钢及其生产方法

专利名称：钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种钢及其生产方法，特别涉及一种抗层状撕裂的钢及其生产方法。
背景技术：
层状撕裂是一种内部沿轧向的应力开裂。一般来讲，层状撕裂与焊接接头有关，在 T型、角型或十字型接头的厚钢板多道焊接件中易发生层状撕裂。对于海洋结构、大型叠合梁结构、高层钢结构的梁柱连接和箱形柱角部、悬索桥的吊杆板件和桥面板的十字接头等构件，在焊接部位因为板厚方向的约束很大，焊接量又多，所以产生层状撕裂的危险很大。 因此，对这类结构通常要采用能抵抗层状撕裂的钢板建造，以保证构件的安全性。随着铁路、公路、大跨度和大跨径桥梁建设的快速发展，将会极大地刺激桥梁钢结构需求的快速增长，而且大跨径、重载、多线共用(公铁、城市轨道、管道合用)桥梁的需求逐渐增加，对桥梁恒载的要求也随之加大，尤其是抗层状撕裂的高强桥梁钢将陆续采用。在中国专利CN1609257A中，在钢的成分设计方面采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-AHr-RE或Ca中的两种或两种以上复合添加，采用热机械控制轧制技术+弛豫-析出控制技术，生产一种以针状铁素体组织为主的耐候桥梁钢，该钢的屈服强度大于 490MPa,抗拉强度大于590MPa，-40°C冲击能大于210J，综合性能优异，不足之处在于添加了大量Cu-Cr-Ni-Mo-Nb贵重金属，成本较高。在中国专利CN101403075A中，在钢的成分设计方面采用低C高Mn，同时添加 Cu-Cr-Ni-Ti-Nb元素，采用热机械控制轧制工艺，该钢的屈服强度大于460MPa，抗拉强度大于590MPa，-40°C冲击能大于100J，不足之处在于添加了大量Cu-Cr-Ni贵重金属，成本较高，而且该发明仅在实验室冶炼轧制，并未应用于工业化生产。在中国专利CN101333628A中，在钢的成分设计方面采用低C高Mn，同时添加 Cu-Cr-Ni-Mo-Nb-Ti元素，采用热机械控制轧制加回火工艺，该钢的屈服强度大于430MPa， 抗拉强度大于550MPa，-40°C冲击大于200J，不足之处在于添加了大量Cu-Cr-Ni-Mo贵重金属，而且要进行回火热处理，生产周期长，成本较高。此外，以上中国专利均未提及钢板在抗层状撕裂方面的性能指标。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决以上多个技术问题中的至少一个技术问题的钢及其生产方法。根据本发明的钢按重量计包含0. 12% 0. 17 %的C、0. 20% 0.50%的Si、 1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超过 0. 010 % 的 S、不超过 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008 % 0. 030 % 的 Ti、0. 010 % 0. 060 % 的 V、0. 10 % 0. 35 % 的 Ni、0. 015 % 0. 060%的AlS、不超过40X 1(Γ6的N、不超过40Χ 1(Γ6的0、不超过2Χ 1(Γ6的H，余量为!^e 和不可避免的杂质，其中Als表示酸溶铝。根据本发明的一方面，该钢的C含量为0. 13% 0. 16%，Si含量为0.25% 0. 50%, Mn 含量为 1.20% 1.50%，S 含量为 0. 001% 0. 007%, P 含量为 0. 006 % 0. 015%，Nb 含量为 0. 010% 0. 055%，V 含量为 0. 015% 0. 055%, Ni 含量为 0. 10% 0. 30%, Als 含量为 0. 015% 0. 060%。根据本发明的一方面，该钢的碳当量CEV = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 ( 0. 43%，这可明显改善钢板的焊接性能，避免钢板发生焊接冷裂和热裂的可能性，同时提高焊接部位的综合性能。根据本发明的一方面，该钢以钢板的形式存在，该钢板的下屈服强度不低于 460MPa，抗拉强度不低于570MPa，屈强比不高于0. 83，断后伸长率不低于20%，-40°C纵向 AKv不低于120J，Z向断面收缩率不低于35%。根据本发明的钢的生产方法包括依次进行的铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF 精炼和RH真空循环脱气。根据本发明的一方面，在铁水预处理步骤中，将铁水硫含量控制在0. 001 %
0.015%，铁水温度为1250°C 1320°C，脱硫完毕后扒净铁水表面的渣。根据本发明的一方面，在顶底复吹转炉冶炼步骤中，预处理后的铁水进入转炉， 镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1分钟 5分钟加完，终渣碱度控制在R = 3. 0 5. 0，终点压枪时间为30秒 120秒，采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为1. 5 4. 5kg/
；出钢时顺钢流加入脱硫剂2. 8 5. ^g/tfH，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至3/4时加完，锰铁为含锰75% 95 %的铁合金，锰铁的加入量为13 17kg/t ，硅铁为含硅65 % 85 %的铁合金，硅铁的加入量为2. 0 6. Okg/t钢，铌铁为含铌50% 65%的铁合金，铌铁的加入量为0. 3
1.，钒铁为含钒45% 65%的铁合金，钒铁的加入量为0. 2 1.，镍板为含镍95% 99%的铁合金，镍板的加入量为1. 0 5. Okg/t钢。根据本发明的一方面，在LF精炼步骤中，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩3 10分钟，加入石灰进行造渣，采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣为黄白渣或白渣，且保持时间10分钟 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0。根据本发明的一方面，在LF精炼步骤中，以0 0.量向钢水加入铝线， 以0. 32 1. 93kg/t钢的量向钢水加入钛线。根据本发明的一方面，在RH真空循环脱气步骤中，真空槽内的真空度为133Pa以下，RH处理时避免化学升温，纯脱气时间为3分钟 12分钟，软吹氩之前喂CaFe线0. 43
I.^kg/t钢，软吹氩8 18分钟。根据本发明的一方面，该方法还包括对RH真空循环脱气之后得到的钢水进行板坯连铸和轧制。根据本发明的一方面，在板坯连铸步骤中，采用全程保护浇铸，保护渣采用包晶钢保护渣，单位时间内连铸机二冷段喷出的水量与拉出的铸坯重量的比值范围为0. 3L/kg 0. 6L/kg，钢坯堆垛缓冷M小时 72小时以后再送轧，包晶钢保护渣按重量计包含25% 40% 的 Si02、28% 45% 的 Ca0、1.0% 7. 0 % 的 Mg0、2. 0 % 5. 0 % 的 Al203、3. 0 %
II.0%的 Li20+N￡i20+K20、2. 0% 8. 0%的 CaF2、3. 0% 11. 0%的 C。根据本发明的一方面，在轧制步骤中，钢坯出炉温度为1150°C 1210°C，钢坯粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，终轧温度为1050°C 1110°C，精轧开轧温度为860°C 920°C，终冷温度为650°C 700°C，冷却速度为5°C /s 12°C /s，中间坯厚度不低于成品厚度的2倍。根据本发明的一方面，粗轧总压缩比> 50%，中间坯厚度为成品厚度的2. 1倍 3. 5倍，终冷温度为650°C 690°C，轧后钢板缓冷M小时 36小时。根据本发明的一方面，轧制之后所得到的钢板的下屈服强度不低于460MPa，抗拉强度不低于570MPa，屈强比不高于0. 83，断后伸长率不低于20%，-40°C纵向AKv不低于 120J，Z向断面收缩率不低于35%。因此，根据本发明一方面的钢具备优异的抗层状撕裂性能、抗低温冲击性能和抗震性能，能满足现代桥梁工程建设对高性能桥梁钢板的要求。


图1是示例1得到的钢板的金相组织照片；图2是示例1得到的钢板的扫描电镜照片。
具体实施例方式根据本发明的钢按重量计包含0. 12% 0. 17 %的C、0. 20% 0.50%的Si、 1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超过 0. 010 % 的 S、不超过 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008 % 0. 030 % 的 Ti、0. 010 % 0. 060 % 的 V、0. 10 % 0. 35 % 的 Ni、0. 015 %
0.060%的Als (酸溶铝)、不超过40 X 10_6的N、不超过40 X IO"6的0、不超过2X 10_6的H， 余量为Fe和不可避免的杂质。以下详细描述本发明的钢中的各元素的作用或不利影响及选取各元素的上述限
定量的理由。C是低碳钢中最经济的强化元素，但碳含量的增加使钢的塑性和冲击韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高，恶化焊接性能。建造铁路桥梁需要进行大量的野外焊接工作， 施焊条件恶劣，这就要求桥梁钢板具备良好的焊接性能，应尽可能降低碳含量以避免碳当量超标。但是，降碳的同时必须额外增加其它贵重的微合金含量才能保证钢板强度，这就造成成本大幅度增加。经过综合考虑，将C的适宜量控制在0. 12% 0. 17%。Si进入铁素体起固溶强化作用，降低屈强比，但Si会显著地提高钢的韧脆转变温度，同时也会恶化塑性。因此，将Si的适宜量控制在0.20% 0.50%。Mn能够降低临界转变温度Ar3，细化珠光体片层结构，起到提高钢中铁素体和珠光体的强度和硬度的作用。由于锰和硫具有较大的亲和力，MnS在高温时有一定的塑性， 所以避免了钢的热脆，但过高的Mn会影响钢板的焊接性能，也会加剧铸坯的中心偏析，造成产品带状组织严重，进而影响到抗层状撕裂性能。因此，Mn的适宜量控制在1. 15%
1.55%。当S以FeS的形式存在于钢中，含量高时易产生热脆现象。当S以MnS的形式存在于钢中时，常以条状形态沿轧制方向分布，形成严重的带状组织，破坏了钢的连续性，对钢材不同方向的性能也会产生重要影响，降低钢的塑性和冲击韧性，提高韧脆转变温度，对于要求抗层状撕裂性能的钢种而言，还会降低Z向断面收缩率，增加了钢板发生层状撕裂的可能性。因此，降低硫含量和改变其在钢中的夹杂物形态是获得高韧性及优良Z向性能的至关重要的途径，其适宜量控制在0.010%以下。P属于低温脆性元素，P显著扩大液相和固相之间的两相区，在钢凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，提高带状组织的级别，使钢的局部组织异常，造成机械性能不均勻，降低钢的塑性，使钢易产生脆性裂纹，抗腐蚀性下降，对焊接性能也有不利影响，增加焊接裂纹敏感性。因此，应尽可能降低磷在钢中的含量，P的适宜量控制在0.020%以下。Nb能产生显著的晶粒细化作用和中等的沉淀强化作用。在控轧微合金钢中，Nb 的细化晶粒和析出强化作用最为突出，每添加0. 01%的Nb，可提高钢的常温强度30MPa 50MPa,所以加Nb是最为经济有效的手段之一。但当Nb含量过高时，易与i^e、C等元素形成低熔点共晶物，有增加焊接热影响区热裂纹的倾向。综合各方面因素，为充分发挥Nb的细晶和沉淀强化作用，Nb的适宜量控制在0. 010% 0. 060%。Ti与C、N都有极强的亲和力。在钢液凝固过程中形成大量弥散分布的TiC颗粒，可以成为钢液凝固时的固体晶核，有利于钢的结晶，细化钢的组织，减少粗大柱状晶和树枝状组织的生成，可减少偏析，降低带状组织级别。当钢中[N]含量较高时，易产生氮化物沿晶界析出使晶界脆化，会促进含Nb钢铸坯横向裂纹的形成，但若能将[N]含量控制在0. 004% 以下或加入固定N的微量Ti，在1200°C 1300°C高温下即可析出TiN颗粒，由于颗粒粗大且零散分布，对钢的塑性没有不良影响，并且可以作为Nb(C，N)的析出核心，从而减少微细 Nb析出物的数量，进而降低含Nb钢的裂纹敏感性。Ti可形成细小的钛的碳化物、氮化物颗粒，在板坯加热过程中通过阻止奥氏体晶粒的粗化而得到较为细小的奥氏体显微组织。Ti 与N结合生成稳定的高弥散化合物，不但可以消除钢中自由氮，对改善桥梁钢的时效冲击性能有帮助，而且能在热加工过程和焊接时的热影响区中控制晶粒尺寸，改善钢结构各部位的低温韧性，但过多的钛含量会引起TiN液析，形成粗大的方形TiN夹杂，偏析在钢板厚度中心部位既恶化低温韧性，对Z向性能也会产生不利的影响。综合各方面因素，Ti的适宜量控制在0. 008 % 0. 030 %。V以V(C，N)形式存在于基体和晶界上，主要起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。由于钒和氮有很强的亲和力，V的加入起到了固定钢中自由N的作用，从而能够避免钢的应变时效性。本申请的发明人经大量研究发现，15MnVN钢随着钢板厚度的增加，机械性能变化不显著，即板厚效应不显著，这是由于钢中合金元素V与C、N形成稳定的V(C，N)，在正火过程中V(C，N)固溶，随后在自然冷却过程中析出V(C，N)，呈均勻弥散质点，强烈地细化晶粒和沉淀作用，从而使钢板厚度敏感性减少，这正是桥梁用结构钢需要的特点。另一方面，V在起着强烈的沉淀强化效果的同时，也会提高钢的韧脆转变温度，恶化冲击韧性。综合考虑，V的适宜量控制在0. 010% 0. 060%。M通过形成简单的置换固溶体起着强化铁素体的作用，可提高钢的强度，同时M 是奥氏体稳定元素，可显著提高钢的耐低温冲击韧性。但是，M板价格相对比较昂贵，考虑到成本因素，Ni的适宜量控制在0. 10% 0.35%。Al能细化钢的晶粒，提高钢的强度，同时也提高冲击韧性。由于Al和N较强的亲和力，还可消除N元素造成的时效敏感性。因此，Al的适宜量控制在0.015% 0.060%。为了改善钢的性能，根据本发明的钢按重量计可包含0. 13% 0. 16%的C、 0. 25% 0. 50%的 Si、l. 20% 1. 50%的 Μη、0. 001% 0. 007%的 S、0. 006% 0. 015% 的 P、0. 010% 0. 055%的 Nb、0. 008% 0. 030%的 Ti、0. 015% 0. 055%的 V、0. 10% 0. 30%的Ni、0. 015% 0. 060%的Als、不超过40X10—的N、不超过40X10—的0、不超过 2X10_6的H，余量为！^和不可避免的杂质。 根据本发明的钢可以以钢板的形式存在。所述钢板的下屈服强度不低于460MPa， 抗拉强度不低于570MPa，屈强比不高于0. 83，断后伸长率不低于20%，-40°C纵向AKv不低于120J，Z向断面收缩率不低于35%。该钢板不需要热处理，组织均勻、各项性能优异，满足一级探伤要求，能满足高速复线铁路桥梁的制造要求，也可推广用于建筑、交通、海洋平台等工程结构。 下面描述根据本发明的钢的生产方法。可通过依次进行的铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH真空循环脱气工艺来获得根据本发明的钢。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，铁水预处理是指铁水脱硫，使得铁水中的硫控制在0. 001% 0. 015%，铁水适宜温度控制在1250°C 1320°C，脱硫完毕后扒净铁水表面的渣。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，顶底复吹转炉冶炼是预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1分钟 5分钟加完，终渣碱度控制在R = 3. 0 5. 0，终点压枪时间为30秒 120秒。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为1. 5 4. ^g/tffl。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，出钢时顺钢流加入脱硫剂2. 8 5. ^cg/tffl，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至3/4时加完。脱硫剂可为含CaO 83 % 95 %的一种脱硫渣料。锰铁可以为含锰75 % 95 %的铁合金，锰铁的加入量可为13 17kg/tffl。硅铁可以为含硅65% 85%的铁合金，硅铁的加入量可为2. 0 6. 0kg/tffl。铌铁可以为含铌50% 65%的铁合金，铌铁的加入量可为 0. 3 1. lkg/t·钒铁可以为含钒45% 65%的铁合金，钒铁的加入量可为0. 2 1. Okg/ t钢。镍板可以为含镍95% 99%的铁合金，镍板的加入量可为1. 0 5. Okg/t钢。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，LF精炼采用全程底吹氩搅拌，根据实际情况加入石灰进行造渣，采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣为黄白渣或白渣，且保持时间10分钟 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0，软吹氩3 10分钟。在LF精炼过程中，本领域技术人员可根据实际需要调节铝线、钛线的加入量。优选地，铝线的加入量为0 0. 92kg/t钢，钛线的加入量为0. 32 1. 93kg/t钢。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，RH真空循环脱气采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间为3分钟 12分钟，软吹氩之前喂CaFe线 0. 43 lJ8kg/tffl，软吹氩8 18分钟。所述的本处理模式为RH真空处理时，真空槽内的真空度为133Pa以下。在根据本发明的钢以钢板的形式存在的情况下，根据本发明的钢的生产方法还包括板坯连铸和轧制的步骤。在板坯连铸步骤中，采用全程保护浇铸，保护渣采用包晶钢保护渣，二冷水采用弱冷模式，钢坯堆垛缓冷M小时 72小时以后再送轧。所述包晶钢保护渣按重量计包含25% 40% 的 Si02、28% 45% 的 Ca0、l. 0% 7. 0% 的 Mg0、2. 0% 5. 0% 的 A1203、3. 0% 11. 0% 的 Li20+N￡i20+K20、2. 0% 8. 0% 的 CaF2、3. 0% 11. 0% 的 C。所述弱冷模式是指单位时间内连铸机二冷段喷出的水量与拉出的铸坯重量的比值范围为0. 3L/kg 0.6L/kg。在轧制步骤中，控制轧制温度如下钢坯出炉温度为1150°C 1210°C，钢坯粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，终轧温度为1050°C 1110°C，粗轧总压缩比> 50%，中间坯厚度不低于成品厚度的2倍，精轧开轧温度为860°C 920°C，终冷温度为650°C 700°C， 冷却速度为5°C /s 12°C /s，轧后钢板缓冷M小时 36小时。在根据本发明的钢的生产方法的一个实施例中，4300mm宽厚板轧制是采用二阶段轧制，粗轧和精轧轧制采用四辊可逆式轧机。在该实施例中，钢坯出炉温度为1150°C 1210°C，粗轧总压缩比> 50%，且至少保证1个道次压下率不低于14%，当成品规格为 20 68mm时，中间坯厚度为成品厚度的2. 1 3. 5倍，精轧开轧温度为860°C 920°C，终冷温度为650°C 690°C，冷却速度为5°C /s 12°C /s。因此，本发明提供了一种经济型低合金高强度钢，适用于建造服役条件异常恶劣的桥梁结构。与现有技术相比，本发明具有如下优点中的至少一个优点(1)本发明提供了抗层状撕裂高性能桥梁结构用钢板成分的精确控制范围，成分设计简单，不添加Cu-Cr-Mo-Zr-RE等贵重金属，成本低廉；(2)本发明涉及到的钢板采用热机械控制轧制技术进行生产，不需要热处理工序， 缩短了生产周期，降低了生产成本，并且克服了钢板规格受热处理炉限制的不足；(3)本发明的钢具有极佳的强韧性匹配，优异的抗层状撕裂性能以及优良的抗震性能，同时具有优异的焊接性能，可进行埋弧焊、手工焊和气体保护焊。综上所述，本发明的钢的综合力学性能优越，不易断裂和破坏，使用安全可靠，能满足高速复线铁路桥梁的制造要求，也可推广用于建筑、交通、海洋平台等工程结构。下面结合示例对根据本发明的钢及其生产方法做进一步的说明，但是本发明的钢及其生产方法不限于此。示例 1 该示例中的钢用于桥梁，其按重量计包含0. 16^^9(^0.48 ^^ Si、l. 47%的Mn、 0. 004% 的 S、0. 012% 的 P、0. 050% 的 Nb、0. 021% 的 Ti、0. 052% 的 V、0. 18% 的 Ni、0. 032% 的AlS、不超过40X 1(Γ6的N、不超过40Χ 1(Γ6的0和不超过2Χ 1(Γ6的H，余量为!^e和不可
避免的杂质。该钢通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、 4300mm宽厚板轧制、成品缓冷来生产。操作步骤如下铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0. 008%，温度为1250°C，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R = 4. 0，终点压枪时间为69秒。采用铝锰钛脱氧，加入铝锰钛2. 5kg/tiHo出钢时顺钢流加入上面所述的脱硫剂2. mig/tffl，加入时机在放钢1/2 时开始加入至3/4时加完。钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至 3/4时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为13分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气5分钟，终渣碱度为3. 9，铝线加入量为0. 45kg/tffl，钛线加入量为0. 96kg/tffl。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间为5分钟，软吹氩气10分钟，软吹氩之前加入CaFe线1. 10kg/t ，冶炼周期控制在50分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为300mmX 1800mm,设定稳定期拉速为0. 85m/min,比水量0. 40L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷48小时以后再送轧。控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，钢坯出炉温度1150-1200°C，粗轧开轧温度为 1140°C，终轧温度为1070°C，粗轧总压缩比> 50%，中间坯厚度为140mm ；成品规格68mm，精轧开轧温度为860°C，终冷温度为650°C，冷却速度为10°C /s，轧后钢板缓冷36小时。该示例得到的钢板的性能如下下屈服强度为475MPa，抗拉强度为600MPa，屈强比为0. 79，断后伸长率为23%，180度冷弯d = 3a合格，-40°C纵向AKv为191J，Z向断面收缩率为60%。示例 2 该示例中的钢用于桥梁，其按重量计包含0. 15^^9(^0.40 ^^ Si、1.43%的Mn、 0. 005% 的 S、0. 013% 的 P、0. 042% 的 Nb、0. 023% 的 Ti、0. 042% 的 V、0. 15% 的 Ni、0. 033% 的Als、不超过40 X 1(Γ6的N、不超过40Χ1(Γ6的0、不超过2Χ1(Γ6的H，余量为！^和不可避
免的杂质。该钢通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、 4300mm宽厚板轧制、成品缓冷来生产。操作步骤如下铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0. 005 %，温度为1267°C，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前4分钟加完，终渣碱度控制在R = 2. 0，终点压枪时间为80秒。采用铝锰钛脱氧，加入铝锰钛2. 8kg/tiHo出钢时顺钢流加入上面所述的脱硫剂3. Ag/tffl，加入时机在放钢1/2 时开始加入至3/4时加完。钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至 3/4时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为20分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气8分钟，终渣碱度为3. 0，铝线加入量为0. 21kg/tffl，钛线加入量为1. 73kg/tffl。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH 精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间为9分钟，软吹氩气18分钟，软吹氩之前加入CaFe线0. 89kg/tffl，冶炼周期控制在60分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为300mmX 1800mm,设定稳定期拉速为0. 85m/min,比水量0. 48L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷48小时以后再送轧。控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，钢坯出炉温度1150-1200°C，粗轧开轧温度为 1120°C，终轧温度为1057°C，粗轧总压缩比> 50%，中间坯厚度为132mm ；成品规格50mm，精轧开轧温度为880°C，终冷温度为670°C，冷却速度为8°C /s，轧后钢板缓冷36小时。该示例得到的钢板的性能如下下屈服强度为515MPa，抗拉强度为635MPa，屈强比为0. 81，断后伸长率为，180度冷弯d = 3a合格，-40°C纵向AKv为176J，Z向断面收缩率为65%。示例 3 该示例中的钢用于桥梁，其按重量计包含0. 13%的C、0.的Si、l. 的Mn、 0. 005% 的 S、0. 010% 的 P、0. 017% 的 Nb、0. 024% 的 Ti、0. 021% 的 V、0. 10% 的 Ni、0. 025% 的Als、不超过40 X 1(Γ6的N、不超过40Χ1(Γ6的0、不超过2Χ1(Γ6的H，余量为！^和不可避免的杂质。该钢通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、 4300mm宽厚板轧制、成品缓冷来生产。操作步骤如下铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水中的硫控制在0. 013 %，温度为1310°C，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R = 4. 5，终点压枪时间为91秒。采用铝锰钛脱氧，加入铝锰钛3. 0kg/tiHo出钢时顺钢流加入上面所述的脱硫剂4. 4kg/tiH,加入时机在放钢1/2 时开始加入至3/4时加完。钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至 3/4时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，根据实际情况加入石灰进行造渣，黄白渣或白渣保持时间为30分钟，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩气8分钟，终渣碱度为2. 2，铝线加入量为0. 81kg/tffl，钛线加入量为0. 43kg/tffl。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH 精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间为12分钟，软吹氩气8分钟，软吹氩之前加入CaFe线0. 50kg/tffl，冶炼周期控制在55分钟。采用全程保护浇注，保护渣采用包晶钢保护渣。二冷水采用弱冷模式，连铸坯规格为200mmX 1800mm,设定稳定期拉速为1. 3m/min,比水量0. 55L/kg。要求探伤的钢坯堆垛缓冷M小时以后再送轧。控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，钢坯出炉温度1150-1200°C，粗轧开轧温度为 1180°C，终轧温度为llOrC，粗轧总压缩比> 50%，中间坯厚度为70mm ；成品规格20mm，精轧开轧温度为920°C，终冷温度为690°C，冷却速度为6°C /s，轧后钢板缓冷M小时。该示例得到的钢板的性能如下下屈服强度为480MPa，抗拉强度为623MPa，屈强比为0. 77，断后伸长率为22%，180度冷弯d = 3a合格，-40°C纵向AKv为189J，Z向断面收缩率为63%。对示例1的高性能桥梁用钢板进行微观组织研究，其金相组织照片和扫描电镜照片分别见图1和图2。从图1中可以看出，示例1的钢板的金相组织为典型的铁素体加珠光体组织，铁素体晶粒较细，带状较轻。从图2中可以看出，示例1的钢板的珠光体片层细密， 晶粒细小。这主要归因于合理的成分设计和热机械控制轧制工艺，充分发挥了 Nb-V-Ti的细晶强化效应和析出强化效应，同时配合铁素体基体内的位错结构提供的位错强化作用。 上述几种强化效应的综合作用，保证了本发明的钢板获得了优异的强韧性匹配和抗层状撕裂等性能。
权利要求
1.一种钢，其特征在于所述钢按重量计包含0. 12% 0. 17%的(、0.20% 0.50%的 Si、1. 15 % 1. 55 % 的 Mn、不超过 0. 010 % 的 S、不超过 0. 020 % 的 P、0. 010 % 0. 060 % 的 Nb、0. 008% 0. 030%的 Ti、0. 010% 0. 060%的 V、0. 10% 0. 35%的 Ni、0. 015% 0. 060 %的AlS、不超过40 X 1(Γ6的N、不超过40 X 1(Γ6的0、不超过2 X 1(Γ6的H，余量为!^e 和不可避免的杂质，其中Als表示酸溶铝。
2.根据权利要求1所述的钢，其特征在于所述钢的C含量为0.13% 0. 16%，Si含量为0. 25% 0. 50%，Μη含量为1. 20% 1. 50%，S含量为0. 001% 0. 007%，P含量为 0. 006% 0. 015%, Nb 含量为 0. 010% 0. 055%, V 含量为 0. 015% 0. 055%, Ni 含量为 0. 10% 0. 30%, Als 含量为 0. 015% 0. 060%。
3.根据权利要求1所述的钢，其特征在于所述钢的碳当量CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 彡 0. 43%。
4.根据权利要求1所述的钢，所述钢以钢板的形式存在，所述钢板的下屈服强度不低于460MPa，抗拉强度不低于570MPa，屈强比不高于0. 83，断后伸长率不低于20%，-40°C纵向AKv不低于120J，Z向断面收缩率不低于35%。
5.一种根据权利要求1至权利要求3中的任一权利要求所述的钢的生产方法，其特征在于所述方法包括依次进行的铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼和RH真空循环脱气。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于在铁水预处理步骤中，将铁水硫含量控制在0. 001% 0. 015%，铁水温度为1250°C 1320°C，脱硫完毕后扒净铁水表面的渣。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于在顶底复吹转炉冶炼步骤中，预处理后的铁水进入转炉，镍板随废钢斗一起加入转炉，造渣料于终点前1分钟 5分钟加完，终渣碱度控制在R = 3. 0 5. 0，终点压枪时间为30秒 120秒，采用铝锰钛脱氧， 铝锰钛加入量为1. 5 4. 5kg/t钢；出钢时顺钢流加入脱硫剂2. 8 5. ^g/tffl，在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；钢水出至1/4时，分批加入锰铁、硅铁、铌铁和钒铁，钢水出至3/4时加完，脱硫剂是含CaO 83 % 95 %的脱硫渣料，锰铁为含锰75 % 95 %的铁合金，锰铁的加入量为13 17kg/t钢，硅铁为含硅65% 85%的铁合金，硅铁的加入量为2. 0 6. Okg/t 钢，铌铁为含铌50 % 65 %的铁合金，铌铁的加入量为0. 3 1. lkg/t钢，钒铁为含钒45 % 65%的铁合金，钒铁的加入量为0. 2 1. Okg/t ，镍板为含镍95% 99%的铁合金，镍板的加入量为1.0 5. Okg/t钢。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于在LF精炼步骤中，采用全程底吹氩搅拌，软吹氩3 10分钟，加入石灰进行造渣，采用铝粒脱氧剂进行脱氧，出站前顶渣为黄白渣或白渣，且保持时间10分钟 30分钟，终渣碱度控制在2. 0 4. 0。
9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于在LF精炼步骤中，以0 0.92kg/t 的量向钢水加入铝线，以0. 32 1. 93kg/t·的量向钢水加入钛线。
10.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于在RH真空循环脱气步骤中，真空槽内的真空度为133Pa以下，RH处理时避免化学升温，纯脱气时间为3分钟 12分钟，软吹氩之前喂CaFe线0. 43 1. ^kg/t钢，软吹氩8 18分钟。
11.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于还包括对RH真空循环脱气之后得到的钢水进行板坯连铸和轧制。
12.根据权利要求11所述的生产方法，其特征在于在板坯连铸步骤中，采用全程保护浇铸，保护渣采用包晶钢保护渣，单位时间内连铸机二冷段喷出的水量与拉出的铸坯重量的比值范围为0. 3L/kg 0. 6L/kg，钢坯堆垛缓冷M小时 72小时以后再送轧，所述包晶钢保护渣按重量计包含25% 40%的Si02J8% 45%的Ca0、l. 0% 7. 0%的MgO、 2. 0 % 5. 0 % 的 Al203、3. 0 % 11. 0 % 的 Li20+N￡i20+K20、2. 0 % 8. 0 % 的 CaF2、3. 0 % 11. 0%的 C。
13.根据权利要求11所述的生产方法，其特征在于在轧制步骤中，钢坯出炉温度为 1150°C 1210°C，钢坯粗轧开轧温度为1120°C 1180°C，终轧温度为1050°C 1110°C，精轧开轧温度为860°C 920°C，终冷温度为650°C 700°C，冷却速度为5°C /s 12°C /s,中间坯厚度不低于成品厚度的2倍。
14.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于粗轧总压缩比>50%，中间坯厚度为成品厚度的2. 1倍 3. 5倍，终冷温度为650°C 690°C，轧后钢板缓冷M小时 36小时。
15.根据权利要求14所述的生产方法，其特征在于轧制之后所得到的钢板的下屈服强度不低于460MPa，抗拉强度不低于570MPa，屈强比不高于0. 83，断后伸长率不低于 20%，-40°C纵向AKv不低于120J，Z向断面收缩率不低于35%。
全文摘要
本发明提供了一种钢及其生产方法。该钢按重量计包含0.12％～0.17％的C、0.20％～0.50％的Si、1.15％～1.55％的Mn、不超过0.010％的S、不超过0.020％的P、0.010％～0.060％的Nb、0.008％～0.030％的Ti、0.010％～0.060％的V、0.10％～0.35％的Ni、0.015％～0.060％的Als、不超过40×10-6的N、不超过40×10-6的O、不超过2×10-6的H，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Als表示酸溶铝。该钢的生产方法包括依次进行的铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼和RH真空循环脱气。根据本发明一方面的钢具备优异的抗层状撕裂性能、抗低温冲击性能和抗震性能，能满足现代桥梁工程建设对高性能桥梁钢板的要求。
文档编号C21C7/10GK102206788SQ20111012343
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘菲, 周平, 李灿明, 杜航, 杨建勋, 王建景, 薛孝存 申请人:莱芜钢铁集团有限公司