CN111500937A - 一种460MPa级桥梁用槽钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种460MPa级桥梁用槽钢，槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C 0.140％～0.200％，Si 0.10％～0.40％，Mn 1.15％～1.45％，Nb 0.010％～0.030％，V 0.050％～0.090％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0130％～0.0170％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却过程；本发明通过设计槽钢的化学成分，并设计与之匹配的生产工艺，最终得到一种具有优良力学性能的桥梁用槽钢；在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用坡口，省去后期加工焊接坡口的工序，缩短了工程施工周期。

Description

一种460MPa级桥梁用槽钢及生产方法

技术领域

本发明涉及槽钢生产技术领域，尤其涉及一种460MPa级桥梁用槽钢及生产方法。

背景技术

槽钢是型钢的重要组成部分，在钢结构、市政建设、船舶桥梁、机械产品中有着广泛的应用；一般情况下，槽钢的形状要求按照GB/T 706标准的规定进行生产供货，标准规定槽钢的厚度最大仅为14.5mm。目前，有些桥梁工程对槽钢提出了新的需求，如对槽钢腰部的厚度要求更大，同时对槽钢的力学性能提出了更为严苛的要求，要求槽钢具有优良的强度、塑性和韧性。

申请号为201610544205.5的中国专利申请公开了“一种海洋工程用耐低温热轧槽钢及其制造方法”，其槽钢的屈服强度大于等于355MPa，抗拉强度大于等于470MPa，低温冲击功大于等于34J，但是其化学成分中含有较高的Mn含量，最大含量达1.6％，势必会增加其中心偏析，且槽钢腰部的最大厚度仅约为12mm，远不能满足桥梁工程的需求。

发明内容

本发明提供了一种460MPa级桥梁用槽钢及生产方法，通过设计槽钢的化学成分，并设计与之匹配的生产工艺，最终得到一种具有优良力学性能的桥梁用槽钢；在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用坡口，省去后期加工焊接坡口的工序，缩短了工程施工周期。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种460MPa级桥梁用槽钢，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C 0.140％～0.200％，Si 0.10％～0.40％，Mn 1.15％～1.45％，Nb 0.010％～0.030％，V 0.050％～0.090％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0130％～0.0170％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；槽钢腰部厚度20～50mm，腿部外侧设有轧制形成的坡口，坡口角度为30°～60°；所述槽钢的屈服强度为480MPa以上，断后延伸率为26.0％以上，-20℃冲击吸收能量为150J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上。

一种460MPa级桥梁用槽钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却过程；所述生产过程具体如下：

1)按照设计成分进行钢水冶炼，冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程中进行吹氮处理，控制钢水中的氮含量达到目标范围，RH处理时间25～50min，控制钢中[H]≤2.0ppm、[O]≤20ppm；

2)将步骤1)所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为30～40℃，二冷水比水量为0.45～0.50m³/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于4.5％；

3)将步骤2)所得铸坯下线堆垛缓冷，缓冷时间≥20h；

4)将经步骤3)缓冷后的铸坯进行加热，加热温度1210～1280℃，升温速度5～30℃/min，均热时间60～300min；

5)将经步骤4)加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为开坯、粗轧和精轧三个阶段，控制过程参数如下：

a)开坯；将加热完成后的铸坯经高压水除鳞后开坯，开坯后坯料尺寸为(220～280)×(220～280)×(100～150)mm；

b)粗轧；将开坯后的坯料经3～5道次轧制，制成精轧用坯料，精轧用坯料的尺寸为(180～240)×(180～240)×(90～120)mm；粗轧开轧温度1150℃～1180℃；

c)精轧；将精轧用坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，同时利用孔型轧制直接在槽钢腿部外侧轧制出焊接用的坡口；精轧开轧温度880～930℃，终轧温度850～880℃；

6)轧后冷却；将步骤5)所得槽钢进行快速冷却，返红温度为550～650℃，随后空冷至80℃以下，矫直后得到槽钢成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过设计槽钢的化学成分，并设计与之匹配的生产工艺，最终得到一种具有优良力学性能的桥梁用槽钢。

2)在槽钢腿部外侧直接热加工出焊接用坡口，省去后期加工焊接坡口的工序，缩短了工程施工周期。

附图说明

图1是本发明所述一种460MPa级桥梁用槽钢的截面结构示意图。

图中：1.槽钢2.坡口

具体实施方式

本发明所述一种460MPa级桥梁用槽钢，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C0.140％～0.200％，Si 0.10％～0.40％，Mn 1.15％～1.45％，Nb 0.010％～0.030％，V 0.050％～0.090％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0130％～0.0170％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；槽钢腰部厚度20～50mm，腿部外侧设有轧制形成的坡口，坡口角度为30°～60°；所述槽钢的屈服强度为480MPa以上，断后延伸率为26.0％以上，-20℃冲击吸收能量为150J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上。

一种460MPa级桥梁用槽钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却过程；所述生产过程具体如下：

1)按照设计成分进行钢水冶炼，冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程中进行吹氮处理，控制钢水中的氮含量达到目标范围，RH处理时间25～50min，控制钢中[H]≤2.0ppm、[O]≤20ppm；

2)将步骤1)所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为30～40℃，二冷水比水量为0.45～0.50m³/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于4.5％；

3)将步骤2)所得铸坯下线堆垛缓冷，缓冷时间≥20h；

4)将经步骤3)缓冷后的铸坯进行加热，加热温度1210～1280℃，升温速度5～30℃/min，均热时间60～300min；

5)将经步骤4)加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为开坯、粗轧和精轧三个阶段，控制过程参数如下：

a)开坯；将加热完成后的铸坯经高压水除鳞后开坯，开坯后坯料尺寸为(220～280)×(220～280)×(100～150)mm；

b)粗轧；将开坯后的坯料经3～5道次轧制，制成精轧用坯料，精轧用坯料的尺寸为(180～240)×(180～240)×(90～120)mm；粗轧开轧温度1150℃～1180℃；

c)精轧；将精轧用坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，同时利用孔型轧制直接在槽钢腿部外侧轧制出焊接用的坡口；精轧开轧温度880～930℃，终轧温度850～880℃；

6)轧后冷却；将步骤5)所得槽钢进行快速冷却，返红温度为550～650℃，随后空冷至80℃以下，矫直后得到槽钢成品。

本发明所述一种460MPa级桥梁用槽钢中各化学成分的作用如下：

C：钢中主要强化元素，是提高钢淬透性的主要元素；其含量偏低时会使碳化物等的生成量降低，影响轧制时细化晶粒的效果。当含量偏高时，对钢的低温韧性与焊接性能不利。因此综合考虑成本、性能等因素，本发明控制C的范围为0.140％～0.200％。

Si：炼钢脱氧的必要元素，在钢中固溶能力较强，可以起到一定的强化作用，但含量过高会严重损害钢的低温韧性和焊接性能。本发明控制Si的范围为0.10％～0.40％。

Mn：可以延缓钢中铁素体和珠光体转变，大幅增加钢的淬透性，降低钢的脆性转变温度，改善冲击韧性，但是Mn含量过高，容易在钢中形成偏析，对钢的塑性和韧性有不利影响。综合考虑，本发明控制Mn的范围为1.15％～1.45％。

Nb：能够细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高钢的强度，但是塑性和韧性会有所下降。本发明控制Nb的范围为0.010％～0.030％。

V：强碳化物形成元素。对奥氏体再结晶影响较小，低温时V的碳、氮化物大量析出可以起到细化、强化晶粒的作用，进而提高钢的强度。本发明控制V的范围为0.050％～0.090％。

N：在钢中N主要以游离态和化合物两种状态存在，前者的存在对钢的韧性不利，后者的存在则对钢的综合性能有好的影响作用。对于含V的钢中，钢中缺氮的情况下，大部分的V没有充分发挥其析出强化作用。另外，含氮钢不仅消除了炼钢过程中因脱气和精炼去氮引起的成本增加，而且钢中增氮更能充分发挥微合金元素的作用，节约合金化元素的用量，从而大大降低生产成本。本发明控制N的范围为0.0130％～0.0170％。

Al：强脱氧剂，在钢中产生高度细碎的、超显微的氧化物，起到细化晶粒的作用。本发明控制Als的范围为0.015％～0.030％。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本发明所设计的化学成分范围进行冶炼，化学成分如表1所示，冶炼工艺如表2所示。

表1槽钢的化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	N	Als
										1	0.167	0.19	1.18	0.004	0.005	0.013	0.061	0.0139	0.018
2	0.176	0.26	1.22	0.007	0.003	0.017	0.082	0.0146	0.024
										3	0.146	0.32	1.29	0.005	0.004	0.028	0.073	0.0169	0.016
4	0.194	0.14	1.44	0.006	0.002	0.021	0.056	0.0158	0.021
										5	0.186	0.21	1.31	0.008	0.003	0.024	0.081	0.0163	0.028
6	0.142	0.37	1.37	0.009	0.004	0.019	0.074	0.0153	0.022

表2钢水冶炼工艺参数

实施例	过热度/℃	二冷水比水量/m<sup>3</sup>/t	等轴晶比例/％
				1	33	0.47	2.8
2	38	0.49	3.7
				3	32	0.46	1.8
4	36	0.48	2.7
				5	34	0.48	2.9
6	37	0.46	2.4

将钢水浇铸成铸坯，铸坯经加热、轧制、冷却等工艺制得槽钢。加热及轧制工艺参数如表3所示。

表3加热及轧制工艺参数

对应本发明实施例钢的力学性能如表4所示。

表4槽钢的力学性能

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种460MPa级桥梁用槽钢，其特征在于，所述槽钢的化学成分按照重量百分比计为：C 0.140％～0.200％，Si 0.10％～0.40％，Mn 1.15％～1.45％，Nb 0.010％～0.030％，V0.050％～0.090％，P≤0.010％，S≤0.005％，N 0.0130％～0.0170％，Als 0.015％～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质；槽钢腰部厚度20～50mm，腿部外侧设有轧制形成的坡口，坡口角度为30°～60°；所述槽钢的屈服强度为480MPa以上，断后延伸率为26.0％以上，-20℃冲击吸收能量为150J以上，-40℃冲击吸收能量为100J以上。

2.如权利要求1所述一种460MPa级桥梁用槽钢的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却过程；其特征在于，所述生产过程具体如下：

1)按照设计成分进行钢水冶炼，冶炼工艺路线为：铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸，在转炉冶炼或RH精炼过程中进行吹氮处理，控制钢水中的氮含量达到目标范围，RH处理时间25～50min，控制钢中[H]≤2.0ppm、[O]≤20ppm；

2)将步骤1)所得钢水经连铸制得铸坯，连铸时控制中间包过热度为30～40℃，二冷水比水量为0.45～0.50m³/t，使连铸坯断面等轴晶比例小于4.5％；

3)将步骤2)所得铸坯下线堆垛缓冷，缓冷时间≥20h；

4)将经步骤3)缓冷后的铸坯进行加热，加热温度1210～1280℃，升温速度5～30℃/min，均热时间60～300min；

5)将经步骤4)加热后的铸坯进行轧制，轧制工艺分为开坯、粗轧和精轧三个阶段，控制过程参数如下：

a)开坯；将加热完成后的铸坯经高压水除鳞后开坯，开坯后坯料尺寸为(220～280)×(220～280)×(100～150)mm；

b)粗轧；将开坯后的坯料经3～5道次轧制，制成精轧用坯料，精轧用坯料的尺寸为(180～240)×(180～240)×(90～120)mm；粗轧开轧温度1150℃～1180℃；

c)精轧；将精轧用坯料进行5～7道次轧制得到槽钢，同时利用孔型轧制直接在槽钢腿部外侧轧制出焊接用的坡口；精轧开轧温度880～930℃，终轧温度850～880℃；

6)轧后冷却；将步骤5)所得槽钢进行快速冷却，返红温度为550～650℃，随后空冷至80℃以下，矫直后得到槽钢成品。

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