CN102936683B

CN102936683B - 屈服强度370MPa级无板厚效应的桥梁钢及生产方法

Info

Publication number: CN102936683B
Application number: CN201210419403.0A
Authority: CN
Inventors: 洪君; 董汉雄; 王世森; 熊玉彰; 梁宝珠; 熊涛; 王建明; 王孝东; 余宏伟; 李银华; 陈勇; 余爱华
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN102936683A

Abstract

屈服强度370MPa级无板厚效应的桥梁钢及生产方法，其组分及wt%为：C：0.10～0.16%，Si：0.025～0.50%，Mn：1.0～1.55%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.02～0.05%；生产步骤：按洁净钢工艺冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；轧制；冷却；待用。本发明合金元素添加少，轧制工艺简单，且易于控制；所生产的10~80mm钢板的屈服强度最大波动值≤20MPa，尤其50~80mm钢板的屈服强度波动值≤15MPa，几乎无板厚效应，易于加工使用，特别适用于不同钢板的拼装、焊接等加工方式，可以使得整体构建强度均匀、一致，安全性能更高。

Description

屈服强度370MPa级无板厚效应的桥梁钢及生产方法

技术领域

本发明涉及桥梁用钢及其生产方法，具体地指屈服强度370MPa级的桥梁用钢及其生产方法，确切地适用生产钢板厚度≤80mm、屈服强度370MPa级的桥梁钢及生产方法。

背景技术

在2009年以前，我国桥梁钢板交货技术条件均是以国家标准GB/T714-2000为依据，其规定钢板可允许的板厚效应值较大——16mm以下钢板R_eLMin值为370MPa，＞16~35mm钢板R_eLMin值为355MPa，＞35mm钢板R_eLMin值为330MPa。伴随着时代发展、科技的进步，桥梁设计采用了更新、更科学的设计方法，设计整体向大跨度，轻型化发展，使得原本不参与整体受力的桥面板现在已被作为桁梁或箱梁受力的一个主要部分，并且每个工程都会根据自身建设特点提出更严格的指标要求，因此国家从2009年10月1日起，桥梁钢板开始执行国家标准GB/T714-2008，该标准将钢板可允许的板厚效应值进行了较大调整，调整后为——50mm以下钢板R_eLMin值为370MPa，＞50mm钢板R_eLMin值为360MPa，可以说其板厚效应几乎为没有，也因此，各大钢铁企业在实施新标准后其可生产得厚度规格较之前存在大幅萎缩，因为按照新标，对于50mm以上钢板在原有工艺下，其R_eL值很难合格，尤其是正火状态交货的厚板，这给企业带来很大影响。因此改善桥梁钢钢板板厚效应势在必行。

目前，为保证厚板桥梁钢的R_eL值符合新标准的要求，钢厂大多采用多加合金，以牺牲成本的方式来提高钢板的强度指标，但其80mm钢板要想达到370MPa必须经过调质处理，这无形中增加了企业的成本。

经初步检索，中国专利号为CN 101318287A的专利文献，其公开了一种Q460MPa高强韧性桥梁用中厚钢板的生产方法。该种方法的主要成分设计为0.07~0.10%的C，0.025~0.045%的Nb，0.060~0.075%的V和0.005~0.015%的Ti，轧制工艺采用两阶段轧制，一阶段轧制温度为1000~1200℃，二阶段轧制温度为850~890℃，终轧温度为790~810℃，轧后钢板采取控冷，终冷温度为610~650℃，组织为铁素体+珠光体。该专利所涉及的成分设计中采用了Nb、V、Ti三种合金元素，且含量较高，尤其Nb含量，因此其生产制造成本过高；此外该专利中仅出示了30mm钢板的性能指标，且同厚度钢板的强度差别最大达到45MPa，因此不能说明其没有厚度效应。

中国专利号为CN 102400055A的专利文献，其公开了一种低成本屈强比可控高强度高韧性钢板及其制造方法。该种方法的主要成分设计为C:0.04～0.10%、Mn：1.2～2.0%、Si：0.1～0.5%、Nb：0.02～0.045%、Ti：0.005～0.025%、Cr：0.4～1.0%、Mo：0.08～0.25%、Als：0.010～0.050%。轧制工艺采用两阶段轧制，二阶段轧制温度为700~930℃，轧后钢板采取控冷，终冷温度为200~250℃。首先该专利所涉及的成分设计中采用了Nb、Ti、Cr、Mo四种合金元素，且需热处理，因此其生产制造成本过高；其次该专利中的轧后终冷温度为200~250℃，这不利于薄板板形控制，并且厚度会因温度过低使得热矫直机无法完成矫直，迫使一些没有冷矫直机的生产厂无法生产；此外该方法生产的钢板是铁素体和贝氏体组织，同时板厚效应达到了110MPa。

中国专利号为CN 102337456A的专利文献，其公开了一种厚规格桥梁钢板及其轧制方法。该种方法的主要成分设计为C:0.05～0.10%、Mn：1.1～1.5%、Si：0.25～0.45%、S：≤0.010%、P：≤0.018%、Nb：0.02～0.055%、Ti：0.006～0.025%、V：0.02～0.06%。轧制工艺采用两阶段轧制，一阶段轧制温度为1180~1230℃，二阶段轧制温度为890~920℃，终轧温度为850~900℃，ACC终冷温度为540~600℃，适用于生产60~100mm厚钢板。首先该专利所涉及的成分设计中采用了Nb、V、Ti三种合金元素，且含量较高，因此其生产制造成本过高；其次该方法仅适用于60~100mm厚钢板，不具有规格覆盖性。此外该方法生产的钢板的板厚效应达到了75MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种在满足其R_eL值≥370MPa的前提下，化学成分简单，生产成本低，工艺简单，在生产的板厚≤80mm范围内的钢板之间的屈服强度差值≤20MPa的无板厚效应的桥梁钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

屈服强度370MPa级无板厚效应的桥梁钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.16%，Si：0.025～0.50%，Mn：1.20～1.55%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.02～0.05%，其余为Fe及不可避免的夹杂。

生产屈服强度为370MPa级无板厚效应的桥梁钢的方法，其步骤：

1）按照洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，加热温度控制为1050～1250℃，加热速率控制为9~11mm/min；

3）进行分段轧制：控制粗轧终轧温度不低于1050℃，末道次压下量至少为20%；精轧温度需根据板厚确定，即钢板厚度在10mm至小于25mm时，控制精轧开轧温度在960～1000℃；钢板厚度在25mm至小于40mm时，控制精轧开轧温度在910～950℃；钢板厚度在40mm至小于60mm时，控制精轧开轧温度在880～900℃；钢板厚度在60～80mm时，控制精轧开轧温度在850～870℃；

4）进行冷却，钢板终冷温度为500～700℃；根据板厚控制冷却速度在：钢板厚度在10mm至小于25mm时，控制冷却速度在6±1℃/S；钢板厚度在25mm至小于40mm时，控制冷却速度在10±1℃/S；钢板厚度在40mm至小于60mm时，控制冷却速度在13±1℃/S；钢板厚度在60～80mm时，控制冷却速度在18±1℃/S；

5）待用。

本发明中各元素及主要工艺参数的作用及机理：

元素方面：

C：碳是钢中主要的强度元素，增加碳可以大幅度提高钢的强度，当含量超过0.18%时，钢的低温韧性显著恶化，因此控制在0.10～0.16%。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，当含量低于0.1时，冶炼难度加大；当含量超过0.5%时，钢的洁净度降低，韧性和焊接性能下降，回火脆性增强，因此控制在0.25~0.50%。

Mn：降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却的过冷度，细化珠光体组织，以及改善其力学性能，能明显提高钢的淬透性，但是含量高时，将降低钢的低温韧性，因此控制在1.0~1.55%。

Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用。

Als：铝是脱氧元素，可与N形成AlN，可细化晶粒，其含量不足0.015%时，效果不佳，超过0.05%时，脱氧作用趋于饱和，增加钢中夹杂物。因此控制在0.015~0.040%。

P：磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。

S：硫元素增加钢的热脆性，硫含量高时，对焊接性能不利。

主要工艺方面：

粗轧工艺的确定：1050℃以上为奥氏体再结晶温度区间，因此粗轧终点温度应不低于1050℃，控制粗轧阶段末道次的压下率不低于20%的目的是保证奥氏体的晶粒充分破碎，并在终轧温度下可以保证破碎后的奥氏体的晶粒部充分长大。

精轧工艺的确定：根据不同的板厚度确定精轧开轧工艺，是保证不同钢板厚度得到不同的晶粒细化等级，缩小薄板和厚板之间差距，即在相同精轧轧制工艺下，薄板总压缩比较大，轧制晶粒本身较为细小强度固然较高，厚板总压缩比小，晶粒细化不充分强度相对较低，因此对不同的板厚采取不同的精轧工艺，薄板采取高温区轧制，使得轧后晶粒有一定的长达区间，厚板采取低温轧制，控制晶粒长大，此外同样会抑制Nb的固溶强化作用在厚板和薄板上的作用，使得薄板和厚板强度相近，减少板厚效益。

冷却工艺的确定：该发明的方法是属于一种低成本制造技术，钢中仅有Nb合金，因此需要采取轧后加速冷却，使在微合金的条件下得到较好的强度以符合要求。但不同的板厚对冷却强度的敏感程度有较大差异，因薄板本身轧制强度相对偏高，因此需要采取弱冷水，其意义在于保证钢板的冲击，厚板采用强冷水，促使晶粒进一步细化，提高强度，缩小薄板和厚板的强度差。

本发明与现有技术相比，其特点：

1、本发明所生产钢板厚度≤80mm桥梁钢板的屈服强度至少为370MPa；

2、本发明钢板冶炼时所添加的合金元素仅为Nb，且含量较少，导致生产成本较低；

3、本发明所生产的钢板轧制工艺简单，且易于控制；

4、本发明所生产的10~80mm钢板的屈服强度最大波动值≤20MPa，尤其50~80mm钢板的屈服强度波动值≤15MPa，几乎无板厚效应。

5、本发明所生产的钢板因板厚效应极小，因此易于钢板的加工使用，特别适用于不同钢板的拼装、焊接等加工方式，可以使得整体构建强度均匀、一致，安全性能更高。

具体实施方式

实施例1：生产的钢板产品厚度为20毫米：

其组分及重量百分比含量为：C：0.110％、Si：0.34％、Mn：1.28％、P：0.013％、S：0.002％、Nb：0.024％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）按照洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯；冶炼中，控制钢坯内部A、B、C、D类夹杂物总量不超过1.5级；

2）铸坯加热，加热温度为1055~1065℃，加热速率为9.2mm/min；

3）进行轧制：粗轧终轧温度在1070~1080℃，末道次压下量为21%；由于钢板产品厚度为20毫米，故精轧开轧在970~980℃；

4）进行冷却，在冷却速度为6℃/S下冷却到505~515℃；

5）待用。

进行检测，屈服强度392MPa，抗拉强度551MPa，延伸率27.5%，-20℃冲击功246J，d=3a冷弯合格。

实施例2：生产的产品钢板厚度为30毫米：

其组分及重量百分比含量为：C：0.131％、Si：0.30％、Mn：1.33％、P：0.014％、S：0.004％、Nb：0.021％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

其生产步骤：

2）铸坯加热，加热温度在1095~1105℃，加热速率为9.8mm/min；

3）进行轧制：粗轧终轧温度在1090~1100℃，末道次压下量为23%由于钢板产品厚度为30毫米，精轧开轧在915~925℃；

4）进行冷却，在冷却速度为10℃/S下冷却到585~595℃；

5）待用。

进行检测，屈服强度398MPa，抗拉强度549MPa，延伸率25.5%，-20℃冲击功273J，d=3a冷弯合格。

实施例3：生产的产品钢板厚度为44毫米：

其组分及重量百分比含量为：C：0.129％、Si：0.32％、Mn：1.42％、P：0.015％、S：0.003％、Nb：0.023％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

其生产步骤：

2）铸坯加热，加热温度为1121~1130℃，加热速率为10.5mm/min；

3）进行轧制：粗轧终轧温度在1120~1130℃，末道次压下量为22.5%；由于钢板产品厚度为44毫米，精轧开轧温度在890~900℃；

4）进行冷却，在冷却速度为13℃/S下冷却到585~595℃；

5）待用。

进行检测，屈服强度393MPa，抗拉强度555MPa，延伸率25.5%，-20℃冲击功273J，d=3a冷弯合格。

实施例4：钢板产品厚度为60毫米

其组分及重量百分比含量为：C为0.144％、Si为0.32％、Mn为1.47％、P为0.012％、S为0.006％、Nb为 0.025％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

其生产步骤：

2）铸坯加热，加热温度为1185~1195℃，加热速率为9.8mm/min；

3）进行轧制：粗轧终轧温度在1125~1135℃，末道次压下量为24%；由于钢板产品厚度为60毫米，精轧开轧温度在850~860℃；

4）进行冷却，在冷却速度为17℃/S下冷却到585~595℃；

5）待用。

进行检测，屈服强度397MPa，抗拉强度560MPa，延伸率24%，-20℃冲击功221J，d=3a冷弯合格。

实施例5：钢板厚度为80毫米

其组分及重量百分比含量为：C为0.154％、Si为0.35％、Mn为1.46％、P为0.015％、S为0.003％、Nb为0.024％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

其生产步骤：

2）铸坯加热，加热温度为1235~1245℃，加热速率为10.9mm/min；

3）进行轧制：粗轧终轧温度在1195~1205℃，末道次压下量为26%；由于钢板产品厚度为80毫米，精轧开轧温度在860~870℃；

4）进行冷却，在冷却速度为19℃/S下冷却到680~690℃；

5）待用。

进行检测，屈服强度401MPa，抗拉强度559MPa，延伸率25.5%，-20℃冲击功238J，d=3a冷弯合格。

从上述的5个实施例中可以看出，厚度为20mm的钢板屈服强度为392MPa，厚度为80mm的钢板屈服强度为401MPa，两者之间的差值仅有9 MPa。说明采用本发明生产的厚度在80mm范围内的钢板不存在厚度效应问题。其在使用时具有良好的焊接性能，且成型性稳定，不变形。

对比例：在相同化学成分下，采用4种产品钢板厚度，即分别为22、32、50、64毫米，工艺采用现有工艺技术

化学成分：

组分及重量百分比含量为：C为0.131％、Si为0.33％、Mn为1.42％、P为0.013％、S为0.005％、Nb为0.026％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

其生产步骤：1）按照洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯；冶炼中，控制钢坯内部A、B、C、D类夹杂物总量不超过1.5级；2）铸坯加热，均热温度为1180~1193℃，加热速率为9.1~10.5mm/min；3）进行轧制：粗轧终轧温度在1050~1120℃，精轧开轧在900~1000℃；4）进行冷却，冷却速度为12℃/S；

力学检测结果：

厚度为22mm的：屈服强度441MPa，抗拉强度585MPa，延伸率21.5%，-20℃冲击功120J，d=3a冷弯合格。

厚度为32mm的：屈服强度420MPa，抗拉强度570MPa，延伸率22.5%，-20℃冲击功143J，d=3a冷弯合格。

厚度为50mm的：屈服强度388MPa，抗拉强度553MPa，延伸率25.5%，-20℃冲击功176J，d=3a冷弯合格。

厚度为64mm的：屈服强度372MPa，抗拉强度545MPa，延伸率29.5%，-20℃冲击功206J，d=3a冷弯合格。

从对比例的4个不同厚度的钢板力学检测情况看，其最薄的22mmm的屈服强度为441MPa，最厚的64mm屈服强度为372MPa，两者之间的差值达到69 MPa，最小的差值也大于15 MPa，足以说其对比例的钢板厚度效应的存在。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.生产屈服强度370MPa级无板厚效应的桥梁钢的方法，其步骤：

1）按照洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯；铸坯组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.16%，Si：0.025～0.50%，Mn：1.20～1.55%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.02～0.05%，其余为Fe及不可避免的夹杂

2）对铸坯加热，加热温度控制为1050～1130℃或1235～1250℃，加热速率控制为9~11mm/min；

3）进行轧制：控制粗轧终轧温度不低于1050℃，末道次压下量至少为20%；精轧温度需根据板厚确定，即钢板厚度在10mm至小于25mm时，控制精轧开轧温度在960～1000℃；钢板厚度在25mm至小于40mm时，控制精轧开轧温度在910～950℃；钢板厚度在40mm至小于60mm时，控制精轧开轧温度在880～900℃；钢板厚度在60～80mm时，控制精轧开轧温度在850～870℃；

4）进行冷却，钢板终冷温度为500～690℃；根据板厚控制冷却速度在：钢板厚度在10mm至小于25mm时，控制冷却速度在6±1℃/S；钢板厚度在25mm至小于40mm时，控制冷却速度在10±1℃/S；钢板厚度在40mm至小于60mm时，控制冷却速度在13±1℃/S；钢板厚度在60～80mm时，控制冷却速度在18±1℃/S；

5）待用。