CN101260495A - 一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法 - Google Patents
一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，要点是选配钢的化学组成成分重量百分比为：C 0.15，Si 0.37，Mn 1.41，Nb 0.031，V 0.081，Alt 0.0295，P 0.014，S 0.005，其余为铁Fe，执行如下控轧控冷热处理工艺制度：钢坯加热温度为1200±10℃，执行控轧工艺，一阶段终轧温度为1040～1060℃，待温钢坯厚度为46～90mm，二阶段开轧温度为940－910℃，二阶段终轧温度为840－870℃；轧后以3～8℃/s冷速冷却至室温；在760～810℃进行淬火，500℃回火。本发明高性能建筑用钢金相组织为回火索氏体/贝氏体和块状铁素体的复相组织；具有较高的综合力学性能和焊接性能且成本低，具有广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金高强度钢的制备方法，特别是涉及一种节约型590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制制备方法。
背景技术
近年来，建筑钢结构获得了迅速的发展。特别是高层钢结构的出现，开辟了建筑钢结构的新领域。但是随着建筑钢结构的快速发展，对建筑用钢材提出了越来越高的要求，建筑用钢正向高强度、高性能、大型化方向发展。为保证钢结构的抗震性能，建筑用钢必须具有低屈强比(YR)、窄屈服点、抗层状撕裂和良好的焊接性等特点，这就是建筑用钢所要求的高性能。
随着建筑结构的高层化和大跨距的发展，在高层建筑物和大跨距框架中，支柱上易产生高应力状态，若建筑中使用490MPa钢，则钢板厚度过大，可达到100mm，这样在加工和焊接施工中都易产生质量问题。根据这种需要，建筑用钢的强度必须达到590MPa，而且性能能满足建筑用钢的需要。建筑结构使用590MPa的高性能钢板可减轻结构重量，降低建造成本，减少钢板的厚度，提高结构的可靠性。
表120层高层建筑中使用高强度效果
如表1所示，在20层的建筑中，抗拉强度由490MPa(SM50)提高到590MPa(HT60)时，框架用钢量可减少10％，但此时水平刚性较弱。若安装拉杆(brace)以提高建筑物的刚性，还可进一步节约钢材10％。由于梁断面高度的减少，册建筑物的高度可降低3％，即可节约钢材，又可节约内外的装饰材料。此外，因支柱更紧凑，则空间的利用率也增加。
为提高钢材的塑性变形能力，最重要的就是控制钢的屈强比。钢材的屈强比越低，在发生地震时钢结构建筑所产生的应力集中和应力梯度可以使构件在很宽的范围内产生塑性变形，能吸收更多的地震能。若钢的屈强比较高，会产生局部的应力集中和局部的大变形，造成结构吸收的能量减少。因此，低屈强比在太高建筑结构的抗震性能上是一个必要条件。通常，随钢的抗拉强度的提高，钢的屈服强度亦将提高。这是由于较低强度的钢，其显微组织中含有较多的铁素体，因而屈服强度也低，但是当钢的强度提高到590MPa和780MPa时，其显微组织主要为贝氏体和马氏体，所以屈强比显著提高。
日本JFE钢铁公司在JP2005068478A、JFE Technical Report No.5的第45～52页和NipponSteel钢铁公司在Nippon Steel Technical Report No.90的第53～58页都介绍了590MPa高性能建筑用钢的制造方法，均需要添加一定量的Cu、Cr、Ni、Mo等贵重合金元素，特别是对于我国来说，Cu、Ni、Mo均为稀缺元素，这样就相对增加了钢材的成本，同时Cu、Cr元素的加入，给钢材的冶炼和连铸也带来了困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有建筑用钢材存在的问题，提供一种590Mpa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，是在Q460结构钢的基本成分基础上，通过化学成分的优化设计，控轧工艺的进一步完善，合理的热处理工艺制度来实现590Mpa级别高性能建筑用钢的生产，不仅抗拉强度达到600～660MPa，上屈服强度为490～520MPa，延伸率为25～35％，金相组织为25～40％回火索氏体/贝氏体基体，其他为块状铁素体的复相组织，而且还达到节约稀缺的合金元素。
实现本发明的技术方案是：以化学成分C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Alt和Fe为原料，经过冶炼，并连铸成坯料，将坯料加热至温度为1190～1210℃后，进行两阶段轧制，轧后进行两相区淬火+高温回火热处理，其特征在于化学成分重量百分比为C 0.15，Si 0.37，Mn 1.41，Alt 0.0295，Nb 0.031，V 0.081，P 0.014，S 0.005，其余为平衡的Fe；坯料达到预定温度后，在奥氏体再结晶区、未再结晶区控制轧制，一阶段开轧温度为1150℃，一阶段终轧温度为1040～1060℃，待温钢坯厚度为46～90mm，二阶段开轧温度为940～910℃，二阶段终轧温度为840～870℃，道次间空冷；轧后3～8℃/s冷速冷却至室温；在760～810℃进行淬火，500℃回火，最终获得高性能建筑用钢板。
上述所获取的高性能建筑用钢板的金相组织为25～40％回火索氏体/贝氏体基体，其它为块状铁素体的复相组织；其机械性能抗拉强度为600～660MPa，上屈服强度为490～520MPa，屈强比＜0.8，延伸率为25～35％，钢种具有优良的焊接性能，其碳当量CE％：0.40，焊接裂纹敏感指数Pcm％：0.24。
本发明高性能建筑用钢板与已知技术相比，具有如下的优点和效果：
由于本发明高性能建筑用钢板化学成分设计了合适的配比，以及采用的控轧热处理工艺的依据是：通过添加Nb、V等微合金元素和进行一阶段高温区的奥氏体再结晶控轧轧制，充分细化奥氏体晶粒；通过二阶段的奥氏体未再结晶区的变形，终轧温度控制在830-870℃，而后控冷至室温；通过两相区淬火+高温回火得到比较均匀的索氏体/贝氏体基体上分布适量弥散的块状铁素体的复相组织。均匀的回火索氏体/贝氏体基体材料具有较高的屈服强度，较高的抗拉强度，对于控制材料的高屈服强度，高抗拉强度提供了有力的保证。组织中引入适量的块状铁素体，可以有效的降低屈服强度，降低屈强比，材料在拉伸过程时的应力应变曲线具有明显的屈服平台，改善加工硬化能力，使材料在提高强度的同时，还具有良好的成型性。基于上述发明结构的化学成分合理选配及工艺条件的完善，使本发明高性能建筑用钢的综合性能均达到了预订的标准：
由于本发明使高性能建筑用钢的强度级别上升到了590MPa，并具有优良的综合力学性能，钢板不添加Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素，焊接性能优良，开辟了节省大量的Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素，大幅度提高性能，促进钢材品种更新换代的新途径，具有广阔的发展前景。
表2为本发明与JFE和Nippon steel公司的化学成分的对比。本发明在不添加Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素的情况下，通过化学成分的优化设计和合理的的热处理工艺制度来实现590MPa级别高性能建筑用钢的生产，不仅具有巨大的经济效益，而且节约了稀缺的合金元素，并增加了钢材的可回收性，对于经济的可持续发展具有重要意义。
表2本发明与国外钢铁公司的化学成分的对比
| 工艺路线 | Nb、V、Ti添加量 | Cu、Cr、Ni、Mo等元素添加量 | |
| 本发明 | TMCP+两相区淬火+回火 | Nb：0.03-0.06％；V：0.05-0.10％ | 不添加 |
| JFE | TMCP+两相区淬火+回火 | V：0.04％；Ti：0.01-0.02％ | Cu：0.2％；Ni：0.2％；Mo：0.2％ |
| Nipponsteel | 直接淬火+回火 | V：0.04％ | Cu：0.2％；Ni：0.2％；Mo：0.2％ |
附图说明
图1是本发明节约型590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的金相组织照片。
具体实施方式
例1：选配高性能建筑用钢板的化学组成成分，重量百分比是：C 0.15％，Si 0.37％，Mn1.41％，Alt 0.0295％，P 0.014％，S 0.005％Nb 0.031％，V 0.081％，其余为铁Fe，在210吨转炉上冶炼好钢，并连铸成220×1800×2450的连铸坯，将连铸坯加热到1200℃，在450轧机上轧制，一阶段开轧温度控制为1150℃，一阶段终轧温度控制为1050℃，轧制8道次，中间坯厚度为50mm，此后进行二阶段轧制，二阶段开轧温度控制为910℃，终轧温度控制在870℃，轧制5道次；将上述轧制后坯料进行控制冷却，冷速为3～6℃/s冷却至室温；在765℃进行淬火处理，500℃高温回火。最终获取的高性能建筑用钢，厚度为13mm，其金相组织为30％，回火索氏体/贝氏体基体，其它为块状铁素体的复相组织。力学性能检验结果为：抗拉强度Rm 652MPa，上屈服强度ReH 517MPa，屈强比YR 0.78，延伸率δ％32.6％，-20℃冲击功Akv 117J，-40℃冲击功Akv 92.1J。钢板的碳当量CE％0.40，焊接裂纹敏感指数Pcm％0.24，钢种具有优良的焊接性能。
例2：选配高性能建筑用钢板的化学组成成分，重量百分比是：C 0.15％，Si 0.37％，Mn1.41％，Alt0.0295％，P 0.014％，S 0.005％Nb 0.031％，V 0.081％，其余为铁Fe，在210吨转炉上冶炼好钢，并连铸成220×1800×2450的连铸坯，将连铸坯加热到1200℃，在450轧机上轧制，一阶段开轧温度控制为1150℃，一阶段终轧温度控制为1040℃，轧制8道次，中间坯厚度为50mm，此后进行二阶段轧制，二阶段开轧温度控制为940℃，终轧温度控制在870℃，轧制5道次；将上述轧制后坯料进行控制冷却，冷速为3～6℃/s冷却至室温；在810℃进行淬火处理，500℃高温回火。最终获取的高性能建筑用钢，厚度为13mm，其金相组织为40％，回火索氏体/贝氏体基体，其它为块状铁素体的复相组织。力学性能检验结果为：抗拉强度Rm 655MPa，上屈服强度ReH 526MPa，屈强比YR 0.78，延伸率δ％34.2％，-20℃冲击功Akv 119J，-40℃冲击功Akv 79J。钢板的碳当量CE％0.40，焊接裂纹敏感指数Pcm％0.24，钢种具有优良的焊接性能。
例3：选配高性能建筑用钢板的化学组成成分，重量百分比是：C 0.15％，Si 0.37％，Mn1.41％，Alt 0.0295％，P 0.014％，S 0.005％Nb 0.031％，V 0.081％，其余为铁Fe，在210吨转炉上冶炼好钢，并连铸成220×1800×2450的连铸坯，将连铸坯加热到1200℃，在450轧机上轧制，一阶段开轧温度控制为1150℃，一阶段终轧温度控制为1060℃，轧制6道次，中间坯厚度为88mm，此后进行二阶段轧制，二阶段开轧温度控制为930℃，终轧温度控制在840℃，轧制4道次；将上述轧制后坯料进行控制冷却，冷速为4～8℃/s冷却至室温；在785℃进行淬火处理，500℃高温回火。最终获取的高性能建筑用钢，厚度为40mm，其金相组织为25％，回火索氏体/贝氏体基体，其它为块状铁素体的复相组织。力学性能检验结果为：抗拉强度Rm 675MPa，上屈服强度ReH 495MPa，屈强比YR 0.73，延伸率δ％23.6％，-20℃冲击功Akv 99J。钢板的碳当量CE％0.40，焊接裂纹敏感指数Pcm％0.24，钢种具有优良的焊接性能。
Claims (4)
1、一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，以化学成分C、Si、Mn、P、S、Alt、Nb、V和Fe为原料，经过冶炼，并连铸成坯料，将坯料加热至温度为1190～1210℃后，进行两阶段轧制，轧后进行两相区淬火+高温回火热处理，其特征在于原料的化学成分重量百分比为C 0.15，Si 0.37，Mn 1.41，Nb 0.031，V 0.081，P 0.014，S 0.005，Alt 0.0295，其余为平衡的Fe；坯料达到预定温度后，在奥氏体再结晶区、未再结晶区两阶段控制轧制，开轧温度为1150℃，一阶段终轧温度为1040～1060℃，待温钢坯厚度为46～90mm，二阶段开轧温度为940-910℃，二阶段终轧温度为840-870℃，道次间空冷；轧后以3～8℃/s的冷速冷却至室温；在760～810℃进行淬火，500℃回火，最终获得建筑用钢板。
2、按照专利要求1所述的一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，其特征在于制取的建筑用钢板的金相组织为25～40％回火索氏体/贝氏体基体，其它为块状铁素体的复相组织。
3、按照专利要求1所述的一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，其特征在于所制取的建筑用钢板的抗拉强度为600～660MPa，上屈服强度为490～520MPa，屈强比＜0.8，延伸率为20～35％。
4、按照专利要求1所述的一种590MPa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，其特征在于所制取的建筑用钢板的碳当量CE％：0.40，焊接裂纹敏感指数Pcm％：0.24。
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