層狀撕裂與焊接接頭有關，在 T型、角型或十字型接頭的厚鋼板多道焊接件中易發生層狀撕裂。對於海洋結構、大型疊合梁結構、高層鋼結構的梁柱連接和箱形柱角部、懸索橋的吊杆板件和橋面板的十字接頭等構件，在焊接部位因為板厚方向的約束很大，焊接量又多，所以產生層狀撕裂的危險很大。 因此，對這類結構通常要採用能抵抗層狀撕裂的鋼板建造，以保證構件的安全性。隨著鐵路、公路、大跨度和大跨徑橋梁建設的快速發展，將會極大地刺激橋梁鋼結構需求的快速增長，而且大跨徑、重載、多線共用(公鐵、城市軌道、管道合用)橋梁的需求逐漸增加，對橋梁恆載的要求也隨之加大，尤其是抗層狀撕裂的高強橋梁鋼將陸續採用。在中國專利CN1609257A中，在鋼的成分設計方面採用極低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-AHr-RE或Ca中的兩種或兩種以上複合添加，採用熱機械控制軋制技術+弛豫-析出控制技術，生產一種以針狀鐵素體組織為主的耐候橋梁鋼，該鋼的屈服強度大於 490MPa,抗拉強度大於590MPa，-40°C衝擊能大於210J，綜合性能優異，不足之處在於添加了大量Cu-Cr-Ni-Mo-Nb貴重金屬，成本較高。在中國專利CN101403075A中，在鋼的成分設計方面採用低C高Mn，同時添加 Cu-Cr-Ni-Ti-Nb元素，採用熱機械控制軋制工藝，該鋼的屈服強度大於460MPa，抗拉強度大於590MPa，-40°C衝擊能大於100J，不足之處在於添加了大量Cu-Cr-Ni貴重金屬，成本較高，而且該發明僅在實驗室冶煉軋制，並未應用於工業化生產。在中國專利CN101333628A中，在鋼的成分設計方面採用低C高Mn，同時添加 Cu-Cr-Ni-Mo-Nb-Ti元素，採用熱機械控制軋制加回火工藝，該鋼的屈服強度大於430MPa， 抗拉強度大於550MPa，-40°C衝擊大於200J，不足之處在於添加了大量Cu-Cr-Ni-Mo貴重金屬，而且要進行回火熱處理，生產周期長，成本較高。此外，以上中國專利均未提及鋼板在抗層狀撕裂方面的性能指標。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠解決以上多個技術問題中的至少一個技術問題的鋼及其生產方法。根據本發明的鋼按重量計包含0. 12% 0. 17 %的C、0. 20% 0.50%的Si、 1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超過 0. 010 % 的 S、不超過 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008 % 0. 030 % 的 Ti、0. 010 % 0. 060 % 的 V、0. 10 % 0. 35 % 的 Ni、0. 015 % 0. 060%的AlS、不超過40X 1(Γ6的N、不超過40Χ 1(Γ6的0、不超過2Χ 1(Γ6的H，餘量為!^e 和不可避免的雜質，其中Als表示酸溶鋁。根據本發明的一方面，該鋼的C含量為0. 13% 0. 16%，Si含量為0.25% 0. 50%, Mn 含量為 1.20% 1.50%，S 含量為 0. 001% 0. 007%, P 含量為 0. 006 % 0. 015%，Nb 含量為 0. 010% 0. 055%，V 含量為 0. 015% 0. 055%, Ni 含量為 0. 10% 0. 30%, Als 含量為 0. 015% 0. 060%。根據本發明的一方面，該鋼的碳當量CEV = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 ( 0. 43%，這可明顯改善鋼板的焊接性能，避免鋼板發生焊接冷裂和熱裂的可能性，同時提高焊接部位的綜合性能。根據本發明的一方面，該鋼以鋼板的形式存在，該鋼板的下屈服強度不低於 460MPa，抗拉強度不低於570MPa，屈強比不高於0. 83，斷後伸長率不低於20%，-40°C縱向 AKv不低於120J，Z向斷面收縮率不低於35%。根據本發明的鋼的生產方法包括依次進行的鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF 精煉和RH真空循環脫氣。根據本發明的一方面，在鐵水預處理步驟中，將鐵水硫含量控制在0. 001 %
0.015%，鐵水溫度為1250°C 1320°C，脫硫完畢後扒淨鐵水表面的渣。根據本發明的一方面，在頂底復吹轉爐冶煉步驟中，預處理後的鐵水進入轉爐， 鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前1分鐘 5分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 3. 0 5. 0，終點壓槍時間為30秒 120秒，採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦加入量為1. 5 4. 5kg/
；出鋼時順鋼流加入脫硫劑2. 8 5. ^g/tfH，在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完；鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至3/4時加完，錳鐵為含錳75% 95 %的鐵合金，錳鐵的加入量為13 17kg/t ，矽鐵為含矽65 % 85 %的鐵合金，矽鐵的加入量為2. 0 6. Okg/t鋼，鈮鐵為含鈮50% 65%的鐵合金，鈮鐵的加入量為0. 3
1.，釩鐵為含釩45% 65%的鐵合金，釩鐵的加入量為0. 2 1.，鎳板為含鎳95% 99%的鐵合金，鎳板的加入量為1. 0 5. Okg/t鋼。根據本發明的一方面，在LF精煉步驟中，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬3 10分鐘，加入石灰進行造渣，採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣為黃白渣或白渣，且保持時間10分鐘 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0。根據本發明的一方面，在LF精煉步驟中，以0 0.量向鋼水加入鋁線， 以0. 32 1. 93kg/t鋼的量向鋼水加入鈦線。根據本發明的一方面，在RH真空循環脫氣步驟中，真空槽內的真空度為133Pa以下，RH處理時避免化學升溫，純脫氣時間為3分鐘 12分鐘，軟吹氬之前餵CaFe線0. 43
I.^kg/t鋼，軟吹氬8 18分鐘。根據本發明的一方面，該方法還包括對RH真空循環脫氣之後得到的鋼水進行板坯連鑄和軋制。根據本發明的一方面，在板坯連鑄步驟中，採用全程保護澆鑄，保護渣採用包晶鋼保護渣，單位時間內連鑄機二冷段噴出的水量與拉出的鑄坯重量的比值範圍為0. 3L/kg 0. 6L/kg，鋼坯堆垛緩冷M小時 72小時以後再送軋，包晶鋼保護渣按重量計包含25% 40% 的 Si02、28% 45% 的 Ca0、1.0% 7. 0 % 的 Mg0、2. 0 % 5. 0 % 的 Al203、3. 0 %
II.0%的 Li20+N￡i20+K20、2. 0% 8. 0%的 CaF2、3. 0% 11. 0%的 C。根據本發明的一方面，在軋制步驟中，鋼坯出爐溫度為1150°C 1210°C，鋼坯粗軋開軋溫度為1120°C 1180°C，終軋溫度為1050°C 1110°C，精軋開軋溫度為860°C 920°C，終冷溫度為650°C 700°C，冷卻速度為5°C /s 12°C /s，中間坯厚度不低於成品厚度的2倍。根據本發明的一方面，粗軋總壓縮比> 50%，中間坯厚度為成品厚度的2. 1倍 3. 5倍，終冷溫度為650°C 690°C，軋後鋼板緩冷M小時 36小時。根據本發明的一方面，軋制之後所得到的鋼板的下屈服強度不低於460MPa，抗拉強度不低於570MPa，屈強比不高於0. 83，斷後伸長率不低於20%，-40°C縱向AKv不低於 120J，Z向斷面收縮率不低於35%。因此，根據本發明一方面的鋼具備優異的抗層狀撕裂性能、抗低溫衝擊性能和抗震性能，能滿足現代橋梁工程建設對高性能橋梁鋼板的要求。


圖1是示例1得到的鋼板的金相組織照片；圖2是示例1得到的鋼板的掃描電鏡照片。
具體實施例方式根據本發明的鋼按重量計包含0. 12% 0. 17 %的C、0. 20% 0.50%的Si、 1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超過 0. 010 % 的 S、不超過 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008 % 0. 030 % 的 Ti、0. 010 % 0. 060 % 的 V、0. 10 % 0. 35 % 的 Ni、0. 015 %
0.060%的Als (酸溶鋁)、不超過40 X 10_6的N、不超過40 X IO"6的0、不超過2X 10_6的H， 餘量為Fe和不可避免的雜質。以下詳細描述本發明的鋼中的各元素的作用或不利影響及選取各元素的上述限
定量的理由。C是低碳鋼中最經濟的強化元素，但碳含量的增加使鋼的塑性和衝擊韌性降低，冷脆傾向性和時效傾向性提高，惡化焊接性能。建造鐵路橋梁需要進行大量的野外焊接工作， 施焊條件惡劣，這就要求橋梁鋼板具備良好的焊接性能，應儘可能降低碳含量以避免碳當量超標。但是，降碳的同時必須額外增加其它貴重的微合金含量才能保證鋼板強度，這就造成成本大幅度增加。經過綜合考慮，將C的適宜量控制在0. 12% 0. 17%。Si進入鐵素體起固溶強化作用，降低屈強比，但Si會顯著地提高鋼的韌脆轉變溫度，同時也會惡化塑性。因此，將Si的適宜量控制在0.20% 0.50%。Mn能夠降低臨界轉變溫度Ar3，細化珠光體片層結構，起到提高鋼中鐵素體和珠光體的強度和硬度的作用。由於錳和硫具有較大的親和力，MnS在高溫時有一定的塑性， 所以避免了鋼的熱脆，但過高的Mn會影響鋼板的焊接性能，也會加劇鑄坯的中心偏析，造成產品帶狀組織嚴重，進而影響到抗層狀撕裂性能。因此，Mn的適宜量控制在1. 15%
1.55%。當S以FeS的形式存在於鋼中，含量高時易產生熱脆現象。當S以MnS的形式存在於鋼中時，常以條狀形態沿軋制方向分布，形成嚴重的帶狀組織，破壞了鋼的連續性，對鋼材不同方向的性能也會產生重要影響，降低鋼的塑性和衝擊韌性，提高韌脆轉變溫度，對於要求抗層狀撕裂性能的鋼種而言，還會降低Z向斷面收縮率，增加了鋼板發生層狀撕裂的可能性。因此，降低硫含量和改變其在鋼中的夾雜物形態是獲得高韌性及優良Z向性能的至關重要的途徑，其適宜量控制在0.010%以下。P屬於低溫脆性元素，P顯著擴大液相和固相之間的兩相區，在鋼凝固過程中偏析於晶粒之間，形成高磷脆性層，提高帶狀組織的級別，使鋼的局部組織異常，造成機械性能不均勻，降低鋼的塑性，使鋼易產生脆性裂紋，抗腐蝕性下降，對焊接性能也有不利影響，增加焊接裂紋敏感性。因此，應儘可能降低磷在鋼中的含量，P的適宜量控制在0.020%以下。Nb能產生顯著的晶粒細化作用和中等的沉澱強化作用。在控軋微合金鋼中，Nb 的細化晶粒和析出強化作用最為突出，每添加0. 01%的Nb，可提高鋼的常溫強度30MPa 50MPa,所以加Nb是最為經濟有效的手段之一。但當Nb含量過高時，易與i^e、C等元素形成低熔點共晶物，有增加焊接熱影響區熱裂紋的傾向。綜合各方面因素，為充分發揮Nb的細晶和沉澱強化作用，Nb的適宜量控制在0. 010% 0. 060%。Ti與C、N都有極強的親和力。在鋼液凝固過程中形成大量彌散分布的TiC顆粒，可以成為鋼液凝固時的固體晶核，有利於鋼的結晶，細化鋼的組織，減少粗大柱狀晶和樹枝狀組織的生成，可減少偏析，降低帶狀組織級別。當鋼中[N]含量較高時，易產生氮化物沿晶界析出使晶界脆化，會促進含Nb鋼鑄坯橫向裂紋的形成，但若能將[N]含量控制在0. 004% 以下或加入固定N的微量Ti，在1200°C 1300°C高溫下即可析出TiN顆粒，由於顆粒粗大且零散分布，對鋼的塑性沒有不良影響，並且可以作為Nb(C，N)的析出核心，從而減少微細 Nb析出物的數量，進而降低含Nb鋼的裂紋敏感性。Ti可形成細小的鈦的碳化物、氮化物顆粒，在板坯加熱過程中通過阻止奧氏體晶粒的粗化而得到較為細小的奧氏體顯微組織。Ti 與N結合生成穩定的高彌散化合物，不但可以消除鋼中自由氮，對改善橋梁鋼的時效衝擊性能有幫助，而且能在熱加工過程和焊接時的熱影響區中控制晶粒尺寸，改善鋼結構各部位的低溫韌性，但過多的鈦含量會引起TiN液析，形成粗大的方形TiN夾雜，偏析在鋼板厚度中心部位既惡化低溫韌性，對Z向性能也會產生不利的影響。綜合各方面因素，Ti的適宜量控制在0. 008 % 0. 030 %。V以V(C，N)形式存在於基體和晶界上，主要起到沉澱強化和抑制晶粒長大的作用。由於釩和氮有很強的親和力，V的加入起到了固定鋼中自由N的作用，從而能夠避免鋼的應變時效性。本申請的發明人經大量研究發現，15MnVN鋼隨著鋼板厚度的增加，機械性能變化不顯著，即板厚效應不顯著，這是由於鋼中合金元素V與C、N形成穩定的V(C，N)，在正火過程中V(C，N)固溶，隨後在自然冷卻過程中析出V(C，N)，呈均勻彌散質點，強烈地細化晶粒和沉澱作用，從而使鋼板厚度敏感性減少，這正是橋梁用結構鋼需要的特點。另一方面，V在起著強烈的沉澱強化效果的同時，也會提高鋼的韌脆轉變溫度，惡化衝擊韌性。綜合考慮，V的適宜量控制在0. 010% 0. 060%。M通過形成簡單的置換固溶體起著強化鐵素體的作用，可提高鋼的強度，同時M 是奧氏體穩定元素，可顯著提高鋼的耐低溫衝擊韌性。但是，M板價格相對比較昂貴，考慮到成本因素，Ni的適宜量控制在0. 10% 0.35%。Al能細化鋼的晶粒，提高鋼的強度，同時也提高衝擊韌性。由於Al和N較強的親和力，還可消除N元素造成的時效敏感性。因此，Al的適宜量控制在0.015% 0.060%。為了改善鋼的性能，根據本發明的鋼按重量計可包含0. 13% 0. 16%的C、 0. 25% 0. 50%的 Si、l. 20% 1. 50%的 Μη、0. 001% 0. 007%的 S、0. 006% 0. 015% 的 P、0. 010% 0. 055%的 Nb、0. 008% 0. 030%的 Ti、0. 015% 0. 055%的 V、0. 10% 0. 30%的Ni、0. 015% 0. 060%的Als、不超過40X10—的N、不超過40X10—的0、不超過 2X10_6的H，餘量為！^和不可避免的雜質。 根據本發明的鋼可以以鋼板的形式存在。所述鋼板的下屈服強度不低於460MPa， 抗拉強度不低於570MPa，屈強比不高於0. 83，斷後伸長率不低於20%，-40°C縱向AKv不低於120J，Z向斷面收縮率不低於35%。該鋼板不需要熱處理，組織均勻、各項性能優異，滿足一級探傷要求，能滿足高速複線鐵路橋梁的製造要求，也可推廣用於建築、交通、海洋平臺等工程結構。 下面描述根據本發明的鋼的生產方法。可通過依次進行的鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、RH真空循環脫氣工藝來獲得根據本發明的鋼。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，鐵水預處理是指鐵水脫硫，使得鐵水中的硫控制在0. 001% 0. 015%，鐵水適宜溫度控制在1250°C 1320°C，脫硫完畢後扒淨鐵水表面的渣。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，頂底復吹轉爐冶煉是預處理後的鐵水進入轉爐，鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前1分鐘 5分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 3. 0 5. 0，終點壓槍時間為30秒 120秒。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，採用鋁錳鈦脫氧，鋁錳鈦加入量為1. 5 4. ^g/tffl。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，出鋼時順鋼流加入脫硫劑2. 8 5. ^cg/tffl，在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完；鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至3/4時加完。脫硫劑可為含CaO 83 % 95 %的一種脫硫渣料。錳鐵可以為含錳75 % 95 %的鐵合金，錳鐵的加入量可為13 17kg/tffl。矽鐵可以為含矽65% 85%的鐵合金，矽鐵的加入量可為2. 0 6. 0kg/tffl。鈮鐵可以為含鈮50% 65%的鐵合金，鈮鐵的加入量可為 0. 3 1. lkg/t·釩鐵可以為含釩45% 65%的鐵合金，釩鐵的加入量可為0. 2 1. Okg/ t鋼。鎳板可以為含鎳95% 99%的鐵合金，鎳板的加入量可為1. 0 5. Okg/t鋼。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，LF精煉採用全程底吹氬攪拌，根據實際情況加入石灰進行造渣，採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣為黃白渣或白渣，且保持時間10分鐘 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0，軟吹氬3 10分鐘。在LF精煉過程中，本領域技術人員可根據實際需要調節鋁線、鈦線的加入量。優選地，鋁線的加入量為0 0. 92kg/t鋼，鈦線的加入量為0. 32 1. 93kg/t鋼。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，RH真空循環脫氣採用本處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間為3分鐘 12分鐘，軟吹氬之前餵CaFe線 0. 43 lJ8kg/tffl，軟吹氬8 18分鐘。所述的本處理模式為RH真空處理時，真空槽內的真空度為133Pa以下。在根據本發明的鋼以鋼板的形式存在的情況下，根據本發明的鋼的生產方法還包括板坯連鑄和軋制的步驟。在板坯連鑄步驟中，採用全程保護澆鑄，保護渣採用包晶鋼保護渣，二冷水採用弱冷模式，鋼坯堆垛緩冷M小時 72小時以後再送軋。所述包晶鋼保護渣按重量計包含25% 40% 的 Si02、28% 45% 的 Ca0、l. 0% 7. 0% 的 Mg0、2. 0% 5. 0% 的 A1203、3. 0% 11. 0% 的 Li20+N￡i20+K20、2. 0% 8. 0% 的 CaF2、3. 0% 11. 0% 的 C。所述弱冷模式是指單位時間內連鑄機二冷段噴出的水量與拉出的鑄坯重量的比值範圍為0. 3L/kg 0.6L/kg。在軋制步驟中，控制軋制溫度如下鋼坯出爐溫度為1150°C 1210°C，鋼坯粗軋開軋溫度為1120°C 1180°C，終軋溫度為1050°C 1110°C，粗軋總壓縮比> 50%，中間坯厚度不低於成品厚度的2倍，精軋開軋溫度為860°C 920°C，終冷溫度為650°C 700°C， 冷卻速度為5°C /s 12°C /s，軋後鋼板緩冷M小時 36小時。在根據本發明的鋼的生產方法的一個實施例中，4300mm寬厚板軋制是採用二階段軋制，粗軋和精軋軋制採用四輥可逆式軋機。在該實施例中，鋼坯出爐溫度為1150°C 1210°C，粗軋總壓縮比> 50%，且至少保證1個道次壓下率不低於14%，當成品規格為 20 68mm時，中間坯厚度為成品厚度的2. 1 3. 5倍，精軋開軋溫度為860°C 920°C，終冷溫度為650°C 690°C，冷卻速度為5°C /s 12°C /s。因此，本發明提供了一種經濟型低合金高強度鋼，適用於建造服役條件異常惡劣的橋梁結構。與現有技術相比，本發明具有如下優點中的至少一個優點(1)本發明提供了抗層狀撕裂高性能橋梁結構用鋼板成分的精確控制範圍，成分設計簡單，不添加Cu-Cr-Mo-Zr-RE等貴重金屬，成本低廉；(2)本發明涉及到的鋼板採用熱機械控制軋制技術進行生產，不需要熱處理工序， 縮短了生產周期，降低了生產成本，並且克服了鋼板規格受熱處理爐限制的不足；(3)本發明的鋼具有極佳的強韌性匹配，優異的抗層狀撕裂性能以及優良的抗震性能，同時具有優異的焊接性能，可進行埋弧焊、手工焊和氣體保護焊。綜上所述，本發明的鋼的綜合力學性能優越，不易斷裂和破壞，使用安全可靠，能滿足高速複線鐵路橋梁的製造要求，也可推廣用於建築、交通、海洋平臺等工程結構。下面結合示例對根據本發明的鋼及其生產方法做進一步的說明，但是本發明的鋼及其生產方法不限於此。示例 1 該示例中的鋼用於橋梁，其按重量計包含0. 16^^9(^0.48 ^^ Si、l. 47%的Mn、 0. 004% 的 S、0. 012% 的 P、0. 050% 的 Nb、0. 021% 的 Ti、0. 052% 的 V、0. 18% 的 Ni、0. 032% 的AlS、不超過40X 1(Γ6的N、不超過40Χ 1(Γ6的0和不超過2Χ 1(Γ6的H，餘量為!^e和不可
避免的雜質。該鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、 4300mm寬厚板軋制、成品緩冷來生產。操作步驟如下鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水中的硫控制在0. 008%，溫度為1250°C，脫硫完畢扒淨鐵水表面的渣。預處理後的鐵水進入轉爐，鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前3分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 4. 0，終點壓槍時間為69秒。採用鋁錳鈦脫氧，加入鋁錳鈦2. 5kg/tiHo出鋼時順鋼流加入上面所述的脫硫劑2. mig/tffl，加入時機在放鋼1/2 時開始加入至3/4時加完。鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至 3/4時加完。轉爐冶煉後的鋼水進入LF精煉爐，根據實際情況加入石灰進行造渣，黃白渣或白渣保持時間為13分鐘，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬氣5分鐘，終渣鹼度為3. 9，鋁線加入量為0. 45kg/tffl，鈦線加入量為0. 96kg/tffl。經過LF精煉後的鋼水進入RH精煉爐，RH精煉採用本處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間為5分鐘，軟吹氬氣10分鐘，軟吹氬之前加入CaFe線1. 10kg/t ，冶煉周期控制在50分鐘。採用全程保護澆注，保護渣採用包晶鋼保護渣。二冷水採用弱冷模式，連鑄坯規格為300mmX 1800mm,設定穩定期拉速為0. 85m/min,比水量0. 40L/kg。要求探傷的鋼坯堆垛緩冷48小時以後再送軋。控制軋制溫度，保證在規定的溫度區間進行軋制，鋼坯出爐溫度1150-1200°C，粗軋開軋溫度為 1140°C，終軋溫度為1070°C，粗軋總壓縮比> 50%，中間坯厚度為140mm ；成品規格68mm，精軋開軋溫度為860°C，終冷溫度為650°C，冷卻速度為10°C /s，軋後鋼板緩冷36小時。該示例得到的鋼板的性能如下下屈服強度為475MPa，抗拉強度為600MPa，屈強比為0. 79，斷後伸長率為23%，180度冷彎d = 3a合格，-40°C縱向AKv為191J，Z向斷面收縮率為60%。示例 2 該示例中的鋼用於橋梁，其按重量計包含0. 15^^9(^0.40 ^^ Si、1.43%的Mn、 0. 005% 的 S、0. 013% 的 P、0. 042% 的 Nb、0. 023% 的 Ti、0. 042% 的 V、0. 15% 的 Ni、0. 033% 的Als、不超過40 X 1(Γ6的N、不超過40Χ1(Γ6的0、不超過2Χ1(Γ6的H，餘量為！^和不可避
免的雜質。該鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、 4300mm寬厚板軋制、成品緩冷來生產。操作步驟如下鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水中的硫控制在0. 005 %，溫度為1267°C，脫硫完畢扒淨鐵水表面的渣。預處理後的鐵水進入轉爐，鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前4分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 2. 0，終點壓槍時間為80秒。採用鋁錳鈦脫氧，加入鋁錳鈦2. 8kg/tiHo出鋼時順鋼流加入上面所述的脫硫劑3. Ag/tffl，加入時機在放鋼1/2 時開始加入至3/4時加完。鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至 3/4時加完。轉爐冶煉後的鋼水進入LF精煉爐，根據實際情況加入石灰進行造渣，黃白渣或白渣保持時間為20分鐘，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬氣8分鐘，終渣鹼度為3. 0，鋁線加入量為0. 21kg/tffl，鈦線加入量為1. 73kg/tffl。經過LF精煉後的鋼水進入RH精煉爐，RH 精煉採用本處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間為9分鐘，軟吹氬氣18分鐘，軟吹氬之前加入CaFe線0. 89kg/tffl，冶煉周期控制在60分鐘。採用全程保護澆注，保護渣採用包晶鋼保護渣。二冷水採用弱冷模式，連鑄坯規格為300mmX 1800mm,設定穩定期拉速為0. 85m/min,比水量0. 48L/kg。要求探傷的鋼坯堆垛緩冷48小時以後再送軋。控制軋制溫度，保證在規定的溫度區間進行軋制，鋼坯出爐溫度1150-1200°C，粗軋開軋溫度為 1120°C，終軋溫度為1057°C，粗軋總壓縮比> 50%，中間坯厚度為132mm ；成品規格50mm，精軋開軋溫度為880°C，終冷溫度為670°C，冷卻速度為8°C /s，軋後鋼板緩冷36小時。該示例得到的鋼板的性能如下下屈服強度為515MPa，抗拉強度為635MPa，屈強比為0. 81，斷後伸長率為，180度冷彎d = 3a合格，-40°C縱向AKv為176J，Z向斷面收縮率為65%。示例 3 該示例中的鋼用於橋梁，其按重量計包含0. 13%的C、0.的Si、l. 的Mn、 0. 005% 的 S、0. 010% 的 P、0. 017% 的 Nb、0. 024% 的 Ti、0. 021% 的 V、0. 10% 的 Ni、0. 025% 的Als、不超過40 X 1(Γ6的N、不超過40Χ1(Γ6的0、不超過2Χ1(Γ6的H，餘量為！^和不可避免的雜質。該鋼通過鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、 4300mm寬厚板軋制、成品緩冷來生產。操作步驟如下鐵水脫硫嚴格執行工藝規程，鐵水中的硫控制在0. 013 %，溫度為1310°C，脫硫完畢扒淨鐵水表面的渣。預處理後的鐵水進入轉爐，鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前3分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 4. 5，終點壓槍時間為91秒。採用鋁錳鈦脫氧，加入鋁錳鈦3. 0kg/tiHo出鋼時順鋼流加入上面所述的脫硫劑4. 4kg/tiH,加入時機在放鋼1/2 時開始加入至3/4時加完。鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至 3/4時加完。轉爐冶煉後的鋼水進入LF精煉爐，根據實際情況加入石灰進行造渣，黃白渣或白渣保持時間為30分鐘，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬氣8分鐘，終渣鹼度為2. 2，鋁線加入量為0. 81kg/tffl，鈦線加入量為0. 43kg/tffl。經過LF精煉後的鋼水進入RH精煉爐，RH 精煉採用本處理模式。RH處理時避免化學升溫，確保純脫氣時間為12分鐘，軟吹氬氣8分鐘，軟吹氬之前加入CaFe線0. 50kg/tffl，冶煉周期控制在55分鐘。採用全程保護澆注，保護渣採用包晶鋼保護渣。二冷水採用弱冷模式，連鑄坯規格為200mmX 1800mm,設定穩定期拉速為1. 3m/min,比水量0. 55L/kg。要求探傷的鋼坯堆垛緩冷M小時以後再送軋。控制軋制溫度，保證在規定的溫度區間進行軋制，鋼坯出爐溫度1150-1200°C，粗軋開軋溫度為 1180°C，終軋溫度為llOrC，粗軋總壓縮比> 50%，中間坯厚度為70mm ；成品規格20mm，精軋開軋溫度為920°C，終冷溫度為690°C，冷卻速度為6°C /s，軋後鋼板緩冷M小時。該示例得到的鋼板的性能如下下屈服強度為480MPa，抗拉強度為623MPa，屈強比為0. 77，斷後伸長率為22%，180度冷彎d = 3a合格，-40°C縱向AKv為189J，Z向斷面收縮率為63%。對示例1的高性能橋梁用鋼板進行微觀組織研究，其金相組織照片和掃描電鏡照片分別見圖1和圖2。從圖1中可以看出，示例1的鋼板的金相組織為典型的鐵素體加珠光體組織，鐵素體晶粒較細，帶狀較輕。從圖2中可以看出，示例1的鋼板的珠光體片層細密， 晶粒細小。這主要歸因於合理的成分設計和熱機械控制軋制工藝，充分發揮了 Nb-V-Ti的細晶強化效應和析出強化效應，同時配合鐵素體基體內的位錯結構提供的位錯強化作用。 上述幾種強化效應的綜合作用，保證了本發明的鋼板獲得了優異的強韌性匹配和抗層狀撕裂等性能。
權利要求
1.一種鋼，其特徵在於所述鋼按重量計包含0. 12% 0. 17%的(、0.20% 0.50%的 Si、1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超過 0. 010 % 的 S、不超過 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008% 0. 030%的 Ti、0. 010% 0. 060%的 V、0. 10% 0. 35%的 Ni、0. 015% 0. 060 %的AlS、不超過40 X 1(Γ6的N、不超過40 X 1(Γ6的0、不超過2 X 1(Γ6的H，餘量為!^e 和不可避免的雜質，其中Als表示酸溶鋁。
2.根據權利要求1所述的鋼，其特徵在於所述鋼的C含量為0.13% 0. 16%，Si含量為0. 25% 0. 50%，Μη含量為1. 20% 1. 50%，S含量為0. 001% 0. 007%，P含量為 0. 006% 0. 015%, Nb 含量為 0. 010% 0. 055%, V 含量為 0. 015% 0. 055%, Ni 含量為 0. 10% 0. 30%, Als 含量為 0. 015% 0. 060%。
3.根據權利要求1所述的鋼，其特徵在於所述鋼的碳當量CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 彡 0. 43%。
4.根據權利要求1所述的鋼，所述鋼以鋼板的形式存在，所述鋼板的下屈服強度不低於460MPa，抗拉強度不低於570MPa，屈強比不高於0. 83，斷後伸長率不低於20%，-40°C縱向AKv不低於120J，Z向斷面收縮率不低於35%。
5.一種根據權利要求1至權利要求3中的任一權利要求所述的鋼的生產方法，其特徵在於所述方法包括依次進行的鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉和RH真空循環脫氣。
6.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於在鐵水預處理步驟中，將鐵水硫含量控制在0. 001% 0. 015%，鐵水溫度為1250°C 1320°C，脫硫完畢後扒淨鐵水表面的渣。
7.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於在頂底復吹轉爐冶煉步驟中，預處理後的鐵水進入轉爐，鎳板隨廢鋼鬥一起加入轉爐，造渣料於終點前1分鐘 5分鐘加完，終渣鹼度控制在R = 3. 0 5. 0，終點壓槍時間為30秒 120秒，採用鋁錳鈦脫氧， 鋁錳鈦加入量為1. 5 4. 5kg/t鋼；出鋼時順鋼流加入脫硫劑2. 8 5. ^g/tffl，在放鋼1/2時開始加入至3/4時加完；鋼水出至1/4時，分批加入錳鐵、矽鐵、鈮鐵和釩鐵，鋼水出至3/4時加完，脫硫劑是含CaO 83 % 95 %的脫硫渣料，錳鐵為含錳75 % 95 %的鐵合金，錳鐵的加入量為13 17kg/t鋼，矽鐵為含矽65% 85%的鐵合金，矽鐵的加入量為2. 0 6. Okg/t 鋼，鈮鐵為含鈮50 % 65 %的鐵合金，鈮鐵的加入量為0. 3 1. lkg/t鋼，釩鐵為含釩45 % 65%的鐵合金，釩鐵的加入量為0. 2 1. Okg/t ，鎳板為含鎳95% 99%的鐵合金，鎳板的加入量為1.0 5. Okg/t鋼。
8.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於在LF精煉步驟中，採用全程底吹氬攪拌，軟吹氬3 10分鐘，加入石灰進行造渣，採用鋁粒脫氧劑進行脫氧，出站前頂渣為黃白渣或白渣，且保持時間10分鐘 30分鐘，終渣鹼度控制在2. 0 4. 0。
9.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於在LF精煉步驟中，以0 0.92kg/t 的量向鋼水加入鋁線，以0. 32 1. 93kg/t·的量向鋼水加入鈦線。
10.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於在RH真空循環脫氣步驟中，真空槽內的真空度為133Pa以下，RH處理時避免化學升溫，純脫氣時間為3分鐘 12分鐘，軟吹氬之前餵CaFe線0. 43 1. ^kg/t鋼，軟吹氬8 18分鐘。
11.根據權利要求5所述的生產方法，其特徵在於還包括對RH真空循環脫氣之後得到的鋼水進行板坯連鑄和軋制。
12.根據權利要求11所述的生產方法，其特徵在於在板坯連鑄步驟中，採用全程保護澆鑄，保護渣採用包晶鋼保護渣，單位時間內連鑄機二冷段噴出的水量與拉出的鑄坯重量的比值範圍為0. 3L/kg 0. 6L/kg，鋼坯堆垛緩冷M小時 72小時以後再送軋，所述包晶鋼保護渣按重量計包含25% 40%的Si02J8% 45%的Ca0、l. 0% 7. 0%的MgO、 2. 0 % 5. 0 % 的 Al203、3. 0 % 11. 0 % 的 Li20+N￡i20+K20、2. 0 % 8. 0 % 的 CaF2、3. 0 % 11. 0%的 C。
13.根據權利要求11所述的生產方法，其特徵在於在軋制步驟中，鋼坯出爐溫度為 1150°C 1210°C，鋼坯粗軋開軋溫度為1120°C 1180°C，終軋溫度為1050°C 1110°C，精軋開軋溫度為860°C 920°C，終冷溫度為650°C 700°C，冷卻速度為5°C /s 12°C /s,中間坯厚度不低於成品厚度的2倍。
14.根據權利要求13所述的生產方法，其特徵在於粗軋總壓縮比>50%，中間坯厚度為成品厚度的2. 1倍 3. 5倍，終冷溫度為650°C 690°C，軋後鋼板緩冷M小時 36小時。
15.根據權利要求14所述的生產方法，其特徵在於軋制之後所得到的鋼板的下屈服強度不低於460MPa，抗拉強度不低於570MPa，屈強比不高於0. 83，斷後伸長率不低於 20%，-40°C縱向AKv不低於120J，Z向斷面收縮率不低於35%。
全文摘要
本發明提供了一種鋼及其生產方法。該鋼按重量計包含0.12％～0.17％的C、0.20％～0.50％的Si、1.15％～1.55％的Mn、不超過0.010％的S、不超過0.020％的P、0.010％～0.060％的Nb、0.008％～0.030％的Ti、0.010％～0.060％的V、0.10％～0.35％的Ni、0.015％～0.060％的Als、不超過40×10-6的N、不超過40×10-6的O、不超過2×10-6的H，餘量為Fe和不可避免的雜質，其中Als表示酸溶鋁。該鋼的生產方法包括依次進行的鐵水預處理、頂底復吹轉爐冶煉、LF精煉和RH真空循環脫氣。根據本發明一方面的鋼具備優異的抗層狀撕裂性能、抗低溫衝擊性能和抗震性能，能滿足現代橋梁工程建設對高性能橋梁鋼板的要求。
文檔編號C21C7/10GK102206788SQ20111012343
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者劉菲, 周平, 李燦明, 杜航, 楊建勳, 王建景, 薛孝存 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司