一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼及其制造方法與流程

本發明屬于低合金鋼生產工藝領域，具體涉及一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼及其制造方法。

背景技術：

隨著我國高速公路、鐵路及跨海交通等基礎交通設施的快速發展，鋼結構橋梁跨度增大、荷載增加，對鋼結構橋梁鋼板強度提出更高要求，要求鋼板具有較高的強韌性，良好的斷口和時效性能，同時要求具有良好的焊接性能、抗疲勞性能及耐大氣、海水腐蝕性能等。隨著強度的提升，橋梁用鋼的強度也由Q345qD、Q370qD、Q370qE等低合金橋梁鋼逐漸升級到Q420qD、Q420qE等以上級別，并要求具有高強韌性、易焊接性及耐大氣腐蝕的高性能橋梁鋼也在開始應用實驗。

目前，厚規格Q420qE采用中碳設計，采用調質或者控軋+正火狀態交貨來滿足強度和低溫沖擊性能。為了提高焊接性能，對C含量、Pcm 值提出更高要求，要求鋼材不但具有高的強度、良好的韌性，還要具有良好的焊接性能。

技術實現要素：

本發明提供了一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼及其制造方法，本方法采用低碳成分設計，利用250mm連鑄坯料生產低碳特厚TMCP型Q420qE，利用微合金技術和合理控軋軋制控軋冷卻工藝，克服了傳統的生產制造方法難于降低屈強比的局限性，簡化了生產工藝、縮短了生產流程，得到了良好的產品性能，適合批量工業生產，在滿足強度、韌性同時，提高焊接性能。

本發明是通過下述的技術方案來實現的：

一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼，鋼板化學成分質量百分比的組成如下：C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%， Ti:0.010-0.024%，余量為Fe及不可避免的雜質。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法，工藝路線如下：KR鐵水預處理—轉爐冶煉—LF、RH精煉—連鑄—鑄坯緩冷—連鑄坯料加熱—軋制—預矯直—控制冷卻—熱矯直—堆垛緩冷-切割精整。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法，包括如下步驟：

（1）轉爐冶煉：包括選配化學成分，C:0.06-0.09%，Si：0.15-0.35%，Mn：1.40-1.55%，P﹤0.012%，S﹤0.003%，Cr：0.15-0.25%，Al：0.020-0.050%，Nb :0.030-0.040%，Ni：0.15-0.25%， Ti:0.010-0.024%，余量為Fe及不可避免的雜質；轉爐采用頂底復吹轉爐冶煉；

（2）LF、RH精煉：為了控制氣體含量及控制合金元素，采用LF+RH精煉，保證軟吹時間、RH精煉真空度和真空處理時間；脫氣結束后軟吹時間＞20min，RH精煉真空處理時間＞15min；

（3）連鑄：嚴格全程保護澆注，中液面穩定；連鑄中包溫度1540℃-1550℃，鑄機拉速為1m/s，連鑄成250mm的連鑄坯；

（4）連鑄坯進緩冷坑進行緩冷，緩冷48小時；

（5）軋制成型：采用控制軋制模式，對連鑄坯料加熱，加熱溫度為1180℃-1250℃，加熱時間為9-10分鐘/厘米，進行兩階段控制軋制；

（6）預矯直：采用5輥預矯直機進行高溫矯直，降低鋼板頭尾翹曲和保證進入水冷系統鋼板平直；

（7）控軋冷卻：低冷速水冷，采用低水壓1.5bar進行低冷速冷卻，冷卻速度5-8℃/S，最終鋼板冷卻到430℃-450℃；

（8）矯直：采用9輥液壓矯直機進行矯直，降低鋼板內部和表面殘余應力；

（9）堆垛緩冷：對軋制鋼板堆垛緩冷48小時，然后進行切割精整。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法中，所述步驟（5）中連鑄鋼坯經過粗軋機第一階段軋制后，中間坯料厚度為120-160mm，最終成品鋼板厚度為60mm-80mm。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法中，所述步驟（5）中粗軋開軋溫度1120℃-1180℃，粗軋終軋溫度1050℃-1100℃。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法中，所述步驟（5）中精軋開軋在850℃-870℃，精軋終軋溫度820℃-840℃。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法中，所述（5）中精軋階段最后三道次小壓下量軋制，采用雙道次軋制，減少頭尾翹曲，保證軋制后鋼板板形良好，順利進入預矯直機。

上述低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼的制造方法中，所述步驟（1）和步驟（2）中，煉鋼過程通過轉爐、LF和RH控制P、S含量，要求P控制在120PPm以下，S控制在30PPm。

連鑄過程需要控制拉速和溫度，避免出現嚴重的成分偏析。防止出現內部裂紋、縮孔等內部缺陷。可采用常規工藝進行，除明確規定的工藝條件外，本發明未特別說明的工藝部分均按本領域現有技術。

對上述連鑄坯料是在奧氏體再結晶區、未再結晶區及形變誘導相變區控制軋制，通過高溫區的奧氏體再結晶控制軋制，充分細化奧氏體晶粒；本發明步驟（6）中通過控制冷卻速率和終冷溫度，得到鐵素體+貝氏體組織。

本發明與已有技術相比較，具有下列顯著的優點和效果：

（1）主要通過合理低碳設計，保證Pcm值，通過控制軋制、控軋冷卻實現鋼板性能，可在較少合金含量的情況下實現鋼板高強度、高韌性和低屈強比，提高焊接性能。

（2）控制粗軋階段壓下量，精軋階段采用小壓下量多道次軋制策略，合理分配壓下量和控制軋制力，得到軋制后的良好板形。

（3）通過二階段控制軋制和軋后冷卻，進行48小時緩冷，得到鐵素體+貝氏體組織，可有效的提高抗拉強度，改善加工硬化。

（4）該制備方法控制軋制和控軋冷卻工藝，利用250mm的連鑄坯生產60mm-80mm的S355NL，節省了同類鋼板的調質工序，縮短生產周期、成本低，提高了生產效率，節約能源。

（5）低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼板成分利用少量的Nb、Ti進行復合微合金化， Ni提高鋼板低溫沖擊韌性。

總之，本發明通過合理的低碳成分設計，利用少量的Nb、Ti進行復合微合金化，利用Ni提高鋼板低溫沖擊韌性。精軋采用小壓下量多道次軋制，保證終軋溫度和板形。通過控制終軋溫度、開冷溫度，對軋制后鋼板進控制冷卻，得到TMCP后組織為鐵素體+貝氏體，保證強度和韌性。此發明工藝采用低碳設計，提高焊接性能，，克服了常規正火處理方式生產周期長、成本高的缺點，可以生產性能穩定的60mm-80mm 低碳特厚Q420qE橋梁鋼板。

附圖說明

圖1為本發明實施例1產品的金相圖片；

圖2為本發明實施例2產品的金相圖片。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發明，但并不因此限制本發明。

實施例1 一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼及其制造方法

（1）生產鋼板所需主要成分按重量百分比為：C：0.060％，Si：0.24％，Mn：1.46％，P：0.007％，S：0.001％，Cr：0.18%，Al：0.033，Nb :0.038%，Ni：0.16%， Ti:0.017，其余為Fe及不可避免的雜質；

（2）上述配制好的原料在210噸轉爐上冶煉，轉爐采用頂底復吹轉爐冶煉，采用LF+RH精煉，脫氣結束后軟吹時間＞20min，RH精煉真空處理時間＞15min；

（3）連鑄中包溫度為1540℃-1550℃，鑄機拉速為1m/s，連鑄成250mm×1820mm ×3550mm連鑄坯，連鑄坯加熱到1200℃，加熱時間為9-10分鐘/厘米；

（4）連鑄坯進緩冷坑進行緩冷，緩冷48小時；

（5）采用成型、展寬、延伸三階段軋制，開軋溫度為1148℃，粗軋終軋溫度1070℃，完成成型、展寬和第一階段延伸軋制；中間坯料為120mm，精軋機開軋溫度860℃，最終軋制成制后60mm×2040mm ×11200mm，鋼板精軋終軋溫度830℃；

（6）預矯直：采用5輥預矯直機進行高溫矯直，降低鋼板頭尾翹曲和保證進入水冷系統鋼板平直；

（7）在鋼板軋后控制冷卻，采用低水壓1.5bar進行低冷速冷卻，開冷溫度為791℃，冷卻速6℃/s，冷卻后鋼板表面溫度為432℃；

（8）矯直：采用9輥液壓矯直機進行矯直，降低鋼板內部和表面殘余應力；

（9）軋后鋼板堆垛緩冷48小時，然后進行切割精整。

本實施例中制造出產品的金相圖如圖1所示，產品實際測量厚度60.10mm，C為0.060%,Pcm為0.16，滿足低碳要求并且Pcm＜0.18。力學檢測結果為：屈服強度 ReH：465Mpa，抗拉強度 Rm：588Mpa，延伸率δ：27.5%，-40℃沖擊功CVN1：266.8J，沖擊功CVN2：282.8J，沖擊功CVN3：269.4J，冷彎：合格，Z向斷面收縮率y_Z1：49.5 %，Z向斷面收縮率y_Z2：51.0 %， Z向斷面收縮率y_Z2：50.0 %。化學成分、力學性能滿足國家標準和客戶要求。

實施例2 一種低碳特厚TMCP型Q420qE橋梁鋼及其制造方法

（1）生產鋼板所需主要成分按重量百分比為：C：0.0,73％，Si：0.26％，Mn：1.47％，P：0.009％，S：0.001％，Cr：0.21%，Al：0.025%，Nb :0.036%，Ni：0.17%， Ti:0.012%，其余為Fe及不可避免的雜質；

（2）上述配制好的原料在210噸轉爐上冶煉，轉爐采用頂底復吹轉爐冶煉，采用LF+RH精煉，脫氣結束后軟吹時間＞20min，RH精煉真空處理時間＞15min；

（3）連鑄中包溫度為1540℃-1550℃，鑄機拉速為1m/s，連鑄成250mm×1820mm ×3850mm連鑄坯，連鑄坯加熱到1200℃，加熱時間為9-10分鐘/厘米；

（4）連鑄坯進緩冷坑進行緩冷，緩冷48小時；

（5）采用成型、展寬、延伸三階段軋制，開軋溫度為1157℃，粗軋終軋溫度1060℃，完成成型、展寬和第一階段延伸軋制；中間坯料為150mm，精軋機開軋溫度850℃，最終軋制成制后80mm×2490mm×7600mm，鋼板精軋終軋溫度835℃；

（6）預矯直：采用5輥預矯直機進行高溫矯直，降低鋼板頭尾翹曲和保證進入水冷系統鋼板平直；

（7）在鋼板軋后冷卻，采用低水壓1.5bar進行低冷速冷卻，開冷溫度為798℃，冷卻速為5℃/s，冷卻后鋼板表面溫度為443℃；

8）矯直：采用9輥液壓矯直機進行矯直，降低鋼板內部和表面殘余應力；

（9）軋后鋼板堆垛緩冷48小時，然后進行切割精整。

本實施例中制造出產品的金相圖如圖2所示，產品實際測量厚度80.15mm，力學檢測結果為：屈服強度 ReH：506Mpa，抗拉強度 Rm：594Mpa，延伸率δ：23.5%，-50℃沖擊功 CVN1：279.2J，CVN2：315.9J，CVN3：306.6J，冷彎：合格Z向斷面收縮率y_Z1：44.5 %，Z向斷面收縮率y_Z2：41.5%， Z向斷面收縮率y_Z2：44.0 %。化學成分、力學性能滿足國家標準和客戶要求。