CN101748327A - 一种高性能建筑结构用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能建筑结构用钢板及其制造方法，其化学成分：C：0.015％～0.060％、Si≤0.05％、Mn：0.25％～0.55％、Als：0.005％～0.020％，还含有Ti：0.020％～0.040％、Nb：0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括冶炼、铸造和热轧。加热温度1100～1170℃，加热时间控制在60～110s/mm；粗轧终轧温度控制在920～1050℃，第二阶段精轧开轧温度为960～840℃；终轧温度为800～860℃；轧后自然冷却。本发明化学成分简单，只少量添加Ti和/或Nb，生产工艺简单，成本较低；热轧态空冷可获得良好的板型和性能；-20℃纵向低温韧性大于100J，可以满足寒冷地区建筑行业减震设计和施工的需求；屈服强度波动范围为205～245N/mm2。

Description

一种高性能建筑结构用钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种200N/mm2级别低屈服点高性能建筑结构用钢板及其制造方法。
背景技术
现代钢结构的抗震设计概念，已经从钢结构的整体抗震转变为将某些构件设计成结构的减震装置，使其在大震时首先屈服耗能，其余钢结构则处于弹性状态。为了解决钢结构房屋的地震后变形的修复问题，国内外开始越来越多地开发和利用低屈服点软钢减震器作为减震装置。
国际上有关200N/mm2级别低屈服点建筑结构用钢制造方法已经形成多项专利。例如：
公开号为JP2000063946，名称为“减震用低屈服点厚钢板的制造方法”的日本专利公开了一种减震用低屈服点厚钢板的制造方法。它是一种低C、Mn、Al合金体系，钢中没有添加其它合金等元素。经过热轧或热处理的方法可以使钢的屈服强度控制在140～240N/mm2范围内，延伸率大于50％。由于屈服强度变化范围较大，不利于软钢减震结构的设计和制造，而且从其实施例可见其终轧温度较低，在735～820℃之间，较低的终轧温度对轧机的能力要求较高，影响生产节奏和生产效率。热轧后还要采用870～930℃正火或650～870℃的粗化处理以提高性能，而正火和粗化处理增加了生产成本。
公开号为JP2000256739的日本专利也涉及一种减震用低屈服点厚钢板的制造方法，该钢中含有铁和下述重量百分比的添加元素：C：0.04％～0.06％、Si≤0.05％、Mn≤0.7％、P≤0.03％、S≤0.03％、Al≤0.05％，通过1000～1250℃加热，850℃终轧，轧后水冷，冷却终止温度小于600℃，该低屈服点软钢的屈服强度为200～250N/mm2，延伸率和0℃冲击性能良好。但由于轧后采用控冷的方法，而国内大部分控冷生产线普遍存在控冷后钢板变形不易矫直的问题，所以增加了生产难度。
公开号为JP2006233328的日本专利涉及一种低屈服点高低温韧性厚钢板的制造方法，该钢中含有铁和下述重量百分比的添加元素：C：0.02％～0.06％、Si≤0.2％、Mn≤0.8％、N≤0.004％、Al：0.005％～0.050％，通过900～1200℃加热，轧后水冷，开冷温度880℃，终止冷却温度600℃，冷速3～30℃/s，轧后采用粗化处理，温度为600～650℃，生产的钢板厚度大于30mm，该低屈服点软钢的屈服强度为200～250N/mm2，0℃低温韧性大于279J，可见该专利采用了水冷且设计了热处理工艺，增加了生产难度和成本。
由以上对比专利可知，目前低屈服点软钢减震器用钢板的生产存在以下不足：①普遍采用轧后控冷的生产方式，钢板容易变形；②大部分需要配合正火或高温回火，生产成本较高；③低温韧性要求基本为0℃，难以满足北方低温地区冬季对钢结构的设计和施工需要；④屈服强度变化范围较大，不利于软钢减震结构的设计和制造。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产工艺简单，又能满足寒冷地区建筑行业减震设计和施工需求的低屈服点建筑结构用钢及其制造方法。
本发明高性能建筑结构用钢板的化学成分重量百分比为：C：0.015％～0.060％、Si≤0.05％、Mn：0.25％～0.55％、Als：0.005％～0.020％，还含有Ti和/或Nb，其重量百分比分别为：Ti：0.02％～0.040％、Nb：0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明钢中的杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％。为了保证钢的强度需要0.015％以上的C含量，同时为了保证钢的焊接性能和低温韧性，C的含量不宜超过0.06％。为了保证具有优异的延伸性能，将Si的含量控制在小于0.05％。Mn的主要作用是固溶强化和脱氧，过多时会使强度过高。Nb和Ti、Al主要作用是抑制加热时晶粒长大，同时起固溶和析出强化的作用，Ti、Al配合脱氧可以减少强度的增加过多，增强Ti脱氧产物的有益作用，在厚规格钢板中加入适量的Nb以保证钢板强度。
本发明高性能建筑结构用钢板的制造方法包括冶炼、铸造和热轧，冶炼时进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围内；根据钢水中氧含量，控制ALs含量在0.005％～0.020％；加Ti微合金化；连铸采用电磁搅拌，以减少元素偏析。轧制过程采用再结晶控轧工艺。加热温度1100～1170℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，目的在于控制终轧温度，细化组织，粗轧终轧温度控制在920～1050℃，第二阶段精轧开轧温度为960～840℃；终轧温度为800～860℃；第二阶段再结晶区轧制积累变形量大于60％；轧后自然冷却。
为了获得最佳效果，本发明可对热轧后的钢板进行正火处理，正火温度为760～880℃，最佳正火温度为790～820℃。在正火过程中，调整钢的强度，同时改善钢的韧性和塑性。
本发明高性能建筑结构用钢板具有以下有益效果：①化学成分简单，除基本元素外，只少量添加Ti和/或Nb，而且生产工艺简单，成本较低；②热轧态空冷(必要时配合正火)就可获得良好的板型和性能；③-20℃纵向低温韧性大于100J，可以满足寒冷地区建筑行业减震设计和施工的需求；④屈服强度波动范围小，为205～245N/mm2。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例钢板的化学成分见表1。本发明实施例钢板的热轧工艺参数见表2。本发明实施例钢板的热轧态力学性能检验结果见表3。本发明实施例钢板的正火性能检验结果见表4。
表1本发明实施例钢板的的冶炼成分(Wt％)
  实施例   C   Si   Mn   P   S   Nb   Ti   Als
  1   0.055   0.025   0.48   0.015   0.005   -   0.02   0.015
  实施例   C   Si   Mn   P   S   Nb   Ti   Als
  2   0.03   0.013   0.49   0.015   0.005   0.021   -   0.007
  3   0.017   0.021   0.25   0.0096   0.005   0.018   0.023   0.025
  4   0.019   0.033   0.39   0.011   0.0048   -   0.035   0.014
  5   0.015   0.012   0.41   0.01   0.0043   -   0.026   0.012
  6   0.017   0.018   0.49   0.0095   0.0048   -   0.035   0.015
表2本发明实施例钢板的的热轧工艺参数
Figure G2008102297680D0000041
表3本发明实施例钢板的热轧态力学性能
Figure G2008102297680D0000051
表4本发明实施例6钢板的正火性能
Figure G2008102297680D0000052

Claims (4)

1.一种高性能建筑结构用钢板，其特征在于其化学成分重量百分比为：C：0.015％～0.060％、Si≤0.05％、Mn：0.25％～0.55％、Als：0.005％～0.020％，还含有Ti和/或Nb，其重量百分比分别为：Ti：0.02％～0.040％、Nb：0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述高性能建筑结构用钢板的制造方法，包括冶炼、铸造和热轧，其特征在于轧制过程采用再结晶控轧工艺，加热温度1100～1170℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，粗轧终轧温度控制在920～1050℃，第二阶段精轧开轧温度为960～840℃；终轧温度为800～860℃；第二阶段再结晶区轧制积累变形量大于60％；轧后自然冷却。
3.根据权利要求2所述高性能建筑结构用钢板的制造方法，其特征在于对热轧后的钢板进行正火处理，正火温度为760～880℃。
4.根据权利要求3所述高性能建筑结构用钢板的制造方法，其特征在于正火温度为790～820℃。
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