高性能桥梁结构用Q370qE钢的研制

第ｌ９卷第３期　２０１３年６月　宽厚板　ＷＩＤＥ　ＡＮＤ　ＨＥＡＶＹ　ＰＬＡＴＥ　Ｖｏ１．１９，Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２０１３’１７・　・生产实践・　高性能桥梁结构用Ｑ３７０ｑＥ钢的研制　陈钊　洪君　（武汉钢铁集团公司）　摘　要介绍了高强度桥梁用Ｑ３７０ｑＥ钢的研制过程，阐述了Ｑ３７０ｑＥ钢的化学成分、加热、轧制及加速冷　高性能Ｑ３７０ｑＥ微合金化　却工艺的设计方法，并结合工业试制情况对实物性能和组织进行了分析。　关键词　桥梁用钢Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｑ３７０　ｑＥ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｌａｔｅ　ｆｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｈｅｎ　Ｚｈａｏ　ａｎｄ　Ｈｏｎｇ　Ｊｕｎ　（Ｗｕｈａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐ．）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｑ３７０ｑＥ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ｂｒｉｄｇｅ，ｅｘｐｌｍｎｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｒｅｈｅａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｃ—　ｔｕａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｔｒｉａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｓｔｅｅｌ　ｏｒｆ　ｂｒｉｄｇｅ，Ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｍｌａｎｃｅ，Ｑ３７０ｑＥ，Ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇ　０前言　１　Ｑ３７０ｑＥ钢板的技术要求　１．１力学性能要求　随着火车大提速和高铁建设的大规模展开，　我国设计和修建了大批高速铁路桥，对桥梁工程　黄冈长江大桥所用Ｑ３７０ｑＥ钢板的交货技术　要求十分严格，与“ＧＢ　Ｔ７１４—２００８”标准规定的　力学性能对比如表１所示。可以看到，此次合同　所签订交货技术条件中的力学性能除包括标准要　求外，还对钢板的冲击韧性提出了更严格的要求。　即厚度≤３６　ｍｍ和厚度＞３６　ｍｍ钢板的一４０℃　用钢的强度、韧性、低裂纹敏感性提出了更高要　求¨Ｊ。黄冈长江大桥项目即要求鄂钢在提供桥　梁关键构件用Ｑ３７０ｑＥ钢板时保证较高强度，同　时实现一４０℃冲击功达１００　Ｊ和１２０　Ｊ的冲击韧　性以及严格的抗层状撕裂性能。鄂钢为此加强了　对高强度、高韧性桥梁结构用Ｑ３７０ｑＥ钢板的研　制和开发，成功生产出满足项目要求的产品，为进　冲击功分别要高于１００　Ｊ和１２０　Ｊ，超过国标规定　值。　一步开拓宽厚板市场提　了强有力的技术支持。　表１　Ｑ３７０ｑＥ钢板交货技术条件与标准规定力学性能对比　・１８・　宽厚板　第ｌ９卷　１．２化学成分的设计原则　磷含量较高，会影响轧制工艺的制定，不利于控　在Ｑ３７０ｑＥ钢板成分设计上，除了高强度和　制轧制的进行，因此应严格控制其含量，以强　良好的低温韧性，还要考虑焊接性能，即低碳高　化控轧效果。考虑到鄂钢对硫、磷的实际控　锰，同时添加微合金元素。因此在开发强度级别　制水平，将硫的上限定为０．０１５％，磷的上限定为　较高的钢种时大多采用Ｎｂ—Ｖ或Ｎｂ—Ｔｉ复合微　０．０２０％。　合金化。但由于对生产工艺的控制要求较高，较　１．２．４微合金化　少出现同时添加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ的情况。　微合金化是指向钢中添加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等合金　１．２．１碳　元素。这些合金元素在钢中可以与碳、氮结合形　在Ｑ３７０ｑＥ桥梁钢的化学成分设计中，为使　成碳化物、氮化物及碳氮化合物，这些化合物具有　钢板具有良好的焊接性能、较好的低温冲击韧性，　在高温时溶解、低温时析出的特性，因此可以在钢　必须降低钢中含碳量，将其控制在０．１４％左右为　坯加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大，在轧制过程　宜。　中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大，在低温时　１．２．２锰　起到析出强化作用。　锰元素的主要作用是降低奥氏体转变温度，　铌在铁素体中沉淀析出，可以提高钢的强度，　细化铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性，还可以消　并阻止焊接过程中热影响区晶粒的粗化。因此铌　除硫对钢材的有害影响。因此，在化学成分设计　具有显著细化铁素体晶粒的作用和较好的析出强　中把锰含量控制在上限１．５０％一１．８０％左右。　化作用。当铌含量较低时，细化晶粒作用特别显　特别是对于有焊接要求的高锰钢种，Ｍｎ／Ｃ比值　著，而且随着铌含量增加，细晶强化作用更加明　越大，低温韧性越好。　显。　１．２．３　硫、磷　基于上述原则，鄂钢在化学成分的设计上根　作为最常见的有害元素，硫、磷及气体在钢中　据钢板厚度范围采取了两套化学成分设计方案，　的含量直接影响到钢的塑性和韧性。若钢中硫、　见表２所示。　表２　Ｑ３７０ｑＥ钢板的化学成分设计ｗｔ／％　２生产工艺设计　奥氏体再结晶充分进行，达到晶粒尺寸均匀细化；　鄂钢Ｑ３７０ｑＥ钢生产的工艺流程：高炉铁水　另一方面，在奥氏体未再结晶区ＳＬＮ时，使钢板厚　一铁水脱硫一转炉冶炼一吹氩一ＬＦ精炼一真空　度方向形变累积效果均匀，同时尽量降低未再结　处理一连铸一铸坯检查一铸坯加热一４　３００　ｍｍ　晶区开轧温度并提高道　压’　率，使形变奥氏体　轧机轧制一加速冷却一探伤一精整一热处理一检　中形成较多的变形带，曳　奥氏体向铁索体转变　验。　时晶粒的形核位置和形核速度，从而细化铁素体　２．１加热工艺　晶粒。　为保证较低的轧制变形抗力，结合微合金元　另外，形变硬化后的奥氏体中位错及其他晶　素化合物的完全固溶温度（≥１　１５０℃），确定钢　粒缺陷增多，变形储存能增加，在随后的冷却过程　坯的最高加热温度为１　１５０—１　３００℃。　中，促使Ｎｂ、Ｖ的碳氮化物大量细小弥散析出，沉　２．２轧制工艺　淀强化作用增强　Ｊ。中间坯厚度采用成品厚度　轧制工艺采用俩阶段控轧　。一方面，在奥　的２—４倍，Ｑ３７０ｑＥ钢板的控轧工艺见表３。　氏体再结晶区轧制时，保汪累积压下率在５０％左　为保证钢板的性能，得到更细小的晶粒度，轧　右，使形变在厚度方向充分渗透至中心部位，以使　后采用ＡＣＣ对钢板进行加速冷却，并根据环境温　第３期　陈钊等：高性能桥梁结构用Ｑ３７０ｑＥ钢的研制　・１９・　表３　Ｑ３７０ｑＥ钢板的控，ｇ－ｒ艺　正火工艺见图１所示。　成品厚度／Ｉ阶段终轧温度／中间坯厚度／Ⅱ阶段开轧温度／　ｍｍ　℃　ｍｍ　℃　赐　注：ｔ表示成品厚度　度的季节性变化调整冷却工艺，充分发挥微合金　化元素的作用，提高钢板的综合力学性能。　Ｑ３７０ｑＥ钢板冷却工艺见表４。　时ｉ司／ｓ　表４　Ｑ３７０ｑＥ钢板的冷却工艺　图１　Ｑ３７０ｑＥ钢板的正火工艺示意图　３工业试制　３．１试制方案　选取两个冶炼炉号的Ｑ３７０ｑＥ钢坯在４　３００　ｍｍ精轧机上轧制，坯料厚度为２５０　Ｍｍ，轧制成　品厚度为１０　ｍｍ、１４　ｍｍ、３６　ｉｌｌｎｌ和４８　ｍｍ，每个厚　２．３热处理工艺　度规格试轧２块钢板。冶炼、轧制及热处理工艺　热处理是通过加热、保温和冷却的方法来改　均按上述设计的工艺执行。　变钢的内部组织结构，从而改善其性能的一种工　３．２试制结果　艺。由于１４　ｍｍ以上厚度规格的钢板全部为正　３．２．ｉ化学成分　火状态交货，正火温度的高低直接影响钢板的实　试制Ｑ３７０ｑＥ钢坯的化学成分见表５。　物性能，因此确定一个合理的正火工艺尤为重要。　３．２．２力学性能　针对Ｑ３７０ｑＥ高强度桥梁用钢，根据板坯化学成　试制Ｑ３７０ｑＥ钢板的热轧态力学性能见表６　分进行Ａｃ　计算后，进行９００℃正火处理。具体　所示。　表５试制Ｑ３７０ｑＥ（Ｋ１）钢坯的化学成分ｗｔ／％　表６试制Ｑ３７０ｑＥ钢板的热轧态力学性能　差值分别为５５　ＭＰａ和６０　ＭＰａ，唯独一４０　冲击　功偏低，不能满足交货技术条件要求。　钢板在完成探伤后进行正火处理，正火态钢　板力学性能见表７。　表７试制Ｑ３７０ｑＥ钢板的正火态力学性能　从表６可以看出，经过轧制后的钢板屈服强　度、抗拉强度都能得到保证且有一定富裕量，不同　厚度钢板的屈服强度和抗拉强度波动较小，最大