本發(fā)明涉及鋼鐵冶金材料中的低合金結(jié)構(gòu)鋼制造領(lǐng)域，具體地指一種正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：由于架設(shè)的區(qū)域不同，橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的性能需求也各有不同。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)橋梁鋼的品種開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模均居世界前列，同時(shí)也對(duì)橋梁鋼的質(zhì)量提出了更高的要求。我國(guó)橋梁鋼的用量每年大約在400萬(wàn)噸左右，隨著資源節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展要求，通過(guò)開(kāi)發(fā)合理可控的生產(chǎn)工藝提升鋼板的綜合性能來(lái)減少或代替合金的添加成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，一方面可減少合金資源的使用，節(jié)約資源，另一方面，合金量的減少，可降低其綜合成本，從而提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。公開(kāi)號(hào)為CN105220078A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種低屈強(qiáng)比耐候鋼及其制備方法，具有生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品合格率高，綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)，不僅能滿足現(xiàn)有工業(yè)對(duì)耐候鋼的高耐候性要求，還能滿足鋼材穩(wěn)定的力學(xué)性能要求，尤其是具有優(yōu)越的塑性和較高的強(qiáng)度。但其合金成本較高，且采用控軋工藝生產(chǎn)，屬于耐候鋼領(lǐng)域。公開(kāi)號(hào)為CN101921955A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種正火軋制生產(chǎn)韌性優(yōu)良管線鋼中厚板的方法，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)約，且鋼板具有優(yōu)良的低溫韌性。該發(fā)明的產(chǎn)品為管線鋼，控制適當(dāng)?shù)奶己渴潜ＷC產(chǎn)品具有較好強(qiáng)度的保證；然而，為了提高其強(qiáng)度和韌性，本發(fā)明添加了合金元素Nb，進(jìn)而增加了其合金成本。公開(kāi)號(hào)為CN102766808A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種微合金化橋梁鋼板及其正火軋制工藝，采用正火軋制工藝成型，可生產(chǎn)厚度為40mm以下規(guī)格的鋼板且具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度≥600MPa，屈服強(qiáng)度≥450MPa，延伸率≥20％，-40℃條件下縱向沖擊功大于120J，碳當(dāng)量不大于0.45％，生產(chǎn)成本低。然而由于其碳和錳的含量偏高，產(chǎn)品的焊接性能必定受到影響；另外，由于加入的Nb、Ni等合金元素較多，導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度較高，同時(shí)其合金成本大幅度增加。公開(kāi)號(hào)為CN103525998A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種正火軋制型細(xì)晶粒壓力焊接鋼管用寬厚鋼板及其制備方法，該發(fā)明鋼中錳的含量偏高，同時(shí)添加了Nb元素，導(dǎo)致合金成本增加；精軋終軋溫度在800～850℃，處于正火不完全區(qū)域，組織得不到完全均勻，細(xì)化，沖擊韌性必然受到影響；另外，有害元素P、S的要求偏低，影響鋼板的韌性和綜合性能；而且，該發(fā)明鋼對(duì)屈強(qiáng)比沒(méi)有限定。因此，嚴(yán)格控制摻入的合金種類和含量，開(kāi)發(fā)合理可控的生產(chǎn)工藝，研發(fā)出綜合成本低、低溫韌性優(yōu)異的新型高強(qiáng)度橋梁用結(jié)構(gòu)鋼具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述不足，解決目前國(guó)內(nèi)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)中的一些技術(shù)瓶頸，提供一種摻入合金種類及含量少、工藝合理可控、綜合性能優(yōu)良的高強(qiáng)度橋梁用結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼，鋼的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C：0.08～0.17％，Si≤0.55％，Mn：0.90～1.70％，P≤0.015％，S≤0.003％，V：0.015～0.055％，Ti：0.015～0.055％，Ca：0.005～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)，且Ti/N≥3.4。進(jìn)一步地，鋼的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C：0.10～0.15％，Si≤0.55％，Mn：1.35～1.55％，P≤0.010％，S≤0.003％，V：0.020～0.050％，Ti：0.025～0.045％，Ca：0.008～0.015％，N≤0.008％，Als≥0.015％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。進(jìn)一步地，鋼的化學(xué)成分及其重量百分比如下：C：0.12％，Si：0.25％，Mn：1.40％，P：0.005％，S：0.001％，V：0.025％，Ti：0.030％，Ca：0.010％，N：0.003％，Als：0.025％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼中各化學(xué)成分的作用如下：碳(C)：碳是提高鋼的強(qiáng)度的有效元素，當(dāng)其含量較高時(shí)，塑韌性降低，焊接性能降低；由于正火軋制鋼的強(qiáng)度不高，要保證一定的強(qiáng)度，C含量需要得到保證。因此，本發(fā)明控制C含量范圍為：0.08～0.17％。硅(Si)：硅是常用的還原劑和脫氧劑，有固熔強(qiáng)化作用，有利于提高鋼的彈性極限和改善其綜合性能，但Si含量較高時(shí)，降低了鋼的韌性、塑性及延展性，易導(dǎo)致冷脆不利于焊接。因此，本發(fā)明Si的含量為≤0.55％。錳(Mn)：錳是重要的強(qiáng)韌化元素，不僅能改善鋼的韌性，而且能提高鋼的強(qiáng)度和硬度；但是Mn含量增高，降低焊接性能。綜合考慮，本發(fā)明控制Mn的含量范圍為：0.90～1.70％。磷(P)：磷在鋼中為有害元素，其含量要嚴(yán)格控制，高的P含量會(huì)增加鋼的冷脆傾向，降低鋼的韌性，惡化焊接性能和加工性能。本發(fā)明的P含量控制為≤0.015％。硫(S)：硫元素易與鋼中的合金元素生產(chǎn)硫化物，對(duì)低溫韌性十分不利。硫化物夾雜的存在，不利于鋼的韌性、延伸率和斷面收縮率，而且容易引起應(yīng)力集中造成疲勞裂紋，導(dǎo)致鋼的抗疲勞性能降低，控制鋼中S元素含量，降低非金屬夾雜物水平，生產(chǎn)低溫韌性優(yōu)良的潔凈鋼，對(duì)于保證本發(fā)明鋼的低溫韌性尤為重要。本發(fā)明鋼的S含量控制為≤0.003％。釩(V)：釩是一種相當(dāng)強(qiáng)烈的碳化物形成元素，適量的V具有明顯的沉淀析出強(qiáng)化作用。V的碳化物的析出溫度在500～650℃左右，這個(gè)析出過(guò)程中鋼的強(qiáng)度得到提升，因此對(duì)于正火軋制的鋼種來(lái)說(shuō)，V元素的強(qiáng)化作用非常關(guān)鍵；但V含量過(guò)高，沉淀強(qiáng)化作用顯著，但基材和熱影響區(qū)韌性變差。因此本發(fā)明限定V的含量范圍為：0.015～0.055％。鈦(Ti)：鈦是一種強(qiáng)碳、氮化物形成元素，形成的Ti(C，N)等顆粒非常穩(wěn)定，能有效釘軋晶界，阻止γ晶粒長(zhǎng)大，因而起到細(xì)化晶粒的作用，它能顯著提高鋼的室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和鋼的韌性。在控軋低碳鋼中，添加0.015％左右的鈦，可改善鋼的鑄態(tài)組織，在鋼的二次加熱過(guò)程中阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，并在隨后的高溫奧氏體區(qū)軋制時(shí)通過(guò)Ti(C，N)的析出，抑制奧氏體再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大。另外，鈦的氮化析出物能有效釘軋奧氏體晶界，抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，大大改善鋼的焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。過(guò)高的Ti含量會(huì)導(dǎo)致鋼的塑、韌性降低。本發(fā)明Ti含量范圍為：0.015～0.055％。鈣(Ca)：鈣是脫氧元素，將硫化物夾雜物球化，提高基材的低溫韌性；Ca含量過(guò)高時(shí)，則會(huì)形成許多大型含Ca混合夾雜物，不利于基材的韌性和塑性。本發(fā)明的Ca含量范圍控制為：0.005～0.015％。氮(N)：鋼中N含量過(guò)高時(shí)，不利于鋼的時(shí)效性能，本發(fā)明的N含量控制為≤0.008％。本發(fā)明鋼中添加較多的Ti元素，鋼中TiN會(huì)生成較多的TiN夾雜物，對(duì)鋼的韌塑性尤為不利。研究表明，在冶煉過(guò)程中，控制鋼中的Ti/N≥3.4時(shí)，鋼中TiN的生成量最少。因此，本發(fā)明進(jìn)一步的限定鋼中Ti/N≥3.4。鋁(Al)：鋁是鋼中的主要脫氧元素，同時(shí)能夠細(xì)化晶粒、固定N元素。本發(fā)明中控制Al含量為≥0.015％。進(jìn)一步地，本發(fā)明的正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)嚴(yán)格控制摻入的合金種類和含量，開(kāi)發(fā)合理可控的生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)良綜合性能的橋梁用結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度ReL≥355MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥510MPa，屈強(qiáng)比ReL/Rm≤0.75，-40℃沖擊吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％。上述正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：高爐鐵水、鐵水預(yù)脫硫、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、板坯加熱、正火軋制和ACC控制冷卻；板坯加熱步驟中，加熱溫度為1200～1280℃，加熱時(shí)間為180～300min，均熱時(shí)間為25～45min，出鋼溫度為1220～1260℃；正火軋制步驟中，分兩階段控制軋制，粗軋和精軋均采用四輥可逆雙機(jī)架中厚板軋機(jī)完成軋制，粗軋階段開(kāi)軋溫度≥1100℃，終軋溫度≥1000℃，粗軋6～8道次，前三道次每道次壓下率≥21％，累計(jì)壓下率≥75％，精軋階段開(kāi)軋溫度≤980℃，終軋溫度為870～920℃，精軋6～8道次，累計(jì)壓下率≥60％；ACC控制冷卻步驟中，開(kāi)冷溫度為780～850℃，終冷溫度為550～700℃，冷卻速度為3.6～15℃/s。進(jìn)一步地，所述鐵水預(yù)脫硫采用KR攪拌法脫硫工藝，鐵水溫度≥1250℃。進(jìn)一步地，所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉步驟中，控制終渣堿度為3.5～4.5。進(jìn)一步地，所述RH精煉步驟中，真空槽的真空度為67Pa以下，保持時(shí)間15min以上，真空處理結(jié)束后喂入Ca線進(jìn)行成分微調(diào)，使鋼中組分滿足重量百分比的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明采用低合金化的成分設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，獲得具有高強(qiáng)度、高塑韌性以及良好的焊接性能的橋梁用結(jié)構(gòu)鋼，其性能指標(biāo)滿足屈服強(qiáng)度ReL≥355MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥510MPa，屈強(qiáng)比ReL/Rm≤0.75，-40℃沖擊吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％，應(yīng)用前景廣闊。2、從生產(chǎn)工藝上看，本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐連鑄+正火軋制+控制冷卻的生產(chǎn)工藝，具有工藝路線簡(jiǎn)單可控，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色鋼種的設(shè)計(jì)要求。綜上所述，本發(fā)明的正火軋制的低屈強(qiáng)比橋梁用結(jié)構(gòu)鋼與國(guó)內(nèi)外同等級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼相比，合金成本低，制造工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，屬于資源節(jié)約型鋼種，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例1-12的鋼板的化學(xué)元素質(zhì)量百分配比如表1所示，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。表1本發(fā)明各實(shí)施例的取值列表(wt％)實(shí)施例CSiMnPSVTiCaNAlsTi/N10.080.301.200.0100.0020.0250.0300.0050.0050.018620.080.450.900.0080.0010.0200.0550.0100.0080.0206.930.100.401.650.0130.0020.0500.0300.0150.0060.035540.120.351.600.0140.0020.0450.0250.0100.0050.030550.120.401.500.0150.0030.0450.0150.0150.0030.025560.120.250.950.0120.0020.0300.0250.0100.0040.0156.370.0140.301.550.0120.0030.0450.0300.0120.0070.0254.380.150.551.700.0070.0010.0550.0200.0150.0020.0351090.150.501.350.0060.0030.0250.0450.0050.0050.0259100.160.281.500.0110.0020.0400.0270.0130.0040.0286.8110.170.251.100.0090.0020.0150.0300.0100.0060.0205120.170.351.450.0050.0010.0400.0550.0150.0040.01513.8本發(fā)明各實(shí)施例的鋼板的生產(chǎn)方法包括如下步驟：高爐鐵水、鐵水預(yù)脫硫、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉、板坯連鑄、鑄坯緩冷、板坯加熱、正火軋制和ACC控制冷卻。鐵水預(yù)脫硫步驟采用KR攪拌法脫硫工藝，鐵水溫度≥1250℃。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉步驟中，控制終渣堿度為3.5～4.5。RH精煉步驟中，真空槽的真空度為67Pa以下，保持時(shí)間15min以上，真空處理結(jié)束后喂入Ca線進(jìn)行成分微調(diào)，使鋼中組分滿足重量百分比的要求。板坯加熱步驟中，加熱溫度為1200～1280℃，加熱時(shí)間為180～300min，均熱時(shí)間為25～45min，出鋼溫度為1220～1260℃。正火軋制步驟中，分兩階段控制軋制，粗軋和精軋均采用四輥可逆雙機(jī)架中厚板軋機(jī)完成軋制，粗軋階段開(kāi)軋溫度≥1100℃，終軋溫度≥1000℃，粗軋6～8道次，前三道次每道次壓下率≥21％，累計(jì)壓下率≥75％，精軋階段開(kāi)軋溫度≤980℃，終軋溫度為870～920℃，精軋6～8道次，累計(jì)壓下率≥60％。ACC控制冷卻步驟中，開(kāi)冷溫度為780～850℃，終冷溫度為550～700℃，冷卻速度為3.6～15℃/s。各實(shí)施例的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)如表2所示。表2本發(fā)明各實(shí)施例的主要工藝參數(shù)列表各實(shí)施例的性能參數(shù)如表3所示。表3本發(fā)明各實(shí)施例性能參數(shù)表經(jīng)過(guò)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的鋼板進(jìn)行常溫拉伸性能和沖擊性能的測(cè)試，結(jié)果表明本發(fā)明的橋梁用結(jié)構(gòu)鋼性能指標(biāo)滿足屈服強(qiáng)度ReL≥355MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥510MPa，屈強(qiáng)比ReL/Rm≤0.75，-40℃沖擊吸收功KV2≥165J，延伸率A≥22％。本發(fā)明鋼冶金質(zhì)量?jī)?yōu)異，采用轉(zhuǎn)爐連鑄+正火軋制+控制冷卻工藝生產(chǎn)，具有成本低廉，制造工序簡(jiǎn)單，效率高等優(yōu)點(diǎn)，易于大規(guī)模生產(chǎn)。在各冶金企業(yè)均可實(shí)施。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。其它未經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3