当前位置: 首页 > 专利查询>首钢总公司专利>正文

一种大规格超高强韧性免时效铁路基建用钢的生产方法技术

技术编号:4051448 阅读:192 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种大规格超高强韧性免时效铁路基建用钢的生产方法,属于铁路用钢技术领域。采用转炉初炼+LF炉精炼+连铸+连轧+离线多段中频感应加热淬火+多段回火,以铁水、废钢及多种合金元素做原料,加之特殊的冶炼工艺;采用非控轧控冷型工艺,钢坯加热连续轧制;钢材经离线中频感应热处理后,生产高强度Rel≥1080MPa、Rm≥1230MPa、A5≥6%、松弛性能≤3%的超高强韧性免时效建铁路基建用钢。优点在于,利用现有钢种的生产冶炼工艺装备,通过廉价合金元素合理配比化学成分、优化生产工艺等手段,再通过离线中频感应热处理,消除热轧组织遗传对钢材性能的影响,使钢材生产当天达到超高强韧性能的目标技术要求、免去时效时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁路用钢
,特别是涉及一种大规格超高强韧性免时效铁路基 建用钢的生产方法,适用于超高强韧性大跨度铁路基建大桥用精轧螺纹钢的生产。
技术介绍
近年来,随着我国拉动内需大规模铁路建设,传统的通过控轧控冷工艺提高强度 级别的一般钢材很难达到要求,迫切需要一种超高强韧性铁路跨海大桥基建结构用钢。为 确保“永久性”建筑的使用寿命,对超高强韧性铁路跨海大桥基建结构用钢的安全性、抗震 性、耐火性要求越来越高。保证新建建筑的安全性、抗震性的关键是提高建筑用钢的综合力 学性能。然而,普通混凝土构架用钢仍为现浇混凝土结构的主导钢材。目前,最高强度级别 钢种大多数为通过V-N或Nb-N微合金的析出强化,采用控轧控冷工艺,生产的钢材已达到 最大极限(Rel 785 830Mpa,Rm :980 1030Mpa),此种钢材已不能满足高质量、大跨度高 速铁路以及公路桥梁交通基建用钢的需求。在传统高强度钢生产工艺过程中,一般采用通过提高合金元素和控轧控冷两种生 产工艺途径提高钢材性能。由于生产添加V、Nb合金元素的钢材,尽管微量使用,但V、Nb铁 合金的价格较高,吨钢成本增加较多。另外,对于传统棒材轧钢生产存在加热温度不稳定, 机架间控冷设备控制波动大,造成传统工艺生产大规格(> Φ25πιπι)高强精轧螺纹存在以 下问题1)传统生产棒材轧机控轧控冷工艺的特点,即使具备机架间有多段水冷和控温 装置等条件,在Nb、V微合金化大规格圆钢轧制过程中,也难实现低温控轧(即终轧温度 ^ 700°C,变形量> 30% )细化晶粒,钢材最终组织难控制,造成钢材力学性能波动较大,不稳定。2)在实际生产中,一般棒材轧机实现低温控轧难度较大,终轧温度若高于 1000°C,钢的奥氏体晶粒相对粗大,在冷却过程中,Y - α相变转变速率较低,铁素体相变 不充分,相变可产生一定数量的贝氏体,当其比例大于20%时,Rm指标较高,屈服强度Rel 不明显,塑性指标(延伸率Α5%)明显降低。3)热轧低合金高强度圆钢,经过控冷工艺,强制冷却和自回火过程难控制,其 心部正常组织通常为P+F类型,在该金相组织状态下,即使晶粒度达到超细晶,其综合 力学性能的强度指标和韧性指标已达到最大极限,钢材性能不能满足Rm ^ 1230Mpa、 Rel彡1080Mpa、A5彡6%、松弛性能彡3%的要求。4)通过控冷方式生产钢材的力学性能存在自然时效的特点,性能随时间变化波动 范围较大。钢材直径规格不同,其性能随时效时间不同而变化。5)对于高强度精轧螺纹带有横肋,传统控轧控冷工艺只能通过“超快冷+自回火 工艺”提高强度,精轧螺纹横截面基圆的螺纹齿根会带来冷却不均勻,依靠冷床上钢筋在空 气中的自回火无法满足高强度残余应力的释放。6)钢材规格尺寸的增加,其规格尺寸效应增大。随着钢材规格尺寸的增加,其屈服强度呈下降趋势。主要原因为直径增加,钢的表面到心部冷却速率降低,导致内部晶粒粗 大,屈服强度降低。研究表明,如果控轧控冷钢材直径大于25mm,其屈服强度明显降低。所以,需要开发研制一种大规格(> Φ 25mm)超高强韧性免时效铁路大桥基建用 钢,通过离线特殊热处理生产工艺装置和手段,在保证钢的化学成分设计配比经济合理,钢 质洁净、组织均勻细小、表面质量优良,综合力学性能达到超高强韧性免时效要求的生产方 法,使大规格钢材综合力学性能达到Rm彡1230Mpa、Rel彡1080Mpa、A5彡6%、松弛性能 (3%等技术性能指标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供, 通过冶炼成分、连铸内部质量控制,在轧制过程中无需控轧控冷进行晶粒组织准备,直接通 过热处理装置离线感应热处理,钢材不经过自然时效即可达到超高强韧性能。本专利技术采用转炉初炼+精炼+连铸的生产工艺流程,以铁水、废钢及多种合金元素 做原料,加之特殊的冶炼工艺;钢坯加热连续轧制;钢材离线中频感应热处理后,生产高强 度(Rel彡1080Mpa、Rm彡1230Mpa、A5 ^ 6% )、松弛性能彡3%的超高强韧性免时效建铁 路基建用钢。本专利技术通过以下技术方案来实现采用转炉初炼+LF炉精炼+连铸+连轧+离线多段中频感应加热淬火+多段回火, 在各工艺中控制如下技术参数转炉中加入L08牌号铁水及重型废钢I类,铁水与废钢的重量比例为(95 80) (5 20);转炉出钢时,按顺序合金化加入铁合金硅锰(FeMn65 Sil7) :10Kg/t、硅 铁(FeSi75A12) :12Kg/t ;硅铝钡复合脱氧剂1.0Kg/t。LF精炼工艺钢水经LF炉精炼提纯,精炼温度1590 1640°C ;精炼期间按顺序 加入铝铁(Fe50A150) :0. 60Kg/t、铝粒(Φ 10mm) :0. 20Kg/t、钛铁(FeTi30) :0. 25Kg/t、硼 线Φ13讓(FeB18C0. 5) :lm/t、硅钙线(Φ 13mm) :lm/t ;精炼时间35_50分钟;全程小流量 (30-50L/min)吹氩搅拌;精炼渣碱度Ca0/Si02 3. 5-5. 0 ;精炼渣料、铁合金块料、脱氧剂分 期分批由LF精炼炉加料口顺序加入;在1530 1560°C进行连铸,铸成130mmX 130mm方坯。轧制工艺钢坯加热温度1100 12000C ;开轧温度1050°C 1100°C ;同根钢坯 温差不超过30°C;钢坯开轧前高压水除磷,除磷水压> 18MPa ;终轧温度950 1000°C,采用 非控轧控冷工艺直接上冷床,轧后冷床空冷,所以轧制过程可以采用高速轧制(Φ32πιπι规 格成品轧制速度为9. 5m/s),减少了机间和轧后冷却对轧机弹跳及轧机电机动态速降影响, 轧材外形尺寸精度较高,保证产品外在精轧螺纹与螺母的通条配合性。(见图1)离线感应热处理工艺钢材离线热处理根据规格和力学性能不同要求,采用1-3 段中频电源机组感应加热和1-3段式水、汽雾强制冷却处理。可采用单段中频感应加热淬 火+单段式中频感应加热回火工艺,进行单次淬火+回火热处理;也可以采用两段中频感应 加热淬火+两段式中频感应加热回火工艺,进行双重淬火+双重回火热处理。热处理工艺中淬火分为两段持续加热,1#淬火预热段电源机组升温速度平均为 8°C /s,2#淬火提温段电源机组升温速度平均为20°C /S。热处理工艺中回火加热电源也分为两段,3#回火电源机组主要功能是升温,4#回火电源机组主要功能是均温,3#电源机组回火升温速度平均为5°C /s,轧件在3#与4#电源 机组回火保温时间总计只需要70-80S,在线生产效率高,并且能够保证15米定尺弯钢率不 超过0. 2%。无需要求热轧态组织进行正火或者TMCP工艺准备,轧材原始晶粒度对本工艺下 热处理材终端性能影响小。该热处理工艺回火保温时间短,所以冬季生产采取了一些缓冷措施淬火后至回 火前阶段的辊道上设置保温罩,配分保温加强钢的TRIP效应提高延塑性,回火后入封闭保 温垛保温。淬火后至回火前配分时间约300s,配分期间碳的分配方向是从马氏体向奥氏体 扩散使其富碳,使得部分残余奥氏体的化学稳定化并在回火之后能够得以保留,使钢在应 变过程中容易诱发Trip效应,提高了高强钢的韧塑性。钢材达至Ij Rel彡1080本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种大规格超高强韧性免时效铁路基建用钢的生产方法,采用转炉初炼+LF炉精炼+连铸+连轧+离线多段中频感应加热淬火+多段回火,在各工艺中控制如下技术参数:  转炉中加入L08牌号铁水及重型废钢Ⅰ类,铁水与废钢的重量比例为(95~80)∶(5~20);转炉出钢时,按顺序合金化加入硅锰FeMn65Si17:10Kg/t,硅铁FeSi75Al2:12Kg/t;硅铝钡复合脱氧剂:1.0Kg/t;  LF精炼工艺:钢水经LF炉精炼提纯,精炼温度:1590~1640℃;精炼期间按顺序加入:铝铁Fe50Al50:0.60Kg/t,φ10mm铝粒:0.20Kg/t,钛铁FeTi30:0.25Kg/t,φ13mm硼线FeB18C0.5:1m/t,φ13mm硅钙线:1m/t;精炼时间:35-50分钟;全程小流量30-50L/min吹氩搅拌;精炼渣碱度CaO/SiO↓[2]:3.5-5.0;精炼渣料、铁合金块料、脱氧剂分期分批由LF精炼炉加料口顺序加入;在1530~1560℃进行连铸,铸成130mm×130mm方坯;  轧制工艺:钢坯加热温度:1100~1200℃;开轧温度:1050℃~1100℃;同根钢坯温差不超过30℃;钢坯开轧前高压水除磷,除磷水压>18MPa;终轧温度950~1000℃,采用非控轧控冷工艺直接上冷床,轧后冷床空冷,轧制过程采用高速轧制,Φ32mm规格成品轧制速度为9.5m/s;离线感应热处理工艺:采用单段中频感应加热淬火+单段式中频感应加热回火工艺,进行单次淬火+回火热处理;或者采用两段中频感应加热淬火+两段式中频感应加热回火工艺,进行双重淬火+双重回火热处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:鲁丽燕周玉丽邸全康王勇陈京生刘志忠李艳平王新华刘健赵洪涛程四华徐兴全刘斌李睿英
申请(专利权)人:首钢总公司
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利