制造軋制多用途耐候鋼板的方法以及由此方法制造的產(chǎn)品技術(shù)

一種耐候鋼板的制造方法，其步驟包括建立如下的最小屈服強(qiáng)度鋼板的厚度目標(biāo)值：３４４ＭＰａ（５０ＫＳＩ）厚達(dá)１０．１６ｃｍ（４英寸）；４４７ＭＰａ（６５ＫＳＩ）厚達(dá)３．８１ｃｍ（１．５英寸）；４８１ＭＰａ（７０ＫＳＩ）厚達(dá)３．１７ｃｍ（１．２５英寸）。把含有有效含量錳、碳、鈮、釩、氮和鈦的改進(jìn)的耐候級合金鑄成板坯。板坯被加熱和粗軋成中間厚度鋼板。根據(jù)最小屈服強(qiáng)度和厚度目標(biāo)值，控制軋制中間厚度鋼板并空冷或加速冷卻。在控制合金化學(xué)組成、軋制和冷卻條件下，最終厚度的鋼板表現(xiàn)出不連續(xù)屈服，并用于以下應(yīng)用需求中：最小屈服強(qiáng)度４８１ＭＰａ（７０ＫＳＩ）厚達(dá)３．１７ｃｍ（１．２５英寸）；最小屈服強(qiáng)度４４７ＭＰａ（６５ＫＳＩ）厚達(dá)３．８１ｃｍ（１．５英寸）；最小屈服強(qiáng)度３４４ＭＰａ（５０ＫＳＩ）厚達(dá)１０．１６ｃｍ（４英寸）。（*該技術(shù)在2019年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及制造軋制多用途耐候鋼板的方法以及由此方法制造的產(chǎn)品，更具體地說是涉及使用控制合金化學(xué)成分和控制軋制以及冷卻條件生產(chǎn)軋制和冷卻的耐候級、能滿足很多ASTM規(guī)格所需的力學(xué)性能和成分的鋼板的方法。
技術(shù)介紹
在先前技術(shù)中，低碳、高強(qiáng)度(或高性能鋼，HPS)耐候鋼在橋梁、支撐和其它高強(qiáng)度應(yīng)用中的使用逐漸增加。這種鋼鐵材料與混凝土和其它類型的鋼鐵材料比有三個優(yōu)點。首先，使用高強(qiáng)度材料能減少所建造結(jié)構(gòu)的總重，并且也能減少材料的花費(fèi)。因此，使用這些耐候鋼的設(shè)計比混凝土和那些使用低強(qiáng)度鋼的設(shè)計更具競爭力。其次，耐候鋼或抗大氣腐蝕級鋼能通過免除油漆的需要明顯降低結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用，例如橋梁或支撐。在難以正常維護(hù)的應(yīng)用中特別需要這些耐候鋼，例如，位于邊遠(yuǎn)區(qū)域的橋梁或支撐。第三，較低的碳含量(最多0.1％)和較低的碳當(dāng)量水平改善鋼的焊接性和韌性。ASTM規(guī)格中指示出了這些類型鋼的使用。對于中等強(qiáng)度的應(yīng)用，如ASTM A588 B級或A709 50W級，指定要用最小屈服強(qiáng)度為50KSI的耐候鋼。這些鋼通常含有約0.16重量％的碳。其它通常應(yīng)用于橋梁和支撐的耐候鋼的ASTM規(guī)格包括，用于橋梁的A709 70W級和HPS 70W，以及用于桿或管的A871 65級。橋梁建設(shè)中70W級的最小屈服強(qiáng)度為70KSI。此規(guī)格中要求這些級別的鋼通過軋制、淬火和回火的過程進(jìn)行生產(chǎn)。傳統(tǒng)70W級鋼是較高碳級別的(0.12重量％)，而較新的HPS70W級鋼使用了較低的碳含量(0.10重量％)。HPS70W級鋼一般制成板，厚度最高達(dá)3英寸。表1列出了ASTM規(guī)格，表2詳細(xì)列出了不同規(guī)格所需的力學(xué)性能。表3詳細(xì)列出這些規(guī)格所需的成分。這里公開的ASTM規(guī)格A871、A852、A709和A588在此作為參考文獻(xiàn)。如上所述，高強(qiáng)度規(guī)格需要熱軋、淬火和回火工藝。并且，拉伸強(qiáng)度規(guī)定為一個范圍，即90～110KSI，而不是其它規(guī)格中使用的最小值，例如A871 65級規(guī)定拉伸強(qiáng)度大于或等于80KSI。這些高強(qiáng)度ASTM規(guī)格并不是沒有缺點。首先，熱軋、淬火和回火的生產(chǎn)工藝過程能耗高。其次，這些淬火和回火鋼板的長度因爐子長度的局限而受到限制。換句話說，僅僅是某些長度的鋼板能在淬火操作后被熱處理，因為爐子僅能容納特定的長度，在某些情況下，最高僅能達(dá)到600英寸。橋梁建設(shè)者特別需要不斷增加建設(shè)用鋼板的長度(以減少所需焊接接點的數(shù)量和節(jié)約建造成本)，而目前高強(qiáng)度鋼板的制造技術(shù)不能滿足這樣的需要。第三，對于需要最小屈服強(qiáng)度為70KSI的高強(qiáng)度ASTM規(guī)格，由于指定了拉伸強(qiáng)度的上限，即對于A709 70W級為110KSI，也產(chǎn)生了一個難題。更具體地說，不能僅是要求70KSI的最小屈服強(qiáng)度來滿足A709規(guī)格，因為太高的屈服強(qiáng)度也將導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度超過110KSI的最大值。考慮到目前高強(qiáng)度耐候鋼規(guī)格的弱點，就需要開發(fā)長度增加和更節(jié)約費(fèi)用(較低的生產(chǎn)成本和較快的交貨)的板材制造技術(shù)。另外，需要開發(fā)制造多用途板材的方法，以滿足很多具有單一合金化學(xué)組成和/或處理順序的不同ASTM規(guī)格。這種發(fā)展需要長的連鑄機(jī)列和分級合并，提高產(chǎn)量和降低板坯庫存。為滿足上述需要，本專利技術(shù)提供制造多用途耐候鋼板的方法以及由此方法制造的產(chǎn)品。更具體地說，本專利技術(shù)方法使用控制合金化學(xué)組成、控制軋制和控制冷卻來生產(chǎn)軋制和冷卻的耐候鋼板，按照成分和力學(xué)性能的需要滿足很多ASTM規(guī)格。本專利技術(shù)方法把控制軋制和加速冷卻與控制合金化學(xué)組成結(jié)合起來，以分別滿足ASTM規(guī)格中對最小屈服強(qiáng)為65KSI和70KSI以及板厚最高達(dá)1.5英寸和1.25英寸的需要。工藝非常節(jié)約能源，因為不需要二次奧氏體化和回火。在Bodnar等人的美國專利5,514,227中公開了加速冷卻和熱軋的使用(在此全文引用作為參考文獻(xiàn))。此專利描述了煉鋼的方法，以滿足ASTM A572 50級，其最小屈服強(qiáng)度規(guī)格為50KSI。此專利中的合金化學(xué)組成中有低水平的釩和1.0～1.25％錳。Bodnar等人沒有涉及耐候鋼和制造屈服強(qiáng)度在65～70KSI范圍內(nèi)的板材的方法。本專利技術(shù)的另一個目標(biāo)是提供制造耐候鋼板的方法，此鋼板適于不同的強(qiáng)度需要和相應(yīng)的板材厚度。本專利技術(shù)的再一個目標(biāo)是提供制造耐候鋼板的方法，此鋼板具有優(yōu)異的韌性、可鑄造性、可成形性和可焊接性。本專利技術(shù)的另一個目標(biāo)是多用途耐候鋼板，通過使用控制合金化學(xué)組成、控制軋制和冷卻參數(shù)以滿足不同的ASTM規(guī)格。本專利技術(shù)的又一個目標(biāo)是提供制造軋制或冷卻的耐候鋼板的方法，與淬火和回火耐候板材比，此板材的制造更經(jīng)濟(jì)并且交貨期短。本專利技術(shù)的另一個目標(biāo)是提供制造長度不受熱處理爐尺寸限制的耐候鋼板的方法。本專利技術(shù)的其它目標(biāo)和優(yōu)點將在下面的描述中更加清晰。為達(dá)到上述目標(biāo)和優(yōu)點，本專利技術(shù)提供了通過選擇最小屈服強(qiáng)度制造軋制和冷卻的耐候鋼板的方法板厚從下面選取，50KSI厚達(dá)4英寸；65KSI厚達(dá)1.5英寸；70KSI厚達(dá)1.25英寸。所提供的加熱板坯的基本成分如下以重量百分?jǐn)?shù)表示碳約0.05％～約0.12％，錳約0.505～約1.35％，磷最多約0.04％，硫最多約0.05％，硅約0.15％～約0.65％，銅約0.20％～約0.40％，鎳最多約0.50％，鉻約0.40％～約0.70％，釩約0.01％～約0.10％，鈮約0.01％～約0.05％，鈦約0.005％～約0.02％，氮約0.001％～約0.015％，鋁最多約0.1％，其余為鐵和附帶的雜質(zhì)。鑄造板坯在奧氏體再結(jié)晶終止溫度(即TR)以上加熱和粗軋成中間厚度的板材。中間厚度的板材的終軋在低于TR的中間溫度(即，奧氏體非再結(jié)晶區(qū))開始直到Ar3溫度以上的終軋溫度得到最終厚度的板材。當(dāng)板材的最小屈服強(qiáng)度為50KSI，板厚達(dá)4英寸時，在空氣中冷卻最終厚度的板材；或者當(dāng)板材的最小屈服強(qiáng)度為65KSI，板厚達(dá)1.5英寸和最小屈服強(qiáng)度為70KSI，板厚達(dá)1.25英寸時，在液體介質(zhì)和/或空氣/水混合物中加速冷卻最終厚度的板材。不管是空氣冷卻還是加速冷卻，開始冷卻溫度高于Ar3溫度，以保證在整個板材長度上的力學(xué)性能均勻。加速冷卻板材直到最終冷卻溫度低于Ar3溫度。加速冷卻是使用水、空氣/水混合物或其它淬火劑冷卻，可以快速地把熱加工的最終厚度板材冷卻到Ar3溫度以下，用于生產(chǎn)具有韌性好和強(qiáng)度高的、細(xì)小晶粒微觀結(jié)構(gòu)的板材。在控制屈服行為和滿足不同ASTM力學(xué)性能要求上，加速冷卻的開始和終止溫度是重要的，下文將有說明。在給定的板材厚度下為優(yōu)化板材的性能，其合金化學(xué)組成有優(yōu)選的實施例。錳的含量約為0.70％～1.00％，更優(yōu)選的是約0.70％～0.90％。鈮的含量約為0.02％～0.04％，更優(yōu)選的范圍是0.03％～0.04％。鈦的含量約為0.01％～0.02％，更優(yōu)選的是0.010％～0.015％。釩的含量約為0.06％～0.09％，更優(yōu)選的是0.06％～0.08％。氮的含量約為0.006％～0.008％。當(dāng)使用加速冷卻時，加熱板坯的成分和加速冷卻使冷卻的最終厚度板材產(chǎn)生不連續(xù)屈服效應(yīng)。加速冷卻階段的優(yōu)選冷卻速度范圍為0.5～1.5英寸厚的板約為5～50°F/秒。冷卻速度更具體的范圍是，最厚約0.5英寸厚的板為10～50°F/秒；約0.5～1.25英寸厚的板約為8～35°F/秒；約1.25～1.5英本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種制造軋制和冷卻耐候鋼板的方法，包括： ａ）從下面的組中選取最小屈服強(qiáng)度鋼板的目標(biāo)厚度：５０ＫＳＩ厚達(dá)４英寸，６５ＫＳＩ厚達(dá)１．５英寸，７０ＫＳＩ厚達(dá)１．２５英寸； ｂ）提供的加熱板坯的基本成分如下以重量百分?jǐn)?shù)表示： 碳：約０．０５％～約０．１２％， 錳：約０．５０％～約１．３５％， 磷：最多約０．０４％， 硫：最多約０．０５％， 硅：約０．１５％～約０．６５％， 銅：約０．２０％～約０．４０％， 鎳：最多約０．５０％， 鉻：約０．４０％～約０．７０％， 釩：約０．０１％～約０．１０％， 鈮：約０．０１％～約０．０５％， 鈦：約０．００５％～約０．０２％， 鋁：最多約０．１％， 氮：約０．００１％～約０．０１５％， 其余為鐵和附帶的雜質(zhì)； ｃ）在再結(jié)晶終止溫度以上把加熱的板坯粗軋成中間厚度的板材； ｄ）在低于再結(jié)晶終止溫度的中間溫度到Ａｒ↓［３］溫度以上的終軋溫度之間終軋中間厚度的板材，得到最終厚度的板材； ｅ）當(dāng)最小屈服強(qiáng)度為５０ＫＳＩ的鋼板的目標(biāo)厚度達(dá)４英寸時，空冷或加速冷卻最終厚度的板材；當(dāng)最小屈服強(qiáng)度為６５ＫＳＩ的鋼板的目標(biāo)厚度達(dá)１．５英寸和最小屈服強(qiáng)度為７０ＫＳＩ的板厚達(dá)１．２５英寸時，在液體介質(zhì)中加速冷卻最終厚度的板材，空冷的開始冷卻溫度高于Ａｒ↓［３］溫度，加速冷卻的開始冷卻溫度高于Ａｒ↓［３］溫度，終冷溫度低于Ａｒ↓［３］溫度。...

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈宇靈，理查德L博德納爾，俞張镕，周雄龍，
申請(專利權(quán))人：伯利恒鋼鐵公司，浦項綜合制鐵株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]