CN101623714B

CN101623714B - 屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法

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Publication number: CN101623714B
Application number: CN2009100634330A
Authority: CN
Inventors: 郑鸿道; 彭涛; 周一中; 柳志敏; 黄治军; 苏毅; 杜明; 林承江; 王安军
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: CN101623714A

Abstract

一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，它包括依次包括如下步骤：炼钢、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取；其特征在于在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.05～0.10％；Si≤0.04；Mn：1.30～1.65％；P≤0.030％；S≤0.012％；ALs：0.01～0.06％；Nb：0.035～0.060％；余量为Fe及不可避免的夹杂。采用本发明钢板制造的产品镀层质量好，表面色泽均匀一致，解决了使用原有方法生产的钢板长期存在的镀锌质量差和强度偏低等问题，并降低了生产成本。

Description

屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢板的制造方法。这种钢板是一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法。

这种钢板在控制轧制的状态下轧制，钢板的厚度范围4.5～16mm。这种钢板主要应用于电力、通讯和城市照明用热镀锌钢板塔等工程结构件。钢板具有良好的热浸镀性能，在不改变镀锌工艺、不改变锌液成分、不预镀金属Ni等条件下，可获得良好的镀层质量；同时钢板的焊接性能良好，在不对构件预热的情况下焊接即可获得好的焊接性能；钢板还具有高的强度、细的晶粒、优良的低温韧性、冷弯成形性能，钢板的屈服强度460MPa以上、抗拉强度550MPa以上、伸长率22％以上、-5℃冲击功Akv 215J以上。

背景技术

目前，在国内外电力、通讯和城市照明等工程结构设施上广泛采用钢板制造的多面钢板塔，其塔身每段长约12～15米。它们是用钢板在压力机上弯曲成形和焊接后，在制造厂进行热镀锌。这种铁塔与传统的桁架式铁塔相比，其优点是：(1)占地少，即节约土地资源，选址便利，对周围环境影响小；(2)塔身自重轻，运输和安装便捷；(3)结构安全可靠；(4)符合美观要求；(5)维护成本低。

热镀锌以其优良的耐腐蚀性等优点广泛用于送变电塔、通讯塔、建筑工程等钢结构件，它属于结构件镀锌即批量镀锌的范畴。结构件镀锌不同于带钢连续热镀锌，其制造流程为：钢板下料成形→焊接→碱洗脱脂→酸洗除锈→涂助镀剂→热浸镀→空冷。

优良的镀锌结构件用钢板应具有良好的热镀锌性能，制成的结构件经热镀锌后镀层光亮、色泽均匀一致，具有良好的耐腐蚀性(耐久性)和美观性。长期以来，镀锌结构件均存在镀层发黑，耐腐蚀性和美观性差的问题，其原因是钢中Si含量较高，即在传统结构钢的生产中，为了钢板的强化而在钢中添加Si以及在炼钢过程中因原辅材料而带入较高的Si。就化学成分而言，钢中的Si促进镀锌时Fe-Zn反应，生成脆而疏松的ζ合金相，并使其急剧长大、增厚，导致镀层发黑(表面灰暗)、附着力下降等严重问题。为了改善结构件镀锌层的质量，热镀锌行业一直在寻找解决问题的办法。

[文献1]材料保护杂志2005，38(6).64-66.和[文献2]材料保护杂志2005，36(6).19-21.报导了王艳宁，梁中华，卢景堂，车纯山等用改变镀锌工艺、调整锌液成分和预镀金属Ni来改善用Q345低合金高强度结构钢制作的结构件镀锌质量的方法。实践证明其效果不明显，此外，采用这些措施还带来镀锌工艺复杂、合金价格昂贵，增加镀锌成本等问题。因此，开发适合结构件镀锌用钢板是解决问题的最佳途径。

发明内容

制作多面钢板塔构件的结构钢板具有如下性能特点：(1)要求钢板具有高的强度；(2)制作加工过程中要求钢板具有良好的冷弯成形性能和焊接性能；(3)适合于寒冷气候条件的服役，要求钢板具有良好的低温韧性；(4)使用过程中要求耐腐蚀、美观，要求钢板具有良好热浸镀性能。

由此，屈服强度460MPa级热镀锌结构件(批量镀锌件)用热轧钢板的制造需要解决的问题包括钢板的热浸镀性能、强韧性和焊接性能。具体的性能要求为：下屈服强度R_eL≥460MPa；抗拉强度R_m≥550MPa；伸长率A≥17％；-5℃冲击功Akv≥47J；冷弯(d＝2a)性能良好。

本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法。它根据钢板塔等热镀锌结构件的特点，采用低碳、极低硅、以锰固溶强化元素为主、辅以铌元素微合金化的成分设计，通过热轧控轧，以获得镀锌性能、力学性能和焊接性能俱佳的热轧结构钢板。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，它包括依次包括如下步骤：炼钢、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取；其特征在于在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.05～0.10％；Si≤0.04；Mn：1.30～1.65％；P≤0.030％；S≤0.012％；ALs：0.01～0.06％；Nb：0.035～0.060％；余量为Fe及不可避免的夹杂；

在热轧中采用控制轧制，其中板坯加热温度为1200～1260℃；

粗轧出口温度为1020～1080℃；

热轧终轧温度为790～850℃；

在卷取过程中，卷取温度为540～600℃。

在上述技术方案中，所述碳当量CEV≤0.40％。

在上述技术方案中，在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.075％；Si：0.02；Mn：1.5％；P：0.02％；S：0.01％；ALs：0.03％；Nb：0.050％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

在上述技术方案中，在在热轧中采用控制轧制，其中板坯加热温度为1230℃；

粗轧出口温度为1050℃；

热轧终轧温度为820℃；

在卷取过程中，卷取温度为570℃。

对本发明的热轧钢板的理想化学成分和热连轧生产工艺进行说明：

(1)化学成分

碳是钢中的重要固溶强化元素，但是热镀锌工艺表明，随着钢中碳含量的提高，Fe-Zn反应加剧，使钢板的镀锌性能变坏。如果其含量超过0.20％，则冷弯成形性和可焊性会降低，所以，将其含量限定在0.05～0.10％范围。

钢中含Si较高会给热镀锌带来困难，含硅高时，易形成灰色镀层，因此应严格控制其含量，设定其含量上限为0.04％。

锰是提高强度和韧性最有效的元素。但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，鉴于此，将其上限定为1.65％，所以，将其含量限定在1.30～1.65％范围。

磷：为了避免焊接性能、冷弯成形性能、韧性发生恶化，设定其含量上限为0.030％。

硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冷弯成形工艺和制造成本的考虑，将钢中硫含量控制在0.012％以下。

铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.01％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝夹杂物，所以，规定Als上限为0.06％。因此，Als含量限定在0.01～0.06％范围。

铌是未再结晶控制轧制中不可缺少的元素，在钢中形成细小的碳氮化物，可抑制奥氏体再结晶、阻止奥氏体晶粒长大并在奥氏体未再结晶区变形中析出强化，尤其对奥氏体再结晶的推迟，可使奥氏体再结晶温度升高，从而扩大了奥氏体未再结晶区的温度范围，因此钢中添加微量合金元素铌能够便于控制轧制的进行，并提高钢板的强度和韧性。所以，综合钢板力学性能及成本等方面的考虑，将其含量限定在0.035～0.060％范围。

除了对以上化学成分的范围作了限定以外，从提高焊接性、经济性的观点出发，本发明中没有规定上下限的元素(Cu、Ni、Cr)，应将其控制在0.30％以下，碳当量CEV控制在≤0.40％，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％。

熔炼出调整到上述成分范围的钢，用连铸方法进行浇铸，其板坯可采用冷送或热送的方式送到热轧厂进行轧制。

综上所述，产品的熔炼化学成分控制范围见表1。

表1产品的熔炼化学成分(wt.％)

C

Si

Mn

P

S

Als

Nb

0.05～0.10

≤0.04

1.30～1.65

≤0.030

≤0.012

0.01～0.06

0.035～0.060

(2)热连轧生产工艺

热连轧生产工艺控制也是本发明的技术关键。为实现表1所列的低合金钢的组织细化控制，本发明采用了：再加热原始奥氏体组织细化控制；粗轧变形奥氏体再结晶细化控制；精轧大压下累积变形控制；加速冷却的组织细化控制技术。产品的热连轧生产工艺见表2。

表2产品的主要热轧工艺参数控制范围(℃)

加热温度	粗轧出口温度	终轧温度	卷取温度
				1200～1240	1020～1080	790～850	540～600

对热轧工艺具体说明：

板坯加热温度设定为1200～1240℃，若超过上限温度，则会使奥氏体晶粒变粗，导致成品性能下降；低于下限温度，降低了铌在钢中的固溶量，不利于发挥微合金元素铌的作用；

粗轧出口温度设定为1020～1080℃，粗轧温度过高，将导致变形奥氏体再结晶后晶粒粗化，粗轧温度过低，变形奥氏体再结晶不充分，易导致奥氏体晶粒出现混晶现象。因此粗轧出口温度设定为1020～1080℃；

终轧温度设定为790～850℃，较低的终轧温度使得变形奥氏体的晶内形成大量的位错和变形带，并随着变形温度的降低，晶内的变形能增加，大量的变形缺陷成为其后的相变形核位置，提高相变形核率，细化了组织，但是终轧温度过低会加大轧制负荷，因此设定为790～850℃；

卷取温度设定为540～600℃，卷取温度是与冷却速度相关联的，卷取温度过高冷却速度过低，会导致析出的铌化合物聚集粗化，不利于提高钢板的强韧性；卷取温度过低，冷却速度过大，增加了卷取负荷，同时也不利于节能。

(3)产品的力学性能

表3产品交货的力学性能要求

下屈服强度R_eLMPa	抗拉强度R_mMPa	伸长率A％	Akv(-5℃)J	180°宽冷弯b＝35mm
					≥460	≥550	≥17	≥47	d＝2a合格

产品交货的力学性能要求见表3。生产交货的实际力学性能范围为：下屈服强度460～540MPa，抗拉强度550～630MPa，伸长率17～28％，-5℃冲击功100～294J，宽冷弯(d＝2a)检验为合格，表明钢板具有良好的综合机械性能。

(4)产品性能评估

研发期间，我们还开展了产品的低温韧性、焊接性能、热浸镀锌及耐腐蚀试验等的研究。

从常温至-120℃的系列温度冲击试验结果可看出，-40℃和-80℃的纵向冲击功Akv分别为224J和162J，-40℃和-80℃的纵向试样的断口纤维百分率分别为95％和86％，脆性转变温度在-80℃，表明该钢具有优良的低温韧性。

焊接热影响区最高硬度试验测得的最高硬度值(HV10)为191，表明该钢的淬硬度倾向小。采用WER80S-G焊丝在CO₂气体保护下进行焊接，焊接接头-20℃冲击功不低于147J，焊接接头抗拉强度为585MPa，焊接接头硬度值为112。采用WGX2焊丝进行埋弧焊焊接，焊接接头-20℃冲击功不低于109J，焊接接头抗拉强度为605MPa，焊接接头硬度值为117。采用CJ607焊条进行手工焊接，焊接接头-20℃冲击功不低于67J，焊接接头抗拉强度为570MPa，焊接接头硬度值为124。这三种(气保焊、埋弧焊及手工焊)焊接试验的焊接接头强度均高于Q460DC钢基材，焊接接头冷弯性能均良好(弯心为d＝2a时的180°正弯和反弯试验均合格)，焊接接头硬度值合适，无明显硬化及软化现象。表明Q460DC钢具有优良的焊接性能，选用的气保焊、埋弧焊及手工焊焊丝满足Q460DC钢焊接技术要求。

Q460DC钢板经热浸镀锌后，其镀层附着力良好，表面光亮平整、色泽均匀一致。将热镀锌后的Q460DC和普通用Q345钢板进行了盐水喷雾加速腐蚀对比试验(336小时)，Q460DC钢板表面只出现白锈，而Q345钢板表面出现了50％红锈，这一结果预示，Q460DC钢板的使用将提高热镀锌钢板塔的耐腐蚀性，延长其使用寿命。

利用本发明方法生产出的屈服强度为460MPa级的镀层用热轧结构钢板，具有高的强度，优良的冷弯成形性能、低温韧性和焊接性能及热浸镀性能，实际应用结果表明，本发明钢板的化学成分和机械性能稳定，表面质量、可焊性和镀锌性能好，完全可满足热镀锌结构件制造要求。

据用户反映，由于热镀锌性能好，在不调整镀锌工艺(如采用预镀镍等复杂工艺)的情况下，用本发明钢板制造的产品镀层质量好，表面色泽均匀一致，解决了使用原有方法生产的钢板长期存在的镀锌质量差和强度偏低等问题，并降低了生产成本。

据用户还反映，与Q345钢板(原有方法生产的钢板)相比，由于Q460DC钢板(本发明方法生产的钢板)的强度高，使用该钢板可节省约20％的钢材，降低了工程造价。

附图说明

图1为本发明钢板的金相组织图片。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，它包括依次包括如下步骤：炼钢、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取；在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.05～0.10％；Si≤0.04；Mn：1.30～1.65％；P≤0.030％；S≤0.012％；ALs：0.01～0.06％；Nb：0.035～0.060％；余量为Fe及不可避免的夹杂；

在热轧中采用控制轧制，其中板坯加热温度为1200～1260℃；

粗轧出口温度为1020～1080℃；

热轧终轧温度为790～850℃；

在卷取过程中，卷取温度为540～600℃。

本发明钢板的显微组织为铁素体+针状铁素体，晶粒度为11.5级(如图1所示)。

下列是本发明可用于生产屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的六个具体实施例。作为对比，还选用目前用于制造铁塔的Q345A钢为对比例。

对比例

牌号Q345A(现有产品)，钢板厚度10mm。

屈服强度：355MPa；抗拉强度：525MPa；伸长率：25％；-5℃冲击功Akv：30J；180°冷弯d＝2a完好。

镀锌性能：钢板经热浸镀后，镀层发黑(表面灰暗)。

实施例1

钢板厚度：5mm

(1)炼钢

化学成份重量百分比为：C：0.05％；Si：0.04％；Mn：1.42％；P：0.014％；S：0.005％；ALs：0.047％；Nb：0.051％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：钢的碳当量Ceq＝0.327，纹敏感系数Pcm＝0.162。

(2)热轧

板坯加热温度：1200℃

粗轧出口温度：1080℃

终轧温度：850℃

卷取温度：600℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：520MPa；抗拉强度：575MPa；伸长率：23％；180°冷弯d＝2a完好。

镀锌性能：钢板经热浸镀后，镀层光亮，色泽均匀一致，不发黑。

实施例2

钢板厚度：7mm

(1)炼钢

化学成份重量百分比为：C：0.10％；Si 0.014％；Mn：1.30％；P：0.015％；S：0.004％；ALs：0.045％；Nb：0.035％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：钢的碳当量Ceq＝0.306％；裂纹敏感系数Pcm＝0.140。

(2)热轧

板坯加热温度：1240℃

粗轧出口温度：1080℃

终轧温度：840℃

卷取温度：540℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：510MPa；抗拉强度：595MPa；伸长率：25％；180°冷弯d＝2a完好。

实施例3

钢板厚度：10mm

(1)炼钢

化学成份重量百分比为：C：0.069％；Si 0.015％；Mn：1.40％；P：0.018％；S：0.007％；ALs：0.06％；Nb：0.041％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：钢的碳当量Ceq＝0.302％；裂纹敏感系数Pcm＝0.140。

(2)热轧

板坯加热温度：1220℃

粗轧出口温度：1060℃

终轧温度：830℃

卷取温度：600℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：485MPa；抗拉强度：555MPa；伸长率：27％；-5℃冲击功Akv≥215J；180°冷弯d＝2a完好。

实施例4

钢板厚度：11mm

(1)炼钢

化学成份及重量百分比为：C：0.075％；Si 0.02％；Mn：1.5％；P：0.02％；S：0.01％；ALs：0.03％；Nb：0.050％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：

钢的碳当量Ceq＝0.316％；裂纹敏感系数Pcm＝0.155。

(2)热轧

板坯加热温度：1230℃

粗轧出口温度：1050℃

终轧温度：820℃

卷取温度：570℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：515MPa；抗拉强度：610MPa；伸长率：23％；-5℃冲击功Akv：278J；180°冷弯d＝2a完好。

实施例5

钢板厚度：13mm

(1)炼钢

化学成份重量百分比为：C：0.062％；Si 0.013％；Mn：1.65％；P：0.030％；S：0.009％；ALs：0.035％；Nb：0.060％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：

钢的碳当量Ceq＝0.305％；裂纹敏感系数Pcm＝0.135。

(2)热轧

板坯加热温度：1200℃

粗轧出口温度：1030℃

终轧温度：850℃

卷取温度：550℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：500MPa；抗拉强度：575MPa；伸长率：26％；-5℃冲击功Akv：257J；180°冷弯d＝2a完好。

实施例6

钢板厚度：16mm

(1)炼钢

化学成份重量百分比为：C：0.069％；Si 0.018％；Mn：1.35％；P：0.016％；S：0.012％；ALs：0.01％；Nb：0.035％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

衡量焊接性的指标：钢的碳当量Ceq＝0.294％；裂纹敏感系数Pcm＝0.137。

(2)热轧

板坯加热温度：1200℃

粗轧出口温度：1080℃

终轧温度：790℃

卷取温度：540℃

产品的强度高，具有好的强韧性。屈服强度：490MPa；抗拉强度：560MPa；伸长率：24％；-5℃冲击功Akv：280J；180°冷弯d＝2a完好。

Claims

1.一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，它依次包括如下步骤：炼钢、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取；其特征在于在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.05～0.10％；Si≤0.04；Mn：1.30～1.65％；P≤0.030％；S≤0.012％；ALs：0.01～0.06％；Nb：0.035～0.060％；余量为Fe及不可避免的夹杂；

在热轧中采用控制轧制，其中板坯加热温度为1200～1260℃；

粗轧出口温度为1020～1080℃；

热轧终轧温度为790～850℃；

在卷取过程中，卷取温度为540～600℃。

2.根据权利要求1所述的一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，其特征在于碳当量CEV≤0.40％。

3.根据权利要求1所述的一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，其特征在于在炼钢过程的化学成份及重量百分比为：C：0.075％；Si：0.02；Mn：1.5％；P：0.02％；S：0.01％；ALs：0.03％；Nb：0.050％；余量为Fe及不可避免的夹杂。

4.根据权利要求1所述的一种屈服强度460MPa级镀层用热轧结构钢的生产方法，其特征在于在热轧中采用控制轧制，其中板坯加热温度为1230℃；

粗轧出口温度为1050℃；

热轧终轧温度为820℃；

在卷取过程中，卷取温度为570℃。