[發(fā)明專利]一種大規(guī)格超高強韌性免時效鐵路基建用鋼的生產(chǎn)方法

有效

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• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101906503A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 魯麗燕;周玉麗;邸全康;王勇;陳京生;劉志忠;李艷平;王新華;劉健;趙洪濤;程四華;徐興全;劉斌;李睿英
• 申請（專利權(quán)）人: 首鋼總公司
• 主分類號: C21C5/28
• 分類號: C21C5/28;C21C7/00;B21B1/46;C21D1/18;C21D1/42
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于鐵路用鋼技術(shù)領域，特別是涉及一種大規(guī)格超高強韌性免時效鐵路基建用鋼的生產(chǎn)方法，適用于超高強韌性大跨度鐵路基建大橋用精軋螺紋鋼的生產(chǎn)。

背景技術(shù)

近年來，隨著我國拉動內(nèi)需大規(guī)模鐵路建設，傳統(tǒng)的通過控軋控冷工藝提高強度級別的一般鋼材很難達到要求，迫切需要一種超高強韌性鐵路跨海大橋基建結(jié)構(gòu)用鋼。為確保“永久性”建筑的使用壽命，對超高強韌性鐵路跨海大橋基建結(jié)構(gòu)用鋼的安全性、抗震性、耐火性要求越來越高。保證新建建筑的安全性、抗震性的關鍵是提高建筑用鋼的綜合力學性能。然而，普通混凝土構(gòu)架用鋼仍為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的主導鋼材。目前，最高強度級別鋼種大多數(shù)為通過V-N或Nb-N微合金的析出強化，采用控軋控冷工藝，生產(chǎn)的鋼材已達到最大極限(Rel：785～830Mpa，Rm：980～1030Mpa)，此種鋼材已不能滿足高質(zhì)量、大跨度高速鐵路以及公路橋梁交通基建用鋼的需求。

在傳統(tǒng)高強度鋼生產(chǎn)工藝過程中，一般采用通過提高合金元素和控軋控冷兩種生產(chǎn)工藝途徑提高鋼材性能。由于生產(chǎn)添加V、Nb合金元素的鋼材，盡管微量使用，但V、Nb鐵合金的價格較高，噸鋼成本增加較多。另外，對于傳統(tǒng)棒材軋鋼生產(chǎn)存在加熱溫度不穩(wěn)定，機架間控冷設備控制波動大，造成傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)大規(guī)格(＞φ25mm)高強精軋螺紋存在以下問題：

1)傳統(tǒng)生產(chǎn)棒材軋機控軋控冷工藝的特點，即使具備機架間有多段水冷和控溫裝置等條件，在Nb、V微合金化大規(guī)格圓鋼軋制過程中，也難實現(xiàn)低溫控軋(即：終軋溫度≤700℃，變形量≥30％)細化晶粒，鋼材最終組織難控制，造成鋼材力學性能波動較大，不穩(wěn)定。

2)在實際生產(chǎn)中，一般棒材軋機實現(xiàn)低溫控軋難度較大，終軋溫度若高于1000℃，鋼的奧氏體晶粒相對粗大，在冷卻過程中，γ→α相變轉(zhuǎn)變速率較低，鐵素體相變不充分，相變可產(chǎn)生一定數(shù)量的貝氏體，當其比例大于20％時，Rm指標較高，屈服強度Rel不明顯，塑性指標(延伸率A5％)明顯降低。

3)熱軋低合金高強度圓鋼，經(jīng)過控冷工藝，強制冷卻和自回火過程難控制，其心部正常組織通常為P+F類型，在該金相組織狀態(tài)下，即使晶粒度達到超細晶，其綜合力學性能的強度指標和韌性指標已達到最大極限，鋼材性能不能滿足：Rm≥1230Mpa、Rel≥1080Mpa、A5≥6％、松弛性能≤3％的要求。

4)通過控冷方式生產(chǎn)鋼材的力學性能存在自然時效的特點，性能隨時間變化波動范圍較大。鋼材直徑規(guī)格不同，其性能隨時效時間不同而變化。

5)對于高強度精軋螺紋帶有橫肋，傳統(tǒng)控軋控冷工藝只能通過“超快冷+自回火工藝”提高強度，精軋螺紋橫截面基圓的螺紋齒根會帶來冷卻不均勻，依靠冷床上鋼筋在空氣中的自回火無法滿足高強度殘余應力的釋放。

6)鋼材規(guī)格尺寸的增加，其規(guī)格尺寸效應增大。隨著鋼材規(guī)格尺寸的增加，其屈服強度呈下降趨勢。主要原因為直徑增加，鋼的表面到心部冷卻速率降低，導致內(nèi)部晶粒粗大，屈服強度降低。研究表明，如果控軋控冷鋼材直徑大于25mm，其屈服強度明顯降低。

所以，需要開發(fā)研制一種大規(guī)格(＞φ25mm)超高強韌性免時效鐵路大橋基建用鋼，通過離線特殊熱處理生產(chǎn)工藝裝置和手段，在保證鋼的化學成分設計配比經(jīng)濟合理，鋼質(zhì)潔凈、組織均勻細小、表面質(zhì)量優(yōu)良，綜合力學性能達到超高強韌性免時效要求的生產(chǎn)方法，使大規(guī)格鋼材綜合力學性能達到Rm≥1230Mpa、Rel≥1080Mpa、A5≥6％、松弛性能≤3％等技術(shù)性能指標。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)格超高強韌性免時效鐵路基建用鋼的生產(chǎn)方法，通過冶煉成分、連鑄內(nèi)部質(zhì)量控制，在軋制過程中無需控軋控冷進行晶粒組織準備，直接通過熱處理裝置離線感應熱處理，鋼材不經(jīng)過自然時效即可達到超高強韌性能。

本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐初煉+精煉+連鑄的生產(chǎn)工藝流程，以鐵水、廢鋼及多種合金元素做原料，加之特殊的冶煉工藝；鋼坯加熱連續(xù)軋制；鋼材離線中頻感應熱處理后，生產(chǎn)高強度(Rel≥1080Mpa、Rm≥1230Mpa、A5≥6％)、松弛性能≤3％的超高強韌性免時效建鐵路基建用鋼。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

采用轉(zhuǎn)爐初煉+LF爐精煉+連鑄+連軋+離線多段中頻感應加熱淬火+多段回火，在各工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)：

轉(zhuǎn)爐中加入L08牌號鐵水及重型廢鋼I類，鐵水與廢鋼的重量比例為(95～80)∶(5～20)；轉(zhuǎn)爐出鋼時，按順序合金化加入鐵合金：硅錳(FeMn65?Si17)：10Kg/t、硅鐵(FeSi75Al2)：12Kg/t；硅鋁鋇復合脫氧劑：1.0Kg/t。