專利名稱：屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁用鋼及其生產(chǎn)方法，具體地指屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)的橋梁用鋼及其生產(chǎn)方法，確切地適用生產(chǎn)鋼板厚度彡80mm、屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)的橋梁鋼及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
在2009年以前，我國(guó)橋梁鋼板交貨技術(shù)條件均是以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T714-2000為依據(jù)，其規(guī)定鋼板可允許的板厚效應(yīng)值較大——16mm以下鋼板ReLMin值為370MPa，> 16^35mm鋼板RJiin值為355MPa，> 35mm鋼板I^Min值為330MPa。伴隨著時(shí)代發(fā)展、科技的進(jìn)步，橋梁設(shè)計(jì)采用了更新、更科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)整體向大跨度，輕型化發(fā)展，使得原本不參與整體受力的橋面板現(xiàn)在已被作為桁梁或箱梁受力的一個(gè)主要部分，并且每個(gè)工程都會(huì)根據(jù)自身建設(shè)特點(diǎn)提出更嚴(yán)格的指標(biāo)要求，因此國(guó)家從2009年10月I日起，橋梁鋼板開始執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T714-2008，該標(biāo)準(zhǔn)將鋼板可允許的板厚效應(yīng)值進(jìn)行了較大調(diào)整，調(diào)整后 為——50mm以下鋼板RJMin值為370MPa，> 50mm鋼板RJin值為360MPa，可以說其板厚效應(yīng)幾乎為沒有，也因此，各大鋼鐵企業(yè)在實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)后其可生產(chǎn)得厚度規(guī)格較之前存在大幅萎縮，因?yàn)榘凑招聵?biāo)，對(duì)于50mm以上鋼板在原有工藝下，其Ri值很難合格，尤其是正火狀態(tài)交貨的厚板，這給企業(yè)帶來很大影響。因此改善橋梁鋼鋼板板厚效應(yīng)勢(shì)在必行。目前，為保證厚板橋梁鋼的Ri值符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，鋼廠大多采用多加合金，以犧牲成本的方式來提高鋼板的強(qiáng)度指標(biāo)，但其80mm鋼板要想達(dá)到370MPa必須經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，這無形中增加了企業(yè)的成本。經(jīng)初步檢索，中國(guó)專利號(hào)為CN 101318287A的專利文獻(xiàn)，其公開了一種Q460MPa高強(qiáng)韌性橋梁用中厚鋼板的生產(chǎn)方法。該種方法的主要成分設(shè)計(jì)為O. 07、. 10%的C，O. 025 O. 045%的Nb, O. 060 0· 075%的V和O. 005 O. 015%的Ti，軋制工藝采用兩階段軋制，一階段軋制溫度為100(Γ1200 ，二階段軋制溫度為85(T890°C，終軋溫度為79(T810°C，軋后鋼板采取控冷，終冷溫度為61(T650°C，組織為鐵素體+珠光體。該專利所涉及的成分設(shè)計(jì)中采用了 Nb、V、Ti三種合金元素，且含量較高，尤其Nb含量，因此其生產(chǎn)制造成本過高；此外該專利中僅出示了 30mm鋼板的性能指標(biāo)，且同厚度鋼板的強(qiáng)度差別最大達(dá)到45MPa，因此不能說明其沒有厚度效應(yīng)。中國(guó)專利號(hào)為CN 102400055A的專利文獻(xiàn)，其公開了一種低成本屈強(qiáng)比可控高強(qiáng)度高韌性鋼板及其制造方法。該種方法的主要成分設(shè)計(jì)為c:0. 04 O. 10%、Mn :1. 2
2.0%、Si 0. I O. 5%,Nb :0. 02 O. 045%,Ti :0. 005 O. 025%,Cr :0. 4 I. 0%、Mo :0. 08
O.25%,Als :0. 010 O. 050%。軋制工藝采用兩階段軋制，二階段軋制溫度為70(T930°C，軋后鋼板采取控冷，終冷溫度為20(T250°C。首先該專利所涉及的成分設(shè)計(jì)中采用了 Nb、Ti、Cr、Mo四種合金元素，且需熱處理，因此其生產(chǎn)制造成本過高；其次該專利中的軋后終冷溫度為20(T25(TC，這不利于薄板板形控制，并且厚度會(huì)因溫度過低使得熱矯直機(jī)無法完成矯直，迫使一些沒有冷矯直機(jī)的生產(chǎn)廠無法生產(chǎn)；此外該方法生產(chǎn)的鋼板是鐵素體和貝氏體組織，同時(shí)板厚效應(yīng)達(dá)到了 llOMPa。
中國(guó)專利號(hào)為CN 102337456A的專利文獻(xiàn)，其公開了一種厚規(guī)格橋梁鋼板及其軋制方法。該種方法的主要成分設(shè)計(jì)為C:0. 05 O. 10%、Mn :1. I I. 5%、Si :0. 25 O. 45%、S ·.( O. 010%,P :彡 O. 018%,Nb 0. 02 O. 055%,Ti 0. 006 O. 025%,V 0. 02 O. 06%。軋制工藝采用兩階段軋制，一階段軋制溫度為118(T123(TC，二階段軋制溫度為89(T920°C，終軋溫度為85(T900°C，ACC終冷溫度為54(T600°C，適用于生產(chǎn)6(Tl00mm厚鋼板。首先該專利所涉及的成分設(shè)計(jì)中采用了 Nb、V、Ti三種合金元素，且含量較高，因此其生產(chǎn)制造成本過高；其次該方法僅適用于6(Tl00mm厚鋼板，不具有規(guī)格覆蓋性。此外該方法生產(chǎn)的鋼板的板厚效應(yīng)達(dá)到了 75MPa。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在滿足其值> 370MPa的前提下，化學(xué)成分簡(jiǎn)單，生產(chǎn) 成本低，工藝簡(jiǎn)單，在生產(chǎn)的板厚< 80mm范圍內(nèi)的鋼板之間的屈服強(qiáng)度差值< 20MPa的無板厚效應(yīng)的橋梁鋼及其生產(chǎn)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的措施
屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼，其組分及重量百分比含量為C :0. 10
O.16%, Si :0. 025 O. 50%, Mn :1. 20 I. 55%, P :彡 O. 015%, S :彡 O. 010%, Nb :0. 02 O. 05%,其余為Fe及不可避免的夾雜。生產(chǎn)屈服強(qiáng)度為370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼的方法，其步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；
2)對(duì)鑄坯加熱，加熱溫度控制為1050 1250°C，加熱速率控制為9 llmm/min；
3)進(jìn)行分段軋制控制粗軋終軋溫度不低于1050°C，末道次壓下量至少為20%;精軋溫度需根據(jù)板厚確定，即鋼板厚度在IOmm至小于25mm時(shí)，控制精軋開軋溫度在960 1000°C ；鋼板厚度在25mm至小于40mm時(shí)，控制精軋開軋溫度在910 950°C ;鋼板厚度在40mm至小于60mm時(shí),控制精軋開軋溫度在880 900°C ;鋼板厚度在60 80mm時(shí),控制精軋開軋溫度在850 870°C ；
4)進(jìn)行冷卻，鋼板終冷溫度為500 700°C;根據(jù)板厚控制冷卻速度在鋼板厚度在IOmm至小于25mm時(shí)，控制冷卻速度在6± 1°C /S ;鋼板厚度在25mm至小于40mm時(shí),控制冷卻速度在10±1°C /S ;鋼板厚度在40mm至小于60mm時(shí)，控制冷卻速度在13±1°C /S ;鋼板厚度在60 80mm時(shí)，控制冷卻速度在18±1°C /S ;
5)待用。本發(fā)明中各元素及主要工藝參數(shù)的作用及機(jī)理
元素方面
C :碳是鋼中主要的強(qiáng)度元素，增加碳可以大幅度提高鋼的強(qiáng)度，當(dāng)含量超過O. 18%時(shí)，鋼的低溫韌性顯著惡化，因此控制在O. 10 O. 16%。Si :硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的強(qiáng)化作用，當(dāng)含量低于O. I時(shí)，冶煉難度加大；當(dāng)含量超過O. 5%時(shí)，鋼的潔凈度降低，韌性和焊接性能下降，回火脆性增強(qiáng)，因此控制在O. 25 O. 50%。Mn :降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加奧氏體冷卻的過冷度，細(xì)化珠光體組織，以及改善其力學(xué)性能，能明顯提高鋼的淬透性，但是含量高時(shí)，將降低鋼的低溫韌性，因此控制在I.(Tl. 55%。Nb:鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)范圍，便于實(shí)現(xiàn)高溫軋制。鈮還可以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，具有顯著地細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用。Als :鋁是脫氧元素，可與N形成A1N，可細(xì)化晶粒，其含量不足O. 015%時(shí)，效果不佳，超過O. 05%時(shí)，脫氧作用趨于飽和，增加 鋼中夾雜物。因此控制在O. 015、. 040%。P :磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。S :硫元素增加鋼的熱脆性，硫含量高時(shí)，對(duì)焊接性能不利。主要工藝方面
粗軋工藝的確定1050°C以上為奧氏體再結(jié)晶溫度區(qū)間，因此粗軋終點(diǎn)溫度應(yīng)不低于1050°C，控制粗軋階段末道次的壓下率不低于20%的目的是保證奧氏體的晶粒充分破碎，并在終軋溫度下可以保證破碎后的奧氏體的晶粒部充分長(zhǎng)大。精軋工藝的確定根據(jù)不同的板厚度確定精軋開軋工藝，是保證不同鋼板厚度得到不同的晶粒細(xì)化等級(jí)，縮小薄板和厚板之間差距，即在相同精軋軋制工藝下，薄板總壓縮比較大，軋制晶粒本身較為細(xì)小強(qiáng)度固然較高，厚板總壓縮比小，晶粒細(xì)化不充分強(qiáng)度相對(duì)較低，因此對(duì)不同的板厚采取不同的精軋工藝，薄板采取高溫區(qū)軋制，使得軋后晶粒有一定的長(zhǎng)達(dá)區(qū)間，厚板采取低溫軋制，控制晶粒長(zhǎng)大，此外同樣會(huì)抑制Nb的固溶強(qiáng)化作用在厚板和薄板上的作用，使得薄板和厚板強(qiáng)度相近，減少板厚效益。冷卻工藝的確定該發(fā)明的方法是屬于一種低成本制造技術(shù)，鋼中僅有Nb合金，因此需要采取軋后加速冷卻，使在微合金的條件下得到較好的強(qiáng)度以符合要求。但不同的板厚對(duì)冷卻強(qiáng)度的敏感程度有較大差異，因薄板本身軋制強(qiáng)度相對(duì)偏高，因此需要采取弱冷水，其意義在于保證鋼板的沖擊，厚板采用強(qiáng)冷水，促使晶粒進(jìn)一步細(xì)化，提高強(qiáng)度，縮小薄板和厚板的強(qiáng)度差。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其特點(diǎn)
1、本發(fā)明所生產(chǎn)鋼板厚度彡80mm橋梁鋼板的屈服強(qiáng)度至少為370MPa；
2、本發(fā)明鋼板冶煉時(shí)所添加的合金元素僅為Nb，且含量較少，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較低；
3、本發(fā)明所生產(chǎn)的鋼板軋制工藝簡(jiǎn)單，且易于控制；
4、本發(fā)明所生產(chǎn)的l(T80mm鋼板的屈服強(qiáng)度最大波動(dòng)值彡20MPa，尤其5(T80mm鋼板的屈服強(qiáng)度波動(dòng)值< 15MPa，幾乎無板厚效應(yīng)。5、本發(fā)明所生產(chǎn)的鋼板因板厚效應(yīng)極小，因此易于鋼板的加工使用，特別適用于不同鋼板的拼裝、焊接等加工方式，可以使得整體構(gòu)建強(qiáng)度均勻、一致，安全性能更高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :生產(chǎn)的鋼板產(chǎn)品厚度為20毫米
其組分及重量百分比含量為c 0. 110%, Si 0. 34%, Mn 1. 28%, P :0. 013%, S O. 002%, Nb 0. 024%,余量為Fe及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1055 1065°C，加熱速率為9. 2mm/min ；3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在107(Tl080°C，末道次壓下量為21%;由于鋼板產(chǎn)品厚度為20毫米，故精軋開軋?jiān)?7(T980°C ；
4)進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為6°C/S下冷卻到505飛15°C ；
5)待用。進(jìn)行檢測(cè)，屈服強(qiáng)度392MPa，抗拉強(qiáng)度551MPa，延伸率27. 5%，_20°C沖擊功246J，d=3a冷彎合格。實(shí)施例2 :生產(chǎn)的產(chǎn)品鋼板厚度為30毫米
其組分及重量百分比含量為c 0. 131 %、Si 0. 30%, Mn 1. 33%, P 0. 014%, S O.004%, Nb 0. 021%，余量為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；
2)鑄坯加熱，加熱溫度在1095 1105°C，加熱速率為9.8mm/min ；
3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在109(Tll00°C，末道次壓下量為23%由于鋼板產(chǎn)品厚度為30毫米，精軋開軋?jiān)?15 925°C ；
4)進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為10°C/S下冷卻到585 595°C ；
5)待用。進(jìn)行檢測(cè)，屈服強(qiáng)度398MPa，抗拉強(qiáng)度549MPa，延伸率25. 5%，_20°C沖擊功273J，d=3a冷彎合格。實(shí)施例3 :生產(chǎn)的產(chǎn)品鋼板厚度為44毫米
其組分及重量百分比含量為C 0. 129%, Si 0. 32%, Mn :1. 42%, P :0. 015%, S
O.003%, Nb 0. 023%，余量為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為112f1130°C，加熱速率為10. 5mm/min ；
3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在112(Tll30°C，末道次壓下量為22.5% ;由于鋼板產(chǎn)品厚度為44毫米，精軋開軋溫度在89(T900°C ；
4)進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為13°C/S下冷卻到585飛95°C ；
5)待用。進(jìn)行檢測(cè)，屈服強(qiáng)度393MPa，抗拉強(qiáng)度555MPa，延伸率25. 5%，_20°C沖擊功273J，d=3a冷彎合格。實(shí)施例4 :鋼板產(chǎn)品厚度為60毫米
其組分及重量百分比含量為c為O. 144%,Si為O. 32%、Mn為I. 47%、P為O. 012%、S為O. 006%、Nb為O. 025%，余量為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1185 1195°C，加熱速率為9. 8mm/min ；3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在1125 1135°C，末道次壓下量為24%;由于鋼板產(chǎn)品厚度為60毫米，精軋開軋溫度在85(T860°C ；
4)進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為17°C/S下冷卻到585飛95°C ；
5)待用。進(jìn)行檢測(cè)，屈服強(qiáng)度397MPa，抗拉強(qiáng)度560MPa，延伸率24%，_20°C沖擊功221J，d=3a冷彎合格。實(shí)施例5 :鋼板厚度為80毫米
其組分及重量百分比含量為c為O. 154%,Si為O. 35%、Mn為I. 46%、P為O. 015%、S為O. 003%、Nb為O. 024%，余量為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)步驟
O按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；
2)鑄坯加熱，加熱溫度為1235 1245°C，加熱速率為10.Wmin ；
3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在1195 1205°C，末道次壓下量為26%;由于鋼板產(chǎn)品厚度為80毫米，精軋開軋溫度在86(T870°C ；
4)進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為19°C/S下冷卻到68(T690°C ；
5)待用。進(jìn)行檢測(cè)，屈服強(qiáng)度401MPa，抗拉強(qiáng)度559MPa，延伸率25. 5%，_20°C沖擊功238J，d=3a冷彎合格。從上述的5個(gè)實(shí)施例中可以看出，厚度為20mm的鋼板屈服強(qiáng)度為392MPa，厚度為80mm的鋼板屈服強(qiáng)度為401MPa，兩者之間的差值僅有9 MPa。說明采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度在80mm范圍內(nèi)的鋼板不存在厚度效應(yīng)問題。其在使用時(shí)具有良好的焊接性能，且成型性穩(wěn)定，不變形。對(duì)比例在相同化學(xué)成分下，采用4種產(chǎn)品鋼板厚度，即分別為22、32、50、64毫米，工藝采用現(xiàn)有工藝技術(shù)
化學(xué)成分
組分及重量百分比含量為C為O. 131%, Si為O. 33%、Mn為I. 42%、P為O. 013%、S為O. 005%, Nb為O. 026%，余量為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)步驟1)按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯；冶煉中，控制鋼坯內(nèi)部A、B、C、D類夾雜物總量不超過I. 5級(jí)；2)鑄坯加熱，均熱溫度為118(Tll93°C，加熱速率為
9.Γ10. 5mm/min ；3)進(jìn)行軋制粗軋終軋溫度在105(Tll20°C，精軋開軋?jiān)?00 1000。。；4)進(jìn)行冷卻，冷卻速度為12°C /S ；
力學(xué)檢測(cè)結(jié)果
厚度為22mm的屈服強(qiáng)度441MPa，抗拉強(qiáng)度585MPa，延伸率21. 5%，_20°C沖擊功120J，d=3a冷彎合格。厚度為32mm的屈服強(qiáng)度420MPa，抗拉強(qiáng)度570MPa，延伸率22. 5%，_20°C沖擊功143 J，d=3a冷彎合格?！?br> 厚度為50mm的屈服強(qiáng)度388MPa，抗拉強(qiáng)度553MPa，延伸率25. 5%，-20°C沖擊功176J，d=3a冷彎合格。
厚度為64mm的屈服強(qiáng)度372MPa，抗拉強(qiáng)度545MPa，延伸率29. 5%，_20°C沖擊功206J，d=3a冷彎合格。從對(duì)比例的4個(gè)不同厚度的鋼板力學(xué)檢測(cè)情況看，其最薄的22_的屈服強(qiáng)度為441MPa，最厚的64mm屈服強(qiáng)度為372MPa，兩者之間的差值達(dá)到69 MPa，最小的差值也大于15 MPa，足以說其對(duì)比例的鋼板厚度效應(yīng)的存在。上述實(shí)施例僅為最佳例舉，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定?！?br> 權(quán)利要求
1.屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼，其組分及重量百分比含量為C:0. 10 O. 16%, Si :0. 025 O. 50%, Mn :1. 20 I. 55%, P :彡 O. 015%, S :彡 O. 010%, Nb :0. 02 O. 05%,其余為Fe及不可避免的夾雜。
2.生產(chǎn)如權(quán)利要求I所述的屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼的方法，其步驟 1)按照潔凈鋼工藝進(jìn)行冶煉并連鑄成坯； 2)對(duì)鑄坯加熱，加熱溫度控制為1050 1250°C，加熱速率控制為9 llmm/min； 3)進(jìn)行軋制控制粗軋終軋溫度不低于1050°C，末道次壓下量至少為20%;精軋溫度需根據(jù)板厚確定，即鋼板厚度在IOmm至小于25mm時(shí),控制精軋開軋溫度在960 100(TC ;鋼板厚度在25mm至小于40mm時(shí)，控制精軋開軋溫度在910 950°C ;鋼板厚度在40mm至小于60mm時(shí),控制精軋開軋溫度在880 900°C ;鋼板厚度在60 80mm時(shí),控制精軋開軋溫度在850 870°C ； 4)進(jìn)行冷卻，鋼板終冷溫度為500 700°C;根據(jù)板厚控制冷卻速度在鋼板厚度在IOmm至小于25mm時(shí)，控制冷卻速度在6± 1°C /S ;鋼板厚度在25mm至小于40mm時(shí),控制冷卻速度在10±1°C /S ;鋼板厚度在40mm至小于60mm時(shí)，控制冷卻速度在13±1°C /S ;鋼板厚度在60 80mm時(shí)，控制冷卻速度在18±1°C /S ; 5)待用。
全文摘要
屈服強(qiáng)度370MPa級(jí)無板厚效應(yīng)的橋梁鋼及生產(chǎn)方法，其組分及wt%為C0.10～0.16%，Si0.025～0.50%，Mn1.0～1.55%，P≤0.015%，S≤0.010%，Nb0.02～0.05%；生產(chǎn)步驟按潔凈鋼工藝冶煉并連鑄成坯；對(duì)鑄坯加熱；軋制；冷卻；待用。本發(fā)明合金元素添加少，軋制工藝簡(jiǎn)單，且易于控制；所生產(chǎn)的10~80mm鋼板的屈服強(qiáng)度最大波動(dòng)值≤20MPa，尤其50~80mm鋼板的屈服強(qiáng)度波動(dòng)值≤15MPa，幾乎無板厚效應(yīng)，易于加工使用，特別適用于不同鋼板的拼裝、焊接等加工方式，可以使得整體構(gòu)建強(qiáng)度均勻、一致，安全性能更高。
文檔編號(hào)C22C38/12GK102936683SQ20121041940
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者洪君, 董漢雄, 王世森, 熊玉彰, 梁寶珠, 熊濤, 王建明, 王孝東, 余宏偉, 李銀華, 陳勇, 余愛華 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司