CN108546866B

CN108546866B - 一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法

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Publication number: CN108546866B
Application number: CN201810298745.9A
Authority: CN
Inventors: 杨永达; 王彦锋; 狄国标; 马长文; 黄乐庆; 周德光; 郑会平; 陆士平; 白学军; 马龙腾; 李战军; 韩承良; 孟东立
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CN108546866A

Abstract

一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法，属于低碳结构钢控制轧制技术领域。采用转炉冶炼、复合吹炼，降低有害气体以及S的含量；连铸后入炉，加热温度在1200℃～1300℃之间、出炉后高压水除磷；双机架两阶段控轧，精轧开轧温度720～760℃，轧后ACC水冷后进行堆垛缓冷。优点在于，相比于目前生产工艺，缩短生产流程，大幅提高效率，钢板在具有高强度的同时，兼具优良的低温韧性和良好抗层状撕裂性能。

Description

一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法

技术领域

本发明属于低碳结构钢控制轧制技术领域，特别涉及一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法。尤其涉及一种厚度12～60mm的690MPa级高韧性结构钢板的生产方法，适用于桥梁、海洋工程和高层建筑等领域。通过采用低碳添加Nb、 Ti的成分体系提高钢板强度，改善钢板的低温韧性和焊接性能，适当添加Cu、 Ni、Cr、Mo等元素，进一步提高淬透性，保证钢板强度。

背景技术

近年来，我国钢桥、钢结构建筑等领域发展迅速，对钢结构用钢的升级换代提出了迫切的需求，当前我国已成为钢桥世界大国，在建和已建成的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥等半数以上均在中国，随着我国高速铁路和公路的发展，更大跨度、更重载荷的钢桥将持续涌现，桥梁在降低其自身重量、提高承载能力等方面需要开发更高强度的结构用钢板。当前我国最高强度级别的桥梁钢已开发至 500MPa级，应用于沪通长江大桥和芜湖长江大桥等，未来更高强度的690MPa级桥梁钢必然成为重点发展目标。

国外690MPa级桥梁钢在2000年已批量实现应用，如日本的明石海大桥用 1000多吨的BHS700W钢板，屈服强度达到690MPa级。美国同期也开发应用了 HPS100W。为了满足国内桥梁企业和大型钢结构企业建设大跨度钢桥和超高建筑的需求，本专利提供了一种厚度12～60mm的具有高强度、高韧性及良好厚度方向性能的桥梁钢板生产方法。

宝山钢铁股份有限公司申请的公开号为CN101418418A发明专利屈服强度 690MPa级低裂纹敏感性钢板及其制造方法成分设计与本专利不同，该专利通过添加B元素提高淬透性，B元素对钢的低温韧性影响极大，其生产的钢板低温韧性明显大幅低于本专利中产品。

武汉钢铁(集团)公司申请的公开号为CN103695773A发明专利提供了一种屈服强度690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢生产方法，其主要特点为通过添加 1.82-2.55％Mn元素，减少Cu、Ni、Mo等贵合金元素，合金成本较低，但其产品低温韧性仅保证-20℃冲击功，与本专利在低温韧性差异较大。

舞阳钢铁有限责任公司申请的公开号为CN105950849A发明专利提供了了一种低屈强比690MPa级高强钢板的生产方法，其主要特点为以0.10％碳添加Cu、 Ni、Cr、Mo合金元素为主；组织以贝氏体+铁素体为主；工艺为TMCP+回火工艺，实现690MPa级钢板生产。本专利以0.05％碳填加Cu、Ni、Cr、Mo合金外，添加了La和Ce稀土合金元素；组织控制以贝氏体为主，无铁素体；工艺采用TMCP 工艺，终冷温度大幅低于对比文件；本专利研制的钢板低温韧性满足-80℃＞120J，韧性更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法，解决了钢板在具有高强度同时，无法兼具优良的低温韧性和良好抗层状撕裂性能的问题。成分上通过低碳添加Nb、Ti的成分设计，利用细晶强化和析出强化等手段提高钢板强度，添加Cu、Ni、Cr、Mo等合金元素，提高钢板的淬透性，控制贝氏体组织类型和含量，实现高强度、高韧性的稳定控制，并向钢中添加了La和Ce 稀土合金，对夹杂物变质细化处理，提高综合性能。工艺上，精轧开始温度低于 760℃，通过低温变形实现高密度位错的累积，轧后采用强冷工艺，终冷温度控制≤350℃，保证钢板厚度1/4处与心部获得细小的贝氏体组织，保证钢板具有高强度和良好的低温韧性。

一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法，适用于厚度为12～60mm的690MPa 级高韧性结构钢。具体步骤及参数如下:

1、冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底O含量控制在15ppm以下，H 含量在1.5ppm以下，S含量不大于20ppm，控制影响冷裂敏感指数的元素 C≤0.08wt％，Si在0.20～0.50wt％之间，Mn在1.00～3.00wt％之间，Cu在0.40～ 1.50wt％之间，Cr在0.40～1.30wt％之间，Ni在0.50～2.00wt％之间，Mo在0.2～ 0.80wt％之间，保证钢板Pcm≤0.30，并向钢中添加≤0.0080wt％的La和≤0.0040Ce稀土合金，使Al₂O₃夹杂物细化至10μm以内；

2、连铸工艺：设计连铸坯坯型尺寸，厚度规格为180～400mm，宽度在1800～2400mm；

3、加热工艺：钢坯冷装入炉，加热温度在1200℃～1300℃之间，加热时间在240min～400min，出炉后进行高压水除鳞；

4、轧制工艺：采用双机架两阶段控轧工艺，在1050～1150℃之间进行粗轧压下，保证最大粗轧道次压下率≥20％，连续轧制到控温厚度后放钢；精轧阶段，精轧开轧温度720～760℃，轧后进ACC水冷，终冷温度270～350℃，水冷后进行堆垛缓冷。

钢板的化学成分质量百分比：C为≤0.08％，Si为0.20～0.50％，Mn为1.00～3.00％，P≤0.015％，S≤0.002％，Al为0.020～0.05％，Nb≤0.050％，Ti≤0.020％，Cu0.40～1.50％，Cr0.40～1.30％，Ni0.50～2.00％，Mo0.2～0.80％，La≤0.0080％， Ce≤0.0040％，其余为Fe和不可避免杂质。不能向钢中添加B元素。

生产的钢板屈服强度＞690MPa，抗拉强度＞830MPa，断后延伸率≥14％，-80℃纵向冲击功＞120J，Z向断面收缩率≥35％，开发的结构钢具有高强度、优良的低温韧性和良好的厚度方向性能。

采用该方法的依据是：生产高强度、高韧性的690MPa级结构钢时，由于钢板强度指标和韧性指标均要求较高，首先为了保证低温韧性，必须降低碳含量，碳含量的下降必然导致强度大幅下降，为此添加微合金元素Nb、Ti等，利用细晶强化和析出强化等手段提高强度，为了进一步提高钢板强度，添加了适当的 Cu、Ni、Cr、Mo等元素，提高成分的淬透性，为后续水冷提高淬透性奠定基础。钢中添加稀土合金La和Ce有利于细化夹杂物，进而改善韧性，严禁添加B元素，避免B元素对TMCP态钢板低温韧性的不利影响。工艺上采用降低精轧变形区温度和降低终冷温度工艺，通过精轧区低温变形提高晶粒内位错累积密度，通过轧后强水冷，促进晶粒内相变形核，细化组织，改善钢板强度和韧性。

本发明的优点在于：

1、生产此类12～60mm厚690MPa级钢板，采用了转炉炼钢—连铸—轧钢，相比于采用调质工艺生产此类钢板，生产流程大幅度缩短，生产效率大幅提高；

2、在本发明设计的工艺条件下，12～60mm的结构钢板力学性能优良，屈服强度＞690MPa，抗拉强度＞830MPa，断后延伸率≥14％，-80℃冲击功＞120J，Z 向断面收缩率≥35％，各项力学性能指标良好。

附图说明

图1为16mm厚钢板厚度1/4处金相组织示意图。

图2为16mm厚钢板厚度1/2处心部金相组织示意图。

图3为56mm厚钢板厚度1/4处金相组织示意图。

图4为56mm厚钢板厚度1/2处心部金相组织示意图。

具体实施方法

实施例1

16mm厚桥梁钢板，采用连铸坯尺寸250mm厚×2000mm宽×4000mm长，成品钢板尺寸为16mm厚×2650mm宽×长度，冷装，加热温度1250℃，双机架两阶段控轧，粗轧阶段，最大道次压下率28.5％，连续轧制至待温厚度60mm放钢，精轧开轧温度750℃，终轧温度720℃，轧后水冷，终冷温度320℃。钢板化学成分见表1，力学性能见表2，金相组织见附图1。

表1：16mm钢板的化学成分(重量，％)

C	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti	Ni	Cr	Cu	Mo
												0.05	0.26	1.4	0.012	0.0020	0.035	0.035	0.015	0.85	0.50	1.0	0.58

表2：16mm钢板力学性能检验结果

实施例2

56mm厚，3500mm宽桥梁钢板，采用连铸坯尺寸400mm厚×1800mm宽×3900mm 长，成品钢板尺寸为56mm厚×2200mm宽×长度，冷装，加热温度1280℃，双机架两阶段控轧，粗轧阶段，最大道次压下率25％，连续轧制至待温厚度120mm放钢，精轧开轧温度720℃，终轧温度696℃，轧后水冷，终冷温度270℃。钢板化学成分见表3，力学性能见表4，金相组织见附图2。

表3：56mm钢板的化学成分(重量，％)

C	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti	Ni	Cr	Cu	Mo
												0.05	0.30	1.45	0.012	0.0015	0.035	0.030	0.018	1.35	0.60	1.0	0.60

表4：56mm钢板力学性能检验结果

Claims

1.一种690MPa级高韧性结构钢的生产方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：

1)冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼；采用LF炉和RH炉真空处理，O含量控制在15ppm以下，H含量在1.5ppm以下，S含量不大于20ppm，控制影响冷裂敏感指数的元素C≤0.08wt％，Si在0.20～0.50wt％之间，Mn在1.00～3.00wt％之间，Cu在0.40～1.50wt％之间，Cr在0.40～1.30wt％之间，Ni在0.50～2.00wt％之间，Mo在0.2～0.80wt％之间，保证钢板Pcm≤0.30，并向钢中添加≤0.0080wt％的La和≤0.0040Ce稀土合金，使Al₂O₃夹杂物细化至10μm以内；

2)连铸工艺：设计连铸坯坯型尺寸，厚度规格为180～400mm，宽度在1800～2400mm；

3)加热工艺：钢坯冷装入炉，加热温度在1200℃～1300℃之间，加热时间在240min～400min，出炉后进行高压水除鳞；

4)轧制工艺：采用双机架两阶段控轧工艺，在1050～1150℃之间进行粗轧压下，保证最大粗轧道次压下率≥20％，连续轧制到控温厚度后放钢；精轧阶段，精轧开轧温度720～760℃，轧后进ACC水冷，终冷温度270～350℃，水冷后进行堆垛缓冷；

该方法适用于厚度为12～60mm的690MPa级高韧性结构钢；结构钢的化学成分质量百分比：C为≤0.08％，Si为0.20～0.50％，Mn为1.00～3.00％，P≤0.015％，S≤0.002％，Al为0.020～0.05％，Nb≤0.050％，Ti≤0.020％，Cu0.40～1.50％，Cr0.40～1.30％，Ni0.50～2.00％，Mo0.2～0.80％，La≤0.0080％，Ce≤0.0040％，其余为Fe和不可避免杂质，化学成份中不能向钢中添加B元素；

生产的钢板屈服强度＞690MPa，抗拉强度＞830MPa，断后延伸率≥14％，-80℃纵向冲击功＞120J，Z向断面收缩率≥35％。