CN101323929B

CN101323929B - 一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法

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Publication number: CN101323929B
Application number: CN2007100545696A
Authority: CN
Inventors: 梁永昌; 谢良法; 韦明; 赵文忠; 郭桐; 李玉谦; 张华红; 林建农; 赵全卿; 赵向政; 宋向前; 刘利香; 侯彩霞; 吕建会
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: CN101323929A

Abstract

本发明涉及一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法，由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn 1.00～1.70％，P≤0.025％，S≤0.010％，Ni≤0.70％，Cr≤0.70％，V≤0.20％，Nb≥0.015％，Ti≤0.20％，Al 0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。生产出符合大厚度建筑结构用高强钢的要求(Ceq≤0.50％)的100～110mm厚Q460E-Z35钢板，将其应用于高层建筑结构件制作，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，满足高层建筑结构现场关键受力处的要求，其生产制造工序简单、可实现批量生产。本发明高强度钢板具有以下优点：(1)本发明的钢质更纯净，P≤0.025％，S≤0.010％；(2)较低的屈强比，实际均小于0.78；(3)抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35％；(4)-40℃低温韧性良好；(5)钢板最大厚度可达到110mm。

Description

一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种100～110mm高层建筑用Q460E-Z35钢板，同时，还涉及一种该大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法。

背景技术

目前，与高强度钢板性能及级别相同或相近的钢板在国外有应用，但多用于压力容器、海洋平台及桥梁等结构，在国内还从未有过应用。此种钢材在国内的应用一直依靠国外进口，国内在建筑领域从未使用过，如果依赖进口，不仅价格贵，而且进货周期长，无法保证工程的正常进行。并且，国外具有此种性能的钢板的应用厚度最厚为89.4mm；有些指标还不能满足高层建筑的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有良好的强韧性匹配的100-110mm大厚度高层建筑结构用高强度钢板。

同时，本发明的目的还在于提供了一种100～110mm大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法，以实现冷加工性能良好、焊前不预热，焊后不需热处理，满足高层建筑不同现场施工工艺条件的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板，由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn1.00～1.70％，P≤0.025％，S≤0.010％，Ni≤0.70％，Cr≤0.70％，V≤0.20％，Nb≥0.015％，Ti≤0.20％，Al 0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述的各化学成分为：C 0.15～0.18％，Si 0.20～0.40％，Mn 1.50～1.62％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni 0.25～0.45％，V 0.075～0.085％，Nb 0.040～0.050％，Al 0.020～0.045％，Cr≤0.30％，Ti作为残余元素，含量满足标准要求，其余为Fe和不可避免的杂质。

同时，本发明的技术方案还在于采用了一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法，包括以下步骤：

(1)冶炼工艺：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线600～800米，大包温度≥1600℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100～150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1545～1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

(3)加热工艺：为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度为≤920℃，终轧温度为≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为900±10℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

本发明的钢板的化学成分设计采用低碳当量，Mn-Ni-Nb-V系铁素体+珠光体钢，是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷+正火生产工艺，生产出符合大厚度建筑结构用高强钢的要求(Ceq≤0.50％)的100～110mm厚Q460E-Z35钢板，将其应用于高层建筑结构件制作，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，满足高层建筑结构现场关键受力处的要求，其生产制造工序简单、可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。C含量为C≤0.20％，C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，使钢板强度增加；Mn的含量在1.00～1.70％，Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用；Nb 0.04—0.05％，为了有效通过控轧工艺实现钢板结晶强化，须加入Nb元素，以达到提高钢板再结晶温度，加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；V≤0.20％，经过II型控轧后，V的C、N化物析出，强烈提高钢板得强度；Ni≤0.70％，主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果。另外还能增加钢的耐大气腐蚀能力，提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；杂质元素P、S等含量下线不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。本发明的交货状态为控轧+正火，采用控轧+正火工艺生产的100～110mm厚Q460E-Z35钢板经充分晶粒细化，在较宽的冷却速度范围内得到了F+P组织，其性能指标明显好于单独的控轧钢，控轧+正火工艺生产的100～110mm厚460MPa级高强钢在该行业内的生产与应用均尚无先例。

由于采用II型控轧工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格，适合其它钢厂低轧制压力轧机生产控轧型高强钢。

较低的屈强比，一般达到≤0.85，实际均小于0.78。采用本发明的钢板达到了世界先进水平，目前国内外还没有100～110mm厚高强钢的生产，本发明的钢板及其生产方法填补了此空白。

本发明高强度钢板具有以下优点：(1)本发明的钢质更纯净，P≤0.025％，S≤0.010％；(2)较低的屈强比，实际均小于0.78；(3)抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35％；(4)-40℃低温韧性良好；(5)钢板最大厚度可达到110mm。

试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足国家体育场对100～110mm厚Q460E-Z35的标准要求。成份按低碳当量钢设计，具有良好的强韧性匹配。实物Ceq≤0.50％、Pcm≤0.28％，焊接评定试验表明100～110mm厚Q460E-Z35钢板具有较低的焊接裂纹敏感性指数，适合于制造大型高层建筑结构构件。据调查：100mm以上厚度的460MPa级别钢板实物性能达到鸟巢的综合要求水平。

具体实施方式

实施例1

本发明的低C高强钢的实际成分(按重量百分比)为：C 0.14％、Si 0.28％、Mn 1.52％、P 0.012％、S 0.003％、Al 0.053％、Nb 0.043％、V 0.076％、Ni 0.27％、Ti 0.02％，Ceq为0.43％，轧成110mm钢板。其力学性能：屈服强度420MPa，抗拉强度：595MPa，屈强比＝0.72，δ5＝27％，-40℃冲击功AKV(纵向)143、136、92J，Z向：40、40、46％。

采用GB6803-86进行无塑性转变温度落锤试验NDT温度为-65℃，该钢板由中冶集团建筑研究总院进行可焊性试验，常规焊接热输入常温下施焊，热影响区及靠近热影响区部位最高硬度HV10大于350；当预热温度高于150℃以上后施焊，热影响区及靠近热影响区部位最高硬度HV≤350；斜Y坡口焊接裂纹试验，该钢材在选用的焊材匹配时，无论正温环境还是负温环境(-16℃)及不同板厚(≥30mm)不产生裂纹的最低预热温度均为150℃，并且必须在厚度方向均衡达到预热温度。

本发明的生产方法如下：(1)冶炼工艺：将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线600米，大包温度≥1600℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1545℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约1000℃，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度为≤920℃，终轧温度为≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为890℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

实验证明：本发明的钢板具有低碳当量、较高的低温韧性值以及良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，也完全满足高层建筑结构用钢屈强比≤0.85的设计要求，本发明采用控轧+正火工艺生产，不进行淬火热处理，简化了生产工序，减少了钢板中间工序的调运转移，缩短了生产周期，适合大批量生产。

本发明钢板由于实际屈强比≤0.78，具有良好的抗震性。

实施例2

本实施例中的低C高强钢的实际成分(按重量百分比)为：C 0.18％、Si0.40％、Mn 1.62％、P 0.01％、S 0.002％、Al 0.04％、Nb 0.05％、V 0.085％、Ni 0.45％、Ti 0.014，轧成110mm钢板。

本实施例的生产方法如下：(1)冶炼工艺：将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线800米，大包温度≥1600℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约1100℃，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度为≤920℃，终轧温度为≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为900℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成：C 0.15～0.18％，Si 0.20～0.40％，Mn 1.50～1.62％，P≤0.015％，S ≤0.005％，Ni 0.25～0.45％，V 0.075～0.085％，Nb 0.040～0.050％，Al 0.020～0.045％，Cr ≤0.30％，Ti ≤0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线600～800米，在大包温度≥1600℃时，吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100～150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空；

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1545～1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸；

(3)加热工艺：装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤900℃，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为890-910℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。