一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢及其制造方法与流程

1.本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢及其制造方法。


背景技术：

2.随着大型钢结构桥梁向全焊接结构和高参数方向发展，对桥梁结构的安全可靠性要求越来越严格。这不仅对设计者提出了更高的要求，而且对钢板质量提出了更高的水准，即不仅具有高强度以满足结构轻量化要求，而且还应具有优良的低温韧性、焊接性和耐蚀性等，以满足钢结构的安全可靠、长寿等要求。
3.传统的高强度桥梁钢不仅冲击韧性、焊接性、屈强比、各向同性差，而且不能耐大气腐蚀，同时，不同桥梁结构类型需要对等截面钢板进行大量的切割及焊接，严重影响了施工效率和施工质量，因此国内外材料工作者对新一代桥梁钢提出了更高的要求，除了具备较高强度外，钢材的焊接性、低温韧性、抗震性、加工性、腐蚀性、性能均匀性等有加大幅度的提高。
4.目前，现有桥梁用钢钢已能满足桥梁领域市场的大部分需求，但高强度级别综合性能优良的特殊钢材仍是世界各国的发展的目标，高服役安全性的超高强钢板其科研问题难度高，生产工艺严格，对设备要求高，开发难度大。技术特征和指标的复杂性、多样性显著增加了各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢的研发难度。首先，钢板厚度的增加会导致轧制过程中钢板表面到心部的变形量差异较大，厚度方向冷却均匀性降低，各项同性较差。再次，对于变截面桥梁钢，由于薄、厚端轧制温度及变形量的不同，其强韧均匀性也较难控制，同时桥梁钢需要具有良好的耐蚀性和焊接性能，需要进一步对成分进行优化设计。
5.目前，国内外对高强韧、耐候桥梁钢板有一些研究，经检索发现了部分专利和文献，但其所记载的内容与本发明的技术方案所述成分、生产方法、性能、产品类别等方面存在明显差异。
6.专利cn 109797342 a公开了一种用于钢结构制作的高强度、高韧性、耐大气腐蚀钢板及其制造方法，化学成分以质量分数计包括：c：0.03％～0.10％，si：0.30％～0.50％，mn：1.10％～1.50％，p《0.010％，s《0.003％，cr：0.45％～0.70％，cu：0.25％～0.40％，ni：0.30％～0.40％，alt：≥0.030％，ti：0.006％～0.030％，v：0.040％～0.080％，mo：0.02％～0.08％，ca：0.0010％～0.0030％，n：0.0020％～0.0080％，b：0.0002％～0.0030％，ce：0.001％～0.010％，耐大气腐蚀指数i》6.5，cev《0.54，pcm《0.27，余量为fe和不可避免的杂质。该专利采用化学成分设计和钢板调制工艺获得具有贝氏体组织的高性能钢板，能够用于桥梁、高层建筑等钢结构制作。但该专利得到的钢板不具有较低的屈强比，安全性能不好，且添加ca、b、ce等稀有元素，冶炼困难，提高生产生产成本，并且碳当量过高，焊接性能较差，还需要调质处理，工艺复杂。
7.专利cn 107557665 a公开了一种屈服强度345mpa级稀土耐候桥梁钢板及其生产方法，化学成分以质量分数计包括：c：0.04％～0.06％，si：0.20％～0.30％，mn：1.10％～
1.30％，p《0.015％，s《0.008％，cr：0.40％～0.50％，cu：0.25％～0.35％，ni：0.30％～0.40％，als：0.024％～0.034％，nb：0.01％～0.02％，ce：0.0005％～0.0030％，余量为fe和不可避免的杂质。该钢板具有低屈强比、良好耐腐蚀性能、低温韧性、冷成型性能、焊接性能、可以免涂装使用的优点；但强度较低，不能满足大跨度钢结桥梁要求，且添加稀土元素，冶炼困难，提高生产生产成本。
8.专利cn 110541117 a公开了一种低预热温度焊接的620mpa级高性能桥梁钢及其制备方法，化学成分以质量分数计包括：c：0.051％～0.091％，si：0.41％～0.50％，mn：1.65％～2.15％，p《0.010％，s《0.003％，nb：0.06％～0.09％，ti：0.015％～0.03％，cr：0.35％～0.65％，ca：0.0019％～0.0045％，ce：0.02％～0.04％，余量为fe和不可避免的杂质。通过上述成分控制及钢板的生产工艺控制，制得的钢板强度、低温韧性、焊接性能优良，其中焊接预热温度小于等于30℃，能满足有一定要求的公路桥梁、铁路桥梁及公铁两用桥梁。但该钢板不具有较低的屈强比，延伸率较低，抗震性能差，且不具备耐候性能，综合性能较差。
9.专利cn 108396245 a公开了一种345mpa级的一端薄、一端厚的楔形钢板，通过采用两罐不同成分的钢水浇铸成化学成分沿长度变化的连铸坯，然后进行轧制，从而使其轧制的楔形钢板的力学性能趋于均匀，但是其工艺复杂，在实际生产中很难实现，并且只适用于一端薄、一端厚的楔形钢板，且强度仅为345mpa级别，不具有耐候性能，不能满足大跨度桥梁结构的应用。
10.综上所述，现有技术对桥梁用钢板的研究尚有不足，目前桥梁钢板主要存在以下问题：
11.1、稀有元素添加较多，冶炼困难，成本较高。
12.2、高强度钢板需要调质热处理，生产工艺复杂，生产周期长。
13.3、钢板为等截面钢板，不能满足用户个性化的实际需求。
14.4、钢板强度较低，韧性较差，不能满足寒冷地区桥梁工程。
15.5、钢板的屈强比偏高，各项同性差，对桥梁的抗震安全有一定影响。
16.6、钢板不具有耐候性能，需要涂装，不环保。


技术实现要素：

17.本发明目的是为了克服现有技术的缺陷，提供了一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢及其制造方法。按照本发明钢的化学成分及生产工艺要求生产的产品具有超高强度、高韧性、低屈强比、高塑性及优异的耐候性与焊接性能，整板性能均匀，横、纵向性能差异极小。
18.本发明成分设计通过低c和低mn改善材料的焊接性能和韧性，利用nb、ti元素抑制奥氏体晶粒长大并在奥氏体转变过程中的促进形核作用来细化晶粒，控制钢板厚度心部组织，提高组织均匀性；利用nb抑制奥氏体再结晶的作用，提高轧制温度，促使晶粒细化，保证钢板板型；同时利用cr、mi、cu等元素提高钢板的耐候性，并且cr、mo配合添加还可以增加钢板的淬透性，在空冷或水冷过程中提升冷却速率，细化晶粒，达到强度的提升和厚度方向组织的均匀性。配以相应的冶炼、加热、轧制、热处理等生产工艺获得多形状、大厚度、高强韧、低屈强比、优异的耐候性、焊接性、各向同性等综合性能及理想的微观组织。
19.为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
20.本发明一方面提供一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢，其化学成分重量百分比为：
21.c：0.02％～0.05％、si：0.25％～0.45％、mn：1.00％～1.40％、p≤0.010％、s≤0.003％、nb：0.02％～0.05％、ni：0.40％～0.70％、cu：0.25％～0.45％、mo：0.10％～0.20％、cr：0.50～0.80％、ti：0.005％～0.020％、b：0.0010％～0.0025％、al：0.01％～0.04％，cev：0.36％～0.52％，pcm：0.13％～0.20％，耐大气腐蚀性指数i≥6.30，余量为铁和不可避免的杂质。
22.上述技术方案中，进一步地，钢板最终显微组织由铁素体、珠光体、贝氏体构成；其中，铁素体为11～28％，珠光体为3～7％，贝氏体为69～82％。
23.上述技术方案中，进一步地，钢板的屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，断后伸长率≥21％，屈强比≤0.83，-40℃冲击功≥200j；同板薄、厚端屈服强度差≤25mpa、抗拉强度差≤25mpa、断后伸长率差≤3％，屈强比差≤0.02、-40℃冲击功差≤30j；同一位置横、纵向的拉伸强度比≤5％、冲击功比≤5％。
24.本发明的各化学组分的选用原理及含量设计理由如下：
25.c：本发明c可以通过间隙固溶发挥强化作用，还可以与nb等合金元素作用形成细小的碳化物析出，在轧制变形或奥氏体相变之前析出，阻碍晶粒长大，提高形核率，细化组织；但是，c含量过高会使钢板在轧制过程中形成明显的带状组织，严重影响钢板各方向性能的一致性，而且，c含量过高会增加钢的碳当量，恶化钢板的焊接性能和低温韧性。所以，c含量也不能过高，本发明c含量控制在0.02％～0.05％较为适宜。
26.si：si是钢中脱氧元素之一，同时si具有较强的固溶强化作用，可以净化铁素体，减小珠光体的含量，有利于减少基体材料的包辛格效应，降低钢板的屈强比。但过量的si会降低母材焊接热影响区的韧性，恶化钢的韧性及焊接性能。因此本发明中si含量的控制在0.25％～0.45％较为适宜。
27.mn：mn可大量固溶于fe基体中，是扩大奥氏体相区元素，提高奥氏体稳定性，抑制钢板加速冷却前的相变晶粒长大，发挥细化晶粒作用，提高钢板强度；mn含量低于1.0％时，对钢板强度影响较小，但是mn含量过高会易抑制铁素体转变，影响钢的屈服强度，不利于降低屈强比，过高的mn含量会诱发偏析，造成较多的带状组织，恶化钢板组织均匀性和厚度方向层状撕裂性能，同时影响各向性能一致，且不利于焊接，本发明认为将mn含量控制在1.00％～1.40％较为适宜。
28.p、s：p、s在本发明中为有害杂质元素，含量越低越好。其中，过高的p会导致组织偏析，对各向同性和低温韧性有明显的不利影响，本发明将p控制在≤0.010％；s含量增加会促进夹杂物的生成和长大，恶化低温性能和厚度方向性能，因此，s≤0.003％。
29.nb：本发明中nb的作用包括；(1)在轧制过程中析出，钉扎晶界，促进形核，有效细化晶粒，从而提高强度和改善韧性；(2)降低奥氏体相变温度，能够提高再结晶温度，在高温轧制下细化晶粒，提高钢板强度，有利于板型轧制控制；(3)回火过程中有部分nb的c、n化物，保证钢板强度。但是，nb含量过高会恶化焊缝和热影响区韧性，还会增加成本，本发明认为将nb含量控制在0.02％～0.05％较为适宜。
30.cr：cr是本发明中提高钢板耐候性的主要元素，cr元素在锈层内部产生富集，同时
还可以促进fe
3+
的还原反应，形成了铁铬铜多合金氧化物，细化锈层颗粒，从阻碍cl-的侵蚀。cr还可提高钢板的淬透性能，细化晶粒，提高钢板的抗拉强度，降低屈强比，但是过高的cr易产生碳化物析出，影响钢种的韧性，从经济性、焊接性和强韧性等方面综合考虑，本发明认为将cr含量控制在0.50％～0.80％较为适宜。
31.mo：mo可以提高钢的淬透性，抑制p、s等杂质元素在晶界的偏聚，降低回火脆性。mo还可以起到稳定锈层，提高耐候性的独特作用。适量mo还可以降低屈强比，提高钢板抗震性能。mo与nb同时加入时还可促进高温稳定性较高的nb细小碳氮化合物析出，从而进一步提高钢板强度。但过高的mo会与c结合降低钢板的塑性与低温韧性，且成本较高，本发明认为将mo含量控制在0.10％～0.20％较为适宜。
32.cu：cu能改善钢的淬透性，可以明显提高厚钢板的心部强度，也是重要的提高耐候性的元素，在厚钢板缓慢冷却过程中，适量cu通过自回火可析出ε-cu，提高钢板强度。cu含量过高时，会使钢板产生热裂纹，降低钢板的塑性。本发明认为将cu含量控制在0.25％～0.45％较为适宜。
33.ni：ni可以有效提高钢的低温韧性，同时可以抑制氯离子对钢材的腐蚀，也可以改善铜在钢中引起的热脆性，同时ni还可以提高钢板热处理后的各向同性。但是镍是贵重金属，大量添加会急剧增加成本，且影响焊接性能，根据性能要求添加合适量，本发明ni的含量控制在0.40％～0.70％；
34.ti：ti可以发挥固氮效果，形成以tin为主的析出相，能抑制高温条件下奥氏体的晶粒长大，也可以改善焊后热影响区韧性，在焊接过程中，tin粒子阻止热影响粗晶区晶粒长大，提高焊接接头低温韧性。另外ti由于较低的固溶度，易在奥氏体到铁素体的转变过程中以相间析出的形式出现，提高强度。但过多的ti会降低钢的韧性，本发明认为将ti含量控制在0.005％～0.020％较为适宜。
35.b：b元素可以提高钢板淬透性，微量的b元素即可有明显的提高淬透性效果，保证钢板强度，但是b元素过量时钢板脆性增加，焊接裂纹倾向增加，因此，本发明将b元素控制在0.001％～0.0025％。
36.al：al是强脱氧元素，还可与n结合形成aln，能够起到细化晶粒作用，提高低温冲击韧性，降低钢的脆性转变温度。如果形成aln还有细化组织的作用。当al的含量超过0.040％，过量的氧化铝夹杂会降低钢的洁净度。al含量过低则脱氧不充分，ti等易氧化元素就会形成氧化物，本发明认为al含量控制0.010％～0.040％为宜。
37.本发明另一方面提供一种上述各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢的制造方法，包括：轧制、冷却、矫直、热处理，具体步骤如下：
38.(1)轧制：将连铸坯在炉温650～750℃时装入加热炉，目的是使钢坯在低温阶段保持内外温度一致，为高温段组织均匀做好准备；连铸坯加热段温度1120～1230℃，均热段温度1110～1220℃，均热段保温时间3.7～5.3h，使c、n化物充分溶解，特别是nb、mo元素的固溶，避免铸态组织异常长大；同时，保证奥氏体晶粒充分长大，为奥氏体形变提供充分的变形动力；此外，坯料尺寸设计时应该保证转钢后钢坯宽度不超过轧机辊身长度；粗轧阶段采用纵向-横向轧制工艺，粗轧开轧温度为1000～1100℃，纵向轧制累计压下率为20～30％，横向轧制累计压下率为20～40％，粗轧终轧温度为950～1050℃，粗轧阶段累计压下率≥60％；采用纵向-横向轧制的目的是改善轧制过程中在钢板内部产生的带状组织和织构取
向，弱化轧制组织对横纵向力学性能的影响，为后续热处理做好组织准备；高温段横向轧制可以改善板坯铸态组织，粗轧阶段的轧制温度和变形工艺使奥氏体晶粒再结晶并且抑制晶粒长大，利用多道次大压下率变形叠加效果，促进奥氏体发生再结晶，达到晶粒细化目标，适宜本发明各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢板的生产；
39.精轧阶段采用纵向变厚度轧制，精轧参数与成品钢板厚端厚度关系如下：
40.成品钢板厚端厚度≤20mm，中间坯厚度为5～9t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为920～970℃，精轧终轧温度为850～890℃，钢板厚端单道次变形率不低于15％；
41.20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，中间坯厚度为3～6t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为890～960℃，精轧终轧温度为840～880℃，钢板厚端单道次变形率不低于13％；
42.30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，中间坯厚度为2.5～4.0t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为880～940℃，精轧终轧温度为820～860℃，钢板厚端单道次变形率不低于12％；
43.50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，中间坯厚度为2.0～3.5t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为860～900℃，精轧终轧温度为800～840℃，钢板厚端单道次变形率不低于10％；
44.适宜的中间坯厚度既可以满足未再结晶区奥氏体变形和形变能的积累，又能保证在原铸坯厚度一定的情况下粗轧阶段获得足够的变形率，达到晶粒细化目的；非再结晶区单道次大压下量进一步促使奥氏体进一步细化，改善使铸坯内部细小缺陷，提高钢板的各向同性及强韧性；较高的轧制和返红温度可以降低纵向变厚度钢板轧制时轧机的负荷，确保钢板板型控制精准；
45.(2)冷却：轧制后采用水冷方式进行冷却，冷却参数与成品钢板厚端厚度关系如下：
46.成品钢板厚端厚度≤20mm，开冷温度750～780℃，返红温度为580～650℃；
47.20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，开冷温度740～770℃，返红温度为500～600℃；
48.30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，开冷温度710～740℃，返红温度为480～550℃；
49.50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，开冷温度690～720℃；
50.控制开冷温度，钢板在此温度区间会生成大量的铁素体组织，保证钢板具有较高的塑韧性，加速冷却可以进一步细化奥氏体晶粒组织，提高钢板的强度；控制返红温度，在此温度区间钢板可形成部分贝氏体组织，提高基体强度，适宜的返红温度为后续矫直提供合适的温度，避免矫直时矫直力过大，造成板型不良。
51.(3)矫直：通过热矫直机进行矫直，矫直温度与成品钢板厚端厚度关系如下：
52.成品钢板厚端厚度≤20mm，矫直温度≥550℃；
53.20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，矫直温度≥480℃；
54.30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，矫直温度≥450℃；
55.50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，矫直温度≥400℃；
56.(4)热处理：回火温度为550～650℃，回火保温时间为3～5min/mm，目的是进一步提高钢板各项同性，降低钢板残余应力，从而改善钢板组织均匀性。
57.上述制造方法制得的钢板最终微观组织以细小的铁素体+珠光体+贝氏体组织，组
织均匀，其中少量贝氏体组织可以进一步提高钢板的抗拉强度，降低屈强比。钢板具有较高的强度、优异的塑性、低屈强比、低温韧性、良好的耐候性、焊接性能和各项同性，满足各类桥梁工程需求，降低桥梁工程用钢总量。
58.上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，连铸坯的制备方法包括以下步骤：
59.a.铁水预处理后进行转炉冶炼和炉外精炼，其中，在lf精炼处理净吹氩时间≥5min，rh抽真空脱气，对钢水进行ca处理和微ti处理，净循环时间≥5min；精炼及脱气处理可有效减少杂质元素；
60.b.连铸中间包目标过热度≤30℃，全程保护浇注，并投入轻压下，控制连铸坯厚度/成品钢板最大厚度≥6.0，浇注过热度的控制和轻压下可以有效减少铸坯质量缺陷；增大连铸坯到成品钢板的压缩比可以有效控制晶粒尺寸。
61.上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，连铸坯以4～6℃/min的速率升温，避免钢坯受热过快导致钢坯内部受热不均。
62.上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，精轧阶段轧制速度与成品钢板厚端厚度关系如下：
63.成品钢板厚端厚度≤20mm，轧制速度1.3～2.7m/s；
64.20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，轧制速度1.2～2.6m/s；
65.30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，轧制速度1.1～2.4m/s；
66.50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，轧制速度0.9～1.8m/s；
67.上述技术方案中，进一步地，步骤(2)中，冷却速度与成品钢板厚端厚度关系如下：
68.成品钢板厚端厚度≤20mm，冷却速度为3～10℃/s；
69.20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，冷却速度为6～14℃/s；
70.30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，冷却速度为10～18℃/s；
71.50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，冷却速度为12～20℃/s。
72.上述技术方案中，进一步地，步骤(3)中，平行段矫直速度为0.2～0.4m/s，变厚度段矫直速度为0.1～0.20m/s；根据钢板变厚度规格，矫直进入变厚度段时匀速增加/减小矫直辊缝，上矫直辊联动上升/下降，其中，上升/下降辊速计算公式为：
73.上升/下降辊速＝变厚度
×
矫直速度/变厚度段水平长度
74.钢板的变厚度≤50mm，以保证钢板整板温度均匀性及良好的板型；其中，钢板的变厚度＝钢板的厚端厚度-钢板的薄端厚度。
75.图1所示为三种类型lp钢板示意图，如图所示本发明中钢板的厚端、薄端、平行段、变厚段的含义如下：
76.01钢板中，h1为薄端、h2为厚端、l1为变厚段；
77.02钢板中，h
’1为薄端、h
’2为厚端、l
’1为变厚段、l
’2为平行段；
78.03钢板中，h”1
为薄端、h”2
为厚端、l”1
为平行段、l”2
为变厚段、l”3
为平行段。
79.本发明的有益效果为：
80.(1)本发明成分通过低c和低mn设计改善材料韧性，利用nb、ti元素抑制奥氏体晶粒长大并在奥氏体转变过程中的促进形核作用来细化晶粒，提高再结晶温度，保证钢板在高温下组织均匀性，通过价格低廉的cr元素添加提高钢板淬透性，使钢板强度进一步提升。
81.(2)本发明通过添加适量的ni、cu、mo等耐候性元素，耐大气腐蚀性指数i≥6.3，在
提升钢板淬透性的同时极大的提高了钢板的耐候性，减少了桥梁工程的涂装甚至是免涂装，具有节约资源、绿色环保效果。
82.(3)本发明钢板的cev：0.36～0.52，pcm：0.13～0.20，焊接性能优异，可提高构件加工效率。
83.(4)本发明配以相应的独特生产工艺解决了高强度桥梁钢板型控制稳定差、耐候性能差等综合难题；采用tmcp+回火轧制工艺，可进一步提高生产效率，能够生产多种形状lp钢板，降低桥梁工程整体结构重量，提升桥梁结构工程的施工效率和整体安全。
84.(5)本发明通过纵向-横向-纵向交替轧制工艺，改善轧制过程中在钢板内部产生的带状组织和织构取向，通过后续回火处理进一步消除条带状奥氏体晶粒对钢板横纵向冲击韧性的影响。
85.(6)本发明制得的钢板的厚端最大厚度为60mm，最大变厚度为50mm，可生产多种变厚度规格尺寸，满足多种形状的纵向变厚度桥梁用钢需求。
86.(7)钢板屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，断后伸长率≥21％，屈强比≤0.83，-40℃冲击功≥200j，同板性能均匀：同板薄、厚端强度差≤25mpa、断后伸长率差≤3％、屈强比差≤0.02、冲击功差≤30j，同一位置横、纵向的强度、冲击功差≤5％，钢板组织为细小的铁素体+珠光体+贝氏体。
附图说明
87.图1为lp钢板的类型示意图；
88.图2为本发明实施例5的金相组织。
具体实施方式
89.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
90.实施例1-10
91.本发明实施例1-10的钢的化学成分见表1；
92.表1实施例1-10钢的化学成分(wt％)
[0093][0094][0095]
cev(％)＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15
[0096]
pcm(％)＝c+si/30+mn/20+cu/20+ni/60+cr/20+mo/15+v/10+5b
[0097]
耐大气腐蚀性指数i＝26.01(％cu)+3.88(％ni)+1.20(％cr)+1.49(％si)+17.28(％p)-7.29(％cu)(％ni)-9.10(％ni)(％p)-33.39(％cu)2[0098]
本发明实施例1-10钢的cev、pcm、i值数值见表2。
[0099]
表2实施例1-10钢的cev、pcm、i值数值
[0100]
实施例cev(％)pcm(％)i值10.370.136.3220.390.156.9630.500.197.0640.450.186.8750.490.196.6660.480.197.1570.510.197.1780.450.186.9290.400.166.79100.520.206.95
[0101]
上述各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢的制造方法，包括：冶炼、连铸、轧制、冷却、矫直、热处理，具体步骤如下：
[0102]
(1)冶炼和连铸：铁水预处理后进行转炉冶炼和炉外精炼，其中，在lf精炼处理净吹氩时间≥5min，rh抽真空脱气，对钢水进行ca处理和微ti处理，净循环时间≥5min；精炼及脱气处理可有效减少杂质元素；
[0103]
(2)连铸及连铸坯加热：连铸中间包目标过热度≤30℃，全程保护浇注，并投入轻压下，控制连铸坯厚度/成品钢板最大厚度≥6.0；浇注过热度的控制和轻压下可以有效减少铸坯质量缺陷；增大连铸坯到成品钢板的压缩比可以有效控制晶粒尺寸；将连铸坯在炉
温650～750℃时装入加热炉，目的是使钢坯在低温阶段保持内外温度一致，为高温段组织均匀做好准备；后续升温速率为4～6℃/min，避免钢坯受热过快导致钢坯内部受热不均，连铸坯加热段温度1120～1230℃，均热段温度1110～1220℃，均热段保温时间3.7～5.3h，使c、n化物充分溶解，特别是nb、mo元素的固溶，避免铸态组织异常长大；同时，保证奥氏体晶粒充分长大，为奥氏体形变提供充分的变形动力；此外，坯料尺寸设计时应该保证转钢后钢坯宽度不超过轧机辊身长度；
[0104]
表3实施例1-10钢的连铸及连铸坯加热工艺参数
[0105][0106]
(3)轧制：粗轧阶段采用纵向-横向轧制工艺，粗轧开轧温度为1000～1100℃，纵向轧制累计压下率为20～30％，横向轧制累计压下率为20～40％，粗轧终轧温度为950～1050℃，粗轧阶段累计压下率≥60％；采用纵向-横向轧制的目的是改善轧制过程中在钢板内部产生的带状组织和织构取向，弱化轧制组织对横纵向力学性能的影响，为后续热处理做好组织准备；高温段横向轧制可以改善板坯铸态组织，粗轧阶段的轧制温度和变形工艺使奥氏体晶粒再结晶并且抑制晶粒长大，利用多道次大压下率变形叠加效果，促进奥氏体发生再结晶，达到晶粒细化目标，适宜本发明各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢板的生产；
[0107]
表4实施例1-10钢的粗轧工艺参数
[0108]
[0109][0110]
精轧阶段采用纵向变厚度轧制，精轧参数与成品钢板厚端厚度关系如下：
[0111]
成品钢板厚端厚度≤20mm，中间坯厚度为5～9t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为920～970℃，精轧终轧温度为850～890℃，钢板厚端单道次变形率不低于15％，轧制速度1.3～2.7m/s；
[0112]
20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，中间坯厚度为3～6t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为890～960℃，精轧终轧温度为840～880℃，钢板厚端单道次变形率不低于13％，轧制速度1.2～2.6m/s；
[0113]
30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，中间坯厚度为2.5～4.0t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为880～940℃，精轧终轧温度为820～860℃，钢板厚端单道次变形率不低于12％，轧制速度1.1～2.4m/s；
[0114]
50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，中间坯厚度为2.0～3.5t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为860～900℃，精轧终轧温度为800～840℃，钢板厚端单道次变形率不低于10％，轧制速度0.9～1.8m/s；
[0115]
适宜的中间坯厚度既可以满足未再结晶区奥氏体变形和形变能的积累，又能保证在原铸坯厚度一定的情况下粗轧阶段获得足够的变形率，达到晶粒细化目的；非再结晶区单道次大压下量进一步促使奥氏体进一步细化，改善使铸坯内部细小缺陷，提高钢板的各向同性及强韧性；较高的轧制和返红温度可以降低纵向变厚度钢板轧制时轧机的负荷，确保钢板板型控制精准；
[0116]
表5实施例1-10钢精轧工艺参数
[0117]
[0118][0119]
(4)冷却：轧制后采用水冷方式进行冷却，冷却参数与成品钢板厚端厚度关系如下：
[0120]
成品钢板厚端厚度≤20mm，开冷温度750～780℃，返红温度为580～650℃，冷却速度为3～10℃/s；
[0121]
20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，开冷温度740～770℃，返红温度为500～600℃，冷却速度为6～14℃/s；
[0122]
30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，开冷温度710～740℃，返红温度为480～550℃，冷却速度为10～18℃/s；
[0123]
50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，开冷温度690～720℃，冷却速度为12～20℃/s；
[0124]
控制开冷温度，钢板在此温度区间会生成大量的铁素体组织，保证钢板具有较高的塑韧性，加速冷却可以进一步细化奥氏体晶粒组织，提高钢板的强度；控制返红温度，在此温度区间钢板可形成部分贝氏体组织，提高基体强度，适宜的返红温度为后续矫直提供合适的温度，避免矫直时矫直力过大，造成板型不良。
[0125]
表6实施例1-10钢的冷却工艺参数
[0126]
[0127][0128]
(5)矫直：通过热矫直机进行矫直，矫直温度与成品钢板厚端厚度关系如下：
[0129]
成品钢板厚端厚度≤20mm，矫直温度≥550℃；
[0130]
20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，矫直温度≥480℃；
[0131]
30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，矫直温度≥450℃；
[0132]
50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，矫直温度≥400℃；
[0133]
平行段矫直速度为0.2～0.4m/s，变厚度段矫直速度为0.1～0.20m/s；根据钢板变厚度规格，矫直进入变厚度段时匀速增加/减小矫直辊缝，上矫直辊联动上升/下降，其中，上升/下降辊速计算公式为：
[0134]
上升/下降辊速＝变厚度
×
矫直速度/变厚度段水平长度
[0135]
钢板的变厚度≤50mm，以保证钢板整板温度均匀性及良好的板型；其中，钢板的变厚度＝钢板厚端厚度-薄端厚度；
[0136]
表7实施例1-10钢的矫直工艺参数
[0137][0138]
(6)热处理：回火温度为550～650℃，回火保温时间为3～5min/mm，目的是进一步提高钢板各项同性，降低钢板残余应力，从而改善钢板组织均匀性。
[0139]
表8实施例1-10钢的热处理工艺参数
[0140]
[0141][0142]
本发明实施例1-10的钢厚端力学性能见表9，薄端力学性能见表10。
[0143]
表9实施例1-10钢的厚端力学性能
[0144][0145]
表10实施例1-10钢的薄端力学性能
[0146]
[0147][0148]
本发明实施例1-10钢的最终显微组织由铁素体、珠光体、贝氏体构成，比例见表11。
[0149]
表11实施例1-10钢的微观组织比例
[0150]
实施例铁素体(％)珠光体(％)贝氏体(％)1155802227713184784256695283696215747166788195769117821014581
[0151]
以上实施例仅仅是本发明的优选施例，并非对于实施方式的限定。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：c：0.02％～0.05％、si：0.25％～0.45％、mn：1.00％～1.40％、p≤0.010％、s≤0.003％、nb：0.02％～0.05％、ni：0.40％～0.70％、cu：0.25％～0.45％、mo：0.10％～0.20％、cr：0.50％～0.80％、ti：0.005％～0.020％、b：0.0010％～0.0025％、al：0.01％～0.04％，cev：0.36％～0.52％，pcm：0.13％～0.20％，耐大气腐蚀性指数i≥6.30，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢，其特征在于，钢板最终显微组织由铁素体、珠光体、贝氏体构成；其中，铁素体为11～28％，珠光体为3～7％，贝氏体为69～82％。3.根据权利要求1所述的各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢，其特征在于，钢板的屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，断后伸长率≥21％，屈强比≤0.83，-40℃冲击功≥200j；同板薄、厚端屈服强度差≤25mpa、抗拉强度差≤25mpa、断后伸长率差≤3％，屈强比差≤0.02、-40℃冲击功差≤30j；同一位置横、纵向的拉伸强度比≤5％、冲击功比≤5％。4.一种权利要求1-3任一项所述各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢的制造方法，其特征在于，包括：轧制、冷却、矫直、热处理，具体步骤如下：(1)轧制：将连铸坯在炉温650～750℃时装入加热炉，连铸坯加热段温度1120～1230℃，均热段温度1110～1220℃，均热段保温时间3.7～5.3h，粗轧阶段采用纵向-横向轧制工艺，粗轧开轧温度为1000～1100℃，纵向轧制累计压下率为20％～30％，横向轧制累计压下率为20％～40％，粗轧终轧温度为950～1050℃，粗轧阶段累计压下率≥60％；精轧阶段采用纵向变厚度轧制，精轧参数与成品钢板厚端厚度关系如下：成品钢板厚端厚度≤20mm，中间坯厚度为5～9t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为920～970℃，精轧终轧温度为850～890℃，钢板厚端单道次变形率不低于15％；20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，中间坯厚度为3～6t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为890～960℃，精轧终轧温度为840～880℃，钢板厚端单道次变形率不低于13％；30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，中间坯厚度为2.5～4.0t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为880～940℃，精轧终轧温度为820～860℃，钢板厚端单道次变形率不低于12％；50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，中间坯厚度为2.0～3.5t，其中t为成品钢板厚端厚度，精轧开轧温度为860～900℃，精轧终轧温度为800～840℃，钢板厚端单道次变形率不低于10％；(2)冷却：轧制后采用水冷方式进行冷却，冷却参数与成品钢板厚端厚度关系如下：成品钢板厚端厚度≤20mm，开冷温度750～780℃，返红温度为580～650℃；20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，开冷温度740～770℃，返红温度为500～600℃；30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，开冷温度710～740℃，返红温度为480～550℃；50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，开冷温度690～720℃，返红温度为450～500℃；(3)矫直：通过热矫直机进行矫直，矫直温度与成品钢板厚端厚度关系如下：成品钢板厚端厚度≤20mm，矫直温度≥550℃；20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，矫直温度≥480℃；
30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，矫直温度≥450℃；50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，矫直温度≥400℃；(4)热处理：回火温度为550～650℃，回火保温时间为3～5min/mm。5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，所述连铸坯的制备方法包括以下步骤：a.冶炼：铁水预处理后进行转炉冶炼和炉外精炼，其中，在lf精炼处理净吹氩时间≥5min，rh抽真空脱气，净循环时间≥5min；b.连铸：连铸中间包目标过热度≤30℃，全程保护浇注，并投入轻压下，控制连铸坯厚度/成品钢板最大厚度≥6.0。6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，连铸坯以4～6℃/min的速率升温。7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，精轧阶段轧制速度与成品钢板厚端厚度关系如下：成品钢板厚端厚度≤20mm，轧制速度1.3～2.7m/s；20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，轧制速度1.2～2.6m/s；30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，轧制速度1.1～2.4m/s；50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，轧制速度0.9～1.8m/s。8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)中，冷却速度与成品钢板厚端厚度关系如下：成品钢板厚端厚度≤20mm，冷却速度为3～10℃/s；20mm＜成品钢板厚端厚度≤30mm，冷却速度为6～14℃/s；30mm＜成品钢板厚端厚度≤50mm，冷却速度为10～18℃/s；50mm＜成品钢板厚端厚度≤60mm，冷却速度为12～20℃/s。9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(3)中，平行段矫直速度为0.2～0.4m/s，变厚度段矫直速度为0.1～0.20m/s；钢板的变厚度≤50mm，其中，钢板的变厚度＝钢板厚端厚度-钢板薄端厚度。

技术总结
本发明公开一种各向同性的低屈强比高韧性桥梁钢及其制造方法。其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.05％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.00～1.40％、P≤0.01％、S≤0.003％、Nb：0.02～0.05％、Ni：0.40～0.70％、Cu：0.25～0.45％、Mo：0.10～0.20％、Cr：0.50～0.80％、Ti：0.005～0.02％、B：0.001～0.0025％、Al：0.01～0.04％，CEV：0.36～0.52％，Pcm：0.13～0.20％，I≥6.30，余量为铁和不可避免的杂质。本发明钢具有优异的耐候性与焊接性能，整板性能均匀，横、纵向性能差异极小。纵向性能差异极小。纵向性能差异极小。


技术研发人员：杨颖 林田子 张哲 王玉博 纪汶伯 张涛 陈义庆 王勇
受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/12