CN111979481B

CN111979481B - 一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法

Info

Publication number: CN111979481B
Application number: CN202010716565.5A
Authority: CN
Inventors: 武凤娟; 杨浩; 曲锦波
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2040-07-23
Also published as: CN111979481A

Abstract

本申请公开了一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法。该钢板采用增加Mn、Cr元素，降低Nb、Ti元素的成分设计，化学成分按质量百分比为：C：0.06～0.08％、Si：0.15～0.25％、P≤0.015％、S≤0.008％、Ni：0.2～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Al：0.01～0.045％、Mn+Cr：1.90～2.20％、Nb+Ti：0.035～0.05％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。本发明采用高温精轧以及轧后变速冷却的轧制冷却工艺，获得铁素体+贝氏体双向组织，钢板的屈服强度为520～570MPa，抗拉强度为670～760MPa，屈强比为0.69～0.79，实现了厚度8～16mm，500～550MPa级桥梁钢强度和屈强比的良好平衡。

Description

一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法。

背景技术

随着大跨度桥梁的发展和建设。近年来，高强度等级的Q500qE桥梁钢得到了成功的应用。在Q500qE钢的生产中，难点之一是控制屈强比。235～355MPa级产品组织以铁素体+珠光体为主，通过控制晶粒尺寸，达到合适的屈强比和韧性匹配，屈强比一般比较低，容易控制；420～550MPa级产品通过控制轧制和冷却工艺，获得低碳贝氏体组织，在保证强度、塑性、韧性的同时，屈强比有较大幅度提升，控制较低屈强比难度较大。尤其针对薄规格(如20mm以下)钢板，由于轧制过程中的变形量大、降温快、轧后冷却快速等因素，造成屈强比容易偏高，控制难度更大。屈强比是衡量钢的加工硬化能力的一个重要参数，能够反映出屈服强度和抗拉强度的接近程度。高屈强比钢发生屈服后很快就会发生断裂，而低屈强比钢在发生屈服后会出现较大的应变强化，达到更高的抗拉强度才会断裂，因此桥梁设计期望选取低屈强比(＜0.86)桥梁钢用于大跨度桥梁的主体，以提高桥梁结构的安全性。

专利CN101676427A公开了一种高强度低屈强比钢板，其钢板组织为细小的贝氏体和马氏体，其强度达1200MPa，钢板厚度在40mm左右，该钢板组织对薄规格高强钢屈强比不利。专利CN102719753A公开了一种低屈强比高强度钢板及其制造方法，该发明是通过热处理工序，钢板在760～840℃范围内进行两相区正火获得铁素体+马氏体/贝氏体复相组织，热处理增加了生产成本。专利CN103352167A公开了一种低屈强比高强度桥梁用钢及其制造方法，其钢板通过控轧控冷工艺及优化回火热处理生产，且实施例中钢板厚度≥20mm。专利CN103981452A公开了一种经济型空冷双相低屈强比钢板及其生产工艺，其发明采用低温轧制工艺，轧后空冷得到铁素体+马氏体双相组织，制得的钢板成品厚度≥15mm，屈服强度R_p0.2≤440MPa，涉及的钢板强度较低。专利CN106811704A公开了一种屈服强度500MPa级低屈强比桥梁钢及其制造方法，该发明采用三阶段控轧，第三段终轧温度700～830℃，轧后加速冷却，开冷温度650～770℃，钢板加速冷却终止温度为200～550℃，之后空冷，该发明终轧温度较低，待温时间长，生产效率降低；其次，较低的终轧温度对薄规格钢板板形影响较大。专利CN107130191A公开了一种低屈强比空冷铁素体贝氏体双相钢板及其生产方法，该发明采用较低的终轧温度，减小精轧压下量和压下道次，以及轧后空冷的方法获得铁素体贝氏体双相钢板，首先较低的终轧温度下采用大压下量，对设备损耗较大，其次在实施例中500MPa级以上钢板采用的化学成分Mn 2.02％、Mo 0.37％、V 0.021％，合金成本较高，且冲击韧性较差。专利CN108624744A公开了一种Q500qE桥梁钢板及其生产方法，该发明是钢板在轧制结束后弛豫10～160秒，再进入层流冷却区域，此种冷却方法在热轧结束后存在一段高温区域待温过程，易引起晶粒回复长大，且生产效率低。专利CN108914007A公开一种低碳低合金的低屈强比高性能桥梁用钢板及其制造方法，该发明采用采用一段式空气冷却加一段式水冷进行冷却方法，首先该方法同样存在高温区域待温过程，且实施例中钢板下屈服强度都低于450MPa。

发明内容

针对现有技术存在的诸多问题，本发明的目的在于提出一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法。通过对化学成分和轧制、冷却的合理设计，增加固溶强化元素含量，降低细晶强化和析出强化元素含量；采用较高温度精轧；以及热轧结束后采用变速冷却工艺，获得贝氏体+铁素体双相组织，调整铁素体和贝氏体相的比例和硬度，实现强度和屈强比的良好匹配。最终得到屈服强度520～570MPa，抗拉强度670～760MPa，屈强比0.69～0.79的薄规格高强度桥梁钢。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法，其特征在于，所述钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.06～0.08％、Si：0.15～0.25％、Mn：1.45～1.65％、P≤0.015％、S≤0.008％、Cr：0.3～0.55％、Ni：0.2～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Nb：0.025～0.050％、Ti：0.01～0.02％、Al：0.01～0.045％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

优选的，Mn+Cr：1.90～2.20％。

优选的，Nb+Ti：0.035～0.05％。

以下对本发明的一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明：

C：C是最廉价的强化元素，且增加碳含量有利于降低钢板屈强比，但C含量过高易引起钢板焊接性能和低温韧性降低，且C含量过高易引起成分偏析，因此C含量控制在0.06～0.08％。

Si：Si在钢种起到固溶强化的作用，可有效降低屈强比，但是Si含量过高，不易除鳞，钢板表面质量较差，且对低温韧性和焊接性能不利，因此Si含量控制在0.15～0.25％。

Mn、Cr：Mn、Cr是钢中常用的合金元素，合金成本相对廉价，Mn、Cr作为溶质融入铁的基体中，造成基体晶格畸变，从而使得基体强度升高，对抗拉强度的提升作用较大，有利于降低屈强比，因此要增加Mn、Cr元素含量。且在C含量较低的情况下，增加Mn、Cr元素会对钢板强度有较大提升，因此Mn+Cr的含量控制在1.90～2.20％。

Nb、Ti：Nb、Ti是钢中常用的微合金元素，钢中含有极少量(通常含量小于0.1％)即可对组织性能产生重要影响。Nb、Ti与碳氮有较强的结能力，易生成碳氮化物。在加热时能阻碍原始奥氏体晶粒长大，Nb、Ti在轧制过程中能抑制再结晶及再结晶后晶粒长大，且在低温时易于析出，组织细化以及析出强化对屈服强度的提升作用较大，易引起屈强比升高，因此要降低Nb、Ti含量。因此本发明Nb+Ti控制在0.035～0.05％。

Ni：Ni是改善钢板韧性常用合金元素，添加一定量的Ni元素可有效提高钢板低温韧性以及焊接热影响区冲击韧性，但Ni元素合金成本较高，因此Ni含量控制在0.2～0.4％。

Mo：Mo元素可有效提高钢板淬透性，对硬相组织强度的增加有利，但过高的Mo含量易形成单一贝氏体组织，对屈强比不利，且Mo元素合金成本较高，因此Mo含量控制在0.1～0.2％。

一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢及其生产方法，包括如下步骤：

(1)经过铁水预脱硫处理，转炉冶炼，钢包精炼，RH法真空脱气，连铸成220mm厚铸坯；

(2)连铸坯加热工序中，加热温度为1150～1200℃；

(3)轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1030～1080℃，精轧开轧温度880～940℃，终轧温度830～890℃。

(4)热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先将热轧板快速冷却至670～740℃，冷却速率为15～25℃/s，以避免晶粒长大。然后将钢板缓慢冷却到600～680℃，冷却速率为1～5℃/s，在此过程中，奥氏体部分转变为铁素体。最后，将钢板冷却到350℃以下，冷却速率为15～25℃/s，在此过程中，剩余奥氏体转变为贝氏体。

通过对化学成分和轧制、冷却工艺的适当设计，调整铁素体和贝氏体相的比例和硬度，得到了500～550MPa级桥梁钢的强度和屈强比的良好平衡，屈服强度为520～570MPa，抗拉强度为670～760MPa，屈强比为0.69～0.79。

以下对具体工艺在本发明中的作用进行：

(1)确保精轧阶段在奥氏体未再结晶区轧制，通过未再结晶区轧制获得大量形变组织，为冷却相变提供足够的形核点，可提高钢板强度，改善钢板韧性。终轧温度越低，形变组织越多，经冷却相变后组织更加细密。同时较低的终轧温度抑制了晶粒的回复，使得组织中的位错密度更高。由于晶粒细化和位错强化对提高屈服强度的影响较强，较低的轧制温度容易导致屈强比的增加。因此在制定轧制工艺时应考虑到终轧温度对钢板强度、韧性和屈强比的综合影响。

(2)热轧结束后快速入水冷却至A_r3温度附近，避免晶粒回复长大，同时提高了生产效率；随后在铁素体相变区进行缓慢冷却，获得部分铁素体组织，为钢板提供了软相组织；最后在贝氏体相变区再快速冷却，使剩余奥氏体转变为贝氏体，为钢板提供硬相组织。

(3)在发生塑性变形的过程中，强度较低的软相首先发生屈服，强度较高的硬相在后续变形过程中提高抗拉强度，硬相强度提高，对屈服强度的影响较小，对抗拉强度的提升作用显著，故提高钢中硬相强度，降低钢中软相强度，可有效降低屈强比。本发明针对高强度桥梁钢，通过控制轧后冷却过程中不同温度段的冷速来获得贝氏体+少量铁素体双相组织，合理分配硬相与软相的配比，在兼顾强度的同时降低屈强比。

与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

(1)通过增加Mn、Cr元素，降低Nb、Ti元素的成分设计，降低了生产成本，在提高钢板强度级别的同时降低了合金元素对屈强比的影响。

(2)较高的精轧温度不仅提高了轧制效率，而且降低了对轧机轧制力的要求，还降低了薄规格钢板板形的控制难度。

(3)变速冷却方法中，热轧结束后钢板快速入水冷却，减少了钢板高温区域待温时间，避免晶粒回复长大，提高了生产效率。

(4)变速冷却方法获得了铁素体+贝氏体双相组织，通过降低钢中软相强度，提高钢中硬相强度，来降低屈强比，使得薄规格高强度桥梁钢屈强比易于控制。

(5)本发明通过通过对化学成分和轧制、冷却的适当设计，热轧结束后采用变速冷却工艺，实现钢板强度和屈强比的良好匹配，屈服强度520～570MPa，抗拉强度670～760MPa，屈强比0.69～0.79。

附图说明

图1为实施例1中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

图2为实施例2中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

图3为实施例3中钢板纵截面1/2处500倍的显微组织照片；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。

实施例1

钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.06％，Si 0.18％，Mn 1.5％，Cr0.40％，Mo 0.15％，Ni 0.30％，Nb 0.035％，Ti 0.015％，Alt 0.030％，P 0.009％，S0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。

连铸坯加热工序中，钢锭加热温度为1200℃；轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1050℃，精轧开轧温度910℃，终轧温度860℃。

热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先，将热轧板快速冷却至730℃，冷却速率为18℃/s。其次，将钢板缓慢冷却到670℃，冷却速率为2℃/s。最后，将钢板冷却到300℃，冷却速率约为15℃/s。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

实施例2

钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.06％，Si 0.20％，Mn 1.55％，Cr0.45％，Mo 0.10％，Ni 0.20％，Nb 0.025％，Ti 0.015％，Alt 0.030％，P 0.010％，S0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质。

连铸坯加热工序中，钢锭加热温度为1200℃；轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1060℃，精轧开轧温度890℃，终轧温度830℃。

热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先，将热轧板快速冷却至700℃，冷却速率为15℃/s。其次，将钢板缓慢冷却到645℃，冷却速率为3℃/s。最后，将钢板冷却到290℃，冷却速率约为20℃/s。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

实施例3

钢板的化学成分以重量百分比计包括：C 0.07％，Si 0.20％，Mn 1.65％，Cr0.55％，Mo 0.10％，Ni 0.20％，Nb 0.020％，Ti 0.015％，Alt 0.030％，P 0.008％，S0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。

连铸坯加热工序中，钢锭加热温度为1200℃；轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1060℃，精轧开轧温度930℃，终轧温度850℃。

热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先，将热轧板快速冷却至680℃，冷却速率为18℃/s。其次，将钢板缓慢冷却到620℃，冷却速率为4℃/s。最后，将钢板冷却到250℃，冷却速率约为25℃/s。

采用此成分和工艺制得钢板的力学性能见表1。

表1实施例性能

从表1可以看出，采用本发明生产的桥梁钢屈服强度532～570MPa，抗拉强度725～766MPa，延伸率20～22％，屈强比0.69～0.79，不仅具有优良的强度和韧性，还具有较低的屈强比，同时厚度规格涉及到了8～16mm，涵盖了薄规格桥梁钢的常用规格。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思，目的在于让熟悉此项技术的人士了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢板，所述钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.06～0.08％、Si：0.15～0.25％、Mn：1.45～1.65％、P≤0.015％、S≤0.008％、Cr：0.3～0.55％、Ni：0.2～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Nb：0.025～0.050％、Ti：0.01～0.02％、Al：0.01～0.045％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；钢板厚度为：8～16mm；钢板组织为：强度和屈强比良好匹配的铁素体+贝氏体双相组织；力学性能为：屈服强度520～570MPa，抗拉强度670～760MPa，屈强比0.69～0.79；

所述钢板的生产工艺流程为：铁水→脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→RH法真空脱气→连铸→连铸坯加热→除鳞→控轧控冷→热矫→堆垛缓冷→取样检测→成品，其中轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1030～1080℃，精轧开轧温度880～940℃，终轧温度830～890℃；热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先，将热轧板快速冷却至680～740℃，冷却速率为15～25℃/s，然后将钢板缓慢冷却到600～670℃，冷却速率为1～5℃/s，最后，将钢板冷却到350℃以下，冷却速率为15～25℃/s。

2.根据权利要求1所述的一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢板，其特征在于，Mn+Cr：1.90～2.20％。

3.根据权利要求1所述的一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢板，其特征在于，Nb+Ti：0.035～0.05％。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种薄规格低屈强比高强度桥梁钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的生产工艺流程为：铁水→脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→RH法真空脱气→连铸→连铸坯加热→除鳞→控轧控冷→热矫→堆垛缓冷→取样检测→成品，其中轧制工艺为两阶段控轧，粗轧开轧温度1030～1080℃，精轧开轧温度880～940℃，终轧温度830～890℃；热轧后的钢板进行变速冷却，其冷却步骤如下：首先，将热轧板快速冷却至680～740℃，冷却速率为15～25℃/s，然后将钢板缓慢冷却到600～670℃，冷却速率为1～5℃/s，最后，将钢板冷却到350℃以下，冷却速率为15～25℃/s。