一种420MPa级耐候桥梁钢及其制备方法，化学成分及质量百分含量为：C 0.05～0.07、Si 0.25～0.50、Mn 1.10～1.70、P≤0.020、S≤0.010、Cu 0.28～0.35、Ni 0.20～0.30、Cr 0.45～0.55、Mo≤0.10、Nb 0.008～0.030、Ti 0.010～0.030、V 0.005～0.015、Als 0.020～0.035、Ca 0.0020～0.0050、O≤0.0040、N 0.0025～0.0080，余量为Fe及不可避免的杂质；其中1.8≤Nb/C+V/N≤3.5。采用低C‑适量Si、Mn‑微量Nb‑V‑N合金化思路，并采用高Cr低Cu、Ni的低成本思路添加适量Cu‑Cr‑Ni保证耐候性能，得到低成本、综合性能优异、生产工艺窗口宽、易实现批量工业化生产的420MPa级耐候桥梁钢，本发明专利技术的成分体系配合优化的TMCP+回火制备工艺，降低了对生产装备能力要求，适于中小型钢厂批量工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种420MPa级耐候桥梁钢及其生产方法
本专利技术涉及一种420MPa级耐候桥梁钢及其生产方法，属于耐候钢材生产
技术介绍
近年来，桥梁建设迅猛发展，随着免涂装耐候铁路桥梁跨雅鲁藏布江藏木特大桥和免涂装耐候公路桥官厅水库特大桥的建成，耐候钢因其兼具优异的力学性能、焊接性和耐候性能越来越得到人们认可，钢结构桥梁建设对耐候桥梁钢的需求也越来越大。目前，为达到优异的力学、焊接和耐候多项性能指标，420MPa级耐候桥梁钢中的Cu、Ni、V等贵重合金元素添加量较大，合金成本较高；同时，制备工艺严苛，对生产装备能力（大扭矩、高轧制力）要求高，尤其是厚板的生产制造，此类产品生产供货一直被国内大型钢铁制造厂垄断，中小型钢厂受装备能力限制，无法生产。现有高性能耐候桥梁钢远不能满足建设需求日益增长的需要。针对上述技术问题，国内相关研究人员在降合金成本、优化制备工艺方面也进行了大量的探索：授权公告号为CN103361569B的专利技术专利“一种超低温耐候结构钢板及其生产方法”，控制Mn、C含量(≤1.00%、0.07～0.10%)，且Mn/C≥10，确保钢板晶粒均与细小，保证良好的超低温韧性，同时控制Ti/N≥3.4，形成均匀细小TiN粒子，提高母材的强度和焊接性能，贵金属元素Ni、Nb含量较低，未添加V，成本较低，屈服强度达到了420MPa级，但其抗拉强度较低（≤570MPa），不满足420MPa级钢相关标准要求，且其耐候指数I仅≥6.34，耐候性能不足，未实现420MPa级高强度、易焊接和高耐候性的良好匹配，不能够满足工程建设需求。授权公告号为CN102534384B的专利技术专利“一种无Cr高性能耐候桥梁钢及其制备方法”，添加较高的Ni、Nb的元素(0.20～0.40%、0.30～0.80%、0.04～0.07%)，细化晶粒，提高钢板的强韧性，强度和低温冲击性能都较好，并通过超低C(0.02～0.05%)的设计，减少了碳化物的形成，提高钢的焊接性能，但Ni、Nb含量较高，提升了生产成本，且其耐候性较低，I仅为6.3。公开号为CN106011647A的专利技术专利“一种460MPa级别特厚板及其生产方法”，采用C-Mn-Nb-V-Ti（0.14～0.17%、1.40～1.80%、≥0.020%、≥0.020%、≥0.010%）成分体系结合超快冷速可生产厚规格460MPa级钢板为了降低成本，通过加快冷速，提高过冷度，降低相变温度，从而细化组织，提高强韧性，从而适当降低Nb、Ti、V微合金元素用量，但是较快的冷速，使得钢板内部产生较高的内应力，轧制板型较差，需要通过矫直机矫正板型，需要产线配备大矫直力的矫直机，即使板型矫正，但是钢板内应力未得到有效释放，钢板在后续切割和焊接过程中，内应力释放，板子会产生变形，影响使用和焊接。且其0℃冲击仅为105J，韧性较差，且-40℃低温韧性未报到，不能够满足桥梁钢实际应用的要求。公开号为CN101824581A的专利技术专利“一种屈服强度为450MPa级高强耐候钢板及其生产方法”，通过Nb(0.015～0.035%)微合金化配合控轧控冷工艺获得低成本高强度的耐候钢，其通过F1～F3机架道次压下量控制，从而控制每道次压下量不低于40%，通过单道次大压下技术思路，使得材料在奥氏体再结晶区充分动态再结晶，细化奥氏体晶粒，提高强韧性，但是对于高强度级别钢材，合金元素加入量大，轧制时变形抗力大，每道次压下量不低于40%对轧机的轧制能力要求较高，一般的中小型钢厂不具备装备条件，无法通过该技术思路工业生产。由此可见，现有的屈服强度达到420MPa级耐候桥梁钢，多通过添加较多的Ni元素来细化晶粒，从而保证足够的强韧性，或者通过添加适量Ti-N、Nb-V-Ti等微合金化元素，形成析出粒子提高强韧性，抑或通过优化轧制工艺：增大冷速、增大单道次压下量等手段达到细化晶粒从而提高强韧性来替代贵重合金元素Ni等加入达到细化晶粒的目的，从而降低成本。但是这些技术思路要么合金成本较高，要么合金成本虽不高，但是对装备能力要求较高，所以不适合国内装备能力一般的中小型钢厂工业化生产。为此，亟需开发出一种成本较低、易于工业化生产、综合性能良好的420MPa级耐候桥梁钢及其生产方法，解决目前国内中小钢厂受装备能力限制无法工业化批量稳定生产420MPa级耐候桥梁钢的问题，满足日益增长的耐候钢结构桥梁建设需求。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是通过调控微合金化元素Nb-V-N和与之相匹配的控轧控冷和回火工艺，提供一种420MPa级耐候桥梁钢及其生产方法，并兼顾钢的强韧性、耐候性和焊接性等综合性能，达到低成本、易工业化生产的目的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种420MPa级耐候桥梁钢，所述耐候桥梁钢化学成分组成及质量百分含量为：C0.05～0.07、Si0.25～0.50、Mn1.10～1.70、P≤0.020、S≤0.010、Cu0.28～0.35、Ni0.20～0.30、Cr0.45～0.55、Mo≤0.10、Nb0.008～0.030、Ti0.010～0.030、V0.005～0.015、Als0.020～0.035、Ca0.0020～0.0050、O≤0.0040、N0.0025～0.0080，余量为Fe及不可避免的杂质；化学成分按质量百分含量计满足1.8≤α≤3.8，其中α=Nb/C+V/N。上述420MPa级耐候桥梁钢，所述板材成品厚度为8～60mm。上述420MPa级耐候桥梁钢，所述耐候钢屈服强度450～480MPa，抗拉强度570～620MPa，屈强比0.78～0.82，-40℃夏比V型缺口冲击功≥270J，冲击断口断面纤维率≥85%，上述420MPa级耐候桥梁钢，所述耐候钢在模拟焊接热输入15～40kj/cm焊接条件下，焊接热影响-40℃夏比V型缺口冲击功≥47J。上述420MPa级耐候桥梁钢，所述耐大气腐蚀指数I按I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2计算，I≥6.5。基于上述耐候桥梁钢的成分及含量设计，本专利技术还提供了一种420MPa级耐候桥梁钢的生产方法，包括以下步骤：（1）钢坯料准备：按耐候钢成分设计要求准备原材料，经过冶炼铁水-LF精炼-RH精炼-连铸工序，得到上述成分及质量百分含量的坯料。（2）热机械轧制：将坯料加热至1230±10℃，保温4～4.5h出炉，在1080～1180℃粗轧得中间坯，控制中间坯厚为1.8～2.5倍的成品厚度，在800～880℃对中间坯进行精轧，控制开冷温度730～790℃、返红温度580～680℃、冷速5～15℃/s，冷却得桥梁钢板材。（3）回火处理：回火温度500～550℃，回火时间1.5～2.0min/mm×板厚，板厚单位为mm。上述420MPa级耐候桥梁钢的生产方法，所述步骤（1）钢坯料准备中的LF本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述耐候桥梁钢化学成分组成及质量百分含量为：C 0.05～0.07、Si 0.25～0.50、Mn 1.10～1.70、P≤0.020、S ≤0.010、Cu 0.28～0.35、Ni 0.20～0.30、Cr 0.45～0.55、Mo≤0.10、Nb 0.008～0.030、Ti 0.010～0.030、V0.005～0.015、Als 0.020～0.035、Ca 0.0020～0.0050、O≤0.0040、N 0.0025～0.0080，余量为Fe及不可避免的杂质；化学成分按质量百分含量计满足1.8≤α≤3.8，其中α=Nb/C+V/N。/n
【技术特征摘要】
1.一种420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述耐候桥梁钢化学成分组成及质量百分含量为：C0.05～0.07、Si0.25～0.50、Mn1.10～1.70、P≤0.020、S≤0.010、Cu0.28～0.35、Ni0.20～0.30、Cr0.45～0.55、Mo≤0.10、Nb0.008～0.030、Ti0.010～0.030、V0.005～0.015、Als0.020～0.035、Ca0.0020～0.0050、O≤0.0040、N0.0025～0.0080，余量为Fe及不可避免的杂质；化学成分按质量百分含量计满足1.8≤α≤3.8，其中α=Nb/C+V/N。
2.根据权利要求1所述的420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述板材成品厚度为8～60mm。
3.根据权利要求1所述的420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述耐候钢屈服强度450～480MPa，抗拉强度570～620MPa，屈强比0.78～0.82，-40℃夏比V型缺口冲击功≥270J，冲击断口断面纤维率≥85%。
4.根据权利要求1所述的420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述耐候钢在模拟焊接热输入15～40kj/cm焊接条件下，焊接热影响-40℃夏比V型缺口冲击功≥47J。
5.根据权利要求1-4任意一种所述的420MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，所述耐大气腐蚀指数I≥6.5，I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。
6.如权利要求1-5...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝喜，杜秀珍，尹绍江，郑文超，安海玉，张锦兴，郝鑫，吴建国，于玮弘，
申请(专利权)人：唐山钢铁集团有限责任公司，唐山中厚板材有限公司，河钢股份有限公司唐山分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13
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