【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及公路建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，高原凍土地區(qū)高速公路建設(shè)需求逐年遞增。在全球氣候變暖背景下，高原凍土響應(yīng)進(jìn)程加快，近20年間凍土平均升溫0.2℃～0.3℃，島狀凍土加速消失，高溫凍土加劇退化，低溫凍土升溫明顯，由此導(dǎo)致凍土區(qū)公路工程病害顯著增加。因此，克服高原凍土病害成為高速公路建設(shè)必須面臨并解決的問題。
2、混凝土是高速公路橋梁、隧道等關(guān)鍵工程使用的主要材料，但高原凍土地區(qū)特殊環(huán)境導(dǎo)致混凝土經(jīng)受長(zhǎng)周期凍融循環(huán)，從而誘發(fā)混凝土開裂，降低服役壽命。由于低合金鋼優(yōu)異的強(qiáng)韌性和低溫性能，鋼結(jié)構(gòu)橋梁是高原凍土環(huán)境下替代鋼混結(jié)構(gòu)橋梁建造的理想選擇。然而，由于凍土溫度的逐年升高，在相對(duì)高溫、高含冰量?jī)鐾恋貐^(qū)，結(jié)構(gòu)鋼不僅面臨低溫環(huán)境，還經(jīng)受土壤凍融、電化學(xué)腐蝕過程，極易發(fā)生低溫-力學(xué)-電化學(xué)耦合作用下的環(huán)境敏感斷裂(低溫脆斷、腐蝕疲勞)失效，威脅橋梁服役安全。
3、因此，亟需開發(fā)耐低溫凍融、耐腐蝕、抗環(huán)境敏感斷裂型低合金鋼，滿足高原凍土服役環(huán)境需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，本專利技術(shù)的目的是提供一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板及其制備方法，可實(shí)現(xiàn)屈服強(qiáng)度≥420mpa，抗拉強(qiáng)度≥525mpa，延伸率≥30％，-60℃沖擊功≥250j，屈強(qiáng)比≤0.8，相較于傳統(tǒng)q355碳鋼相對(duì)腐蝕率≤50％，具有很好的抗凍融性能。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的
3、一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，按重量百分比計(jì)，包括如下組分：
4、c：0.03％～0.05％，si：0.15％～0.25％，mn：1.30％～1.60％，p≤0.013％，s≤0.005％，nb：0.020％～0.045％，ti：0.006％～0.020％，ni：0.5％～1.0％，cr：0.15％～0.20％，cu：0.10％～0.30％，zr：0.001％～0.003％，re(稀土)：0.001％～0.010％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。
5、本專利技術(shù)對(duì)鋼中化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：
6、碳(c)：碳是鋼鐵中最重要的合金元素之一。它對(duì)鋼的硬度和強(qiáng)度有直接的影響。隨著碳含量的增加，鋼的硬度和強(qiáng)度會(huì)增加，但是塑性和韌性則會(huì)下降。當(dāng)碳含量超過0.23％時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳含量一般不超過0.20％。碳含量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。綜合鋼板所需強(qiáng)韌性因素，本專利技術(shù)設(shè)定鋼中碳含量控制在0.03％～0.05％。
7、硅(si)：硅在鋼中主要作為一種脫氧劑使用，能溶于鐵素體和奧氏體中，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。硅的含量過高如超過3％時(shí)，則會(huì)顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能降低鋼的焊接性能。因?yàn)楣枧c氧的結(jié)合能力比鐵強(qiáng)，在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動(dòng)性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。本專利技術(shù)硅含量設(shè)計(jì)為0.15％～0.25％。
8、錳(mn)：錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的錳，它能消除或減弱由于硫引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。錳和鐵形成的固溶體，可提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度；同時(shí)又是碳化物形成的元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子，錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，起到細(xì)化珠光體的作用，也間接地起到提高珠光體鋼強(qiáng)度的作用。本專利技術(shù)錳含量為1.30％～1.60％。
9、磷(p)：通常被認(rèn)為是有害元素，因?yàn)樗茉阡摰木Ы缣幮纬纱嘈韵啵绕涫窃诘蜏叵拢瑫?huì)顯著降低鋼的韌性。磷有時(shí)也被用來提高鋼的強(qiáng)度和耐候性。本專利技術(shù)控制p≤0.013％。
10、硫(s)：在鋼鐵中通常被視為一種有害元素，因?yàn)榱蚰苄纬纱嘈缘牧蚧飱A雜物，導(dǎo)致鋼的熱加工性能下降。本專利技術(shù)控制s≤0.005％。
11、鈮(nb)：鈮有固溶強(qiáng)化的作用。微量的鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度。因其有細(xì)化晶粒的作用，能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度，有益焊接性能。當(dāng)含量大于碳的8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有良好的抗氫性能。而在奧氏體鋼中可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。本專利技術(shù)鈮含量為0.020％～0.045％。
12、鈦(ti)：鈦和氮、氧、碳都有極強(qiáng)的親和力，與硫的親和力比鐵強(qiáng)，故鈦元素是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮、碳的有效元素。鈦雖然是強(qiáng)碳化物形成元素，但不和其他元素聯(lián)合形成復(fù)合化合物。碳化鈦穩(wěn)定，不易分解，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。在未溶入之前，碳化鈦微粒有阻止晶粒長(zhǎng)大的作用，得到細(xì)化晶粒的效果，改善鋼板的低溫韌性。同時(shí)ti與n等元素可以在焊接熔池及熱影響區(qū)附近析出，形成細(xì)小彌散的氮化物第二相，可有效促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核長(zhǎng)大，抑制原始奧氏體晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而顯著提高鋼板焊接熱影響區(qū)性能。本專利技術(shù)中鈦含量為0.006％～0.020％。
13、鎳(ni)：鎳能夠固溶于鐵的晶格中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)，從而提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)不顯著降低其韌性。鎳能夠降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，使得鋼在低溫環(huán)境下依然保持較好的韌性。鎳能夠提高鋼的耐腐蝕性能，尤其在酸性、堿性環(huán)境中表現(xiàn)出色，鎳可以提高鋼對(duì)疲勞的抗力，并減小鋼對(duì)缺口的敏感性。本專利技術(shù)中鎳含量為0.5％～1.0％。
14、鉻(cr)：鉻能夠提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但同時(shí)可能會(huì)降低塑性和韌性。這是由于鉻能夠固溶于鐵的晶格中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)，進(jìn)而提高了鋼的機(jī)械性能。鉻的存在有助于減少焊接過程中產(chǎn)生的裂紋，提高焊縫的質(zhì)量。鉻還可以與碳形成合金碳化物，具有高硬度和耐磨性，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)鋼的表面性能。鉻能增加鋼的淬透性，而且在含量超過一定比例時(shí)，可以賦予鋼良好的抗腐蝕性能。本專利技術(shù)中cr含量為0.15％～0.20％。
15、銅(cu)：銅能夠提高鋼的抗大氣腐蝕能力，特別是在潮濕環(huán)境中，銅有助于形成保護(hù)層，減緩鋼的銹蝕速率。適量的銅添加可提高鋼的強(qiáng)度，還可增加鋼的可塑性和延展性，使其更容易加工成型。過量的銅可能會(huì)導(dǎo)致熱脆性問題，即在高溫下鍛、軋等加工時(shí)出現(xiàn)裂紋。此外，銅的存在可能會(huì)影響鋼的焊接性能。因此，本專利技術(shù)中銅含量0.10％～0.30％。
16、鋯(zr)：鋯是強(qiáng)碳化物的形成元素，也是強(qiáng)脫氧元素和復(fù)合氧硫化物形成元素，加入少量鋯有脫氣、凈化和細(xì)化晶粒作用，有利于提高低合金高強(qiáng)度鋼的低溫性能，改善沖壓性能，溶入奧氏體時(shí)顯著提高鋼的淬透性。本專利技術(shù)中zr含量0.001％～0.003％。
17、稀土(re)：稀土在鋼中的作用：(1)凈化鋼液。稀土元素可以與鋼中的氧和硫形成穩(wěn)定的氧化物和硫化物，從而降低鋼液中的氧和硫含量，提高鋼的純凈度。從而減少非金屬夾雜物的數(shù)量，改善鋼的力學(xué)性能。(2)改善夾雜物形態(tài)。稀土元素能夠與鋼中的硫和氧發(fā)生反應(yīng)，生成球狀或鏈狀的稀土硫化物或硫氧化物，取本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，按重量百分比計(jì)，高性能結(jié)構(gòu)鋼板包括如下組分：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，0.008％≤Zr+Ti+RE≤0.030％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，所述的鋼板ReH≥420MPa，Rm≥525MPa，延伸率≥30％，屈強(qiáng)比≤0.80，-60℃縱向沖擊功≥250J，相較于傳統(tǒng)Q355碳鋼相對(duì)腐蝕率≤50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，高性能結(jié)構(gòu)鋼板的金相組織主要為鐵素體和珠光體。
5.一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的硅鋯合金為Si50Zr35，即硅含量為46.83％～49.63％、Zr含量為34.85％～35.10％，其余為不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的本處理模式是指真空環(huán)流脫氣處理，主要目的是脫氫、脫氮，確保H≤0.0002％、N≤0.006％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，在所述連鑄步驟中，結(jié)晶器采用專用保護(hù)渣，結(jié)晶器振動(dòng)選用非正弦振動(dòng)模式，通過結(jié)晶器振動(dòng)可以保證在澆鑄過程中板坯與結(jié)晶器壁不發(fā)生粘結(jié)，并獲得良好的鑄坯表面質(zhì)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，所述的精軋終軋溫度≥820℃，終冷溫度為590～620℃，冷卻速度為12～18℃/s。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，按重量百分比計(jì)，高性能結(jié)構(gòu)鋼板包括如下組分：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，0.008％≤zr+ti+re≤0.030％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，所述的鋼板reh≥420mpa，rm≥525mpa，延伸率≥30％，屈強(qiáng)比≤0.80，-60℃縱向沖擊功≥250j，相較于傳統(tǒng)q355碳鋼相對(duì)腐蝕率≤50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板，其特征在于，高性能結(jié)構(gòu)鋼板的金相組織主要為鐵素體和珠光體。
5.一種稀土微合金化高原耐候高性能結(jié)構(gòu)鋼板的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的硅鋯合金為si50zr35，即硅含量為46.83％～49.63％、zr含...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李艷，麻衡，崔中雨，王中學(xué)，趙天亮，張佩，何康，張慶普，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東鋼鐵股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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