CN101985725B - 一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法。其钢板的化学成分按重量百分比为:C0.05~0.07%,Si0.2~0.3%,Mn1.8~2.0%,S≤0.005%,P≤0.008%,Nb0.02~0.03%,Cr0.15~0.3%,Ni0.2~0.4%,Ti0.01~0.03%,Cu0.2~0.4%,Mo0.25~0.4%,余量为Fe及不可避免的夹杂。工艺制度:坯料加热到1190~1210℃后,进行二阶段轧制,轧后利用超快速冷却设备冷却,然后空冷至室温。本发明制造的钢具有良好的综合力学性能和焊接性能,且生产工艺简单,发展前景十分广阔。

Description

一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域,特别涉及一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法。
背景技术
钢结构建筑具有可工业化生产、施工速度快、强度高以及抗震性好等优点,代表了当今建筑业发展的新潮流。近年来全国各地高层建筑发展迅猛,对建筑结构用钢的强度、焊接性、抗震性等提出了更高的要求,因此开发出强度级别更大的建筑用钢非常必要。在抗震设计中,屈强比是表征材料均匀延伸变形的重要指标,屈强比低则材料具有良好的加工硬化能力和较高的均匀塑性变形能力,使得钢结构可以吸收较多的地震能量,有效的缓解了应力集中,从而推迟了构件局部超载失稳和突然断裂的发生。
目前,已有关于低屈强比建筑用钢板的新技术公开,如:日本JFE钢铁公司在JFE Technical Report No.18(23~28页)中公开了一种780MPa级低屈强比钢板,该钢的化学成分为C 0.06,Si 0.18,Mn 1.98,合金元素有Cu、Ni、Cr及Nb、V、Ti,碳当量Ceq=0.54,Pcm=0.24;生产工艺为:两阶段控轧后,利用加速冷却系统将钢板快速降温至贝氏体开始转变前的过冷奥氏体区,恒温滞留一段时间后再利用加热装置(HOP,Heat-treatment On-line Process)以高速率升温到Ac1以下高温区,获得了回火贝氏体与M-A相组成的复相组织,实现高强度与低屈强比;达到的性能指标:针对12mm厚度钢板,屈服强度为688MPa,抗拉强度为923MPa,伸长率为23%,屈强比为0.75,0℃冲击功为188J;针对25mm厚度钢板,屈服强度为703MPa,抗拉强度为912MPa,伸长率为33%,屈强比为0.77,0℃冲击功为216J;该工艺对生产设备要求高,只有依靠TMCP和感应加热型在线热处理HOP设备的紧凑串列配置才能实现,目前只有JFE的Fukuyama厂拥有该生产线。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法。
实现本发明目的的技术方案是:设计优化的780MPa级低屈强比建筑用钢板成分,基于以超快速冷却(UFC)为核心的新一代TMCP技术,设计一种制造方法,获得780MPa级低屈强比建筑用钢板的显微组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布的10~25% M-A相以及少量针状铁素体所构成的复相组织,抗拉强度Rm≥780MPa,屈服强度Rp0.2≥630MPa,屈强比YR≤0.8,伸长率A≥16%,-40℃冲击功Akv≥150J;
所述的780MPa级低屈强比建筑用钢板,其化学成分按重量百分比为:C 0.05~0.07 %,Si 0.2~0.3 %,Mn 1.8~2.0 %,S ≤0.005 %,P ≤0.008 %,Alt 0.02~0.03%,Nb 0.02~0.03 %,Cr 0.15~0.3 %,Ni 0.2~0.4 %,Ti 0.01~0.03 %,Cu 0.2~0.4 %,Mo 0.25~0.4 %,余量为Fe及不可避免的夹杂;同时满足:碳当量Ceq(%) = C + Mn/6 + (Mo+Cr+V)/5 + (Ni+Cu)/15 <0.6且焊接裂纹敏感性指数Pcm(%) = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B <0.3。
所述的780MPa级低屈强比建筑用钢板的制造方法,步骤如下:
(1)冶炼:按钢板的化学组成重量百分比进行原料配置,在真空熔炼炉中进行冶炼,并经锻造机加工得到坯料;
(2)坯料加热奥氏体化:将坯料加热至1190~1210℃,保温0.5~1小时;
(3)控制轧制:将加热后的坯料进行两阶段的控制轧制,一阶段轧制:开轧温度为1130~1160℃,终轧温度为1020~1080℃,在奥氏体再结晶区域采用大压下量连续3~5道次轧制,道次压下率均在15%以上;二阶段轧制:待温厚度为(2~3)×板厚(mm),开轧温度为890~940℃,终轧温度为800~850℃,在未再结晶区进行4~6道次轧制,累积压下率大于50%;
(4)冷却:将轧制后的坯料进行冷却,冷却速率在30~100℃/s之间,将钢板冷却到400~600℃,然后空冷至室温。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提出的一种高强度低屈强比钢板的制造方法,克服了传统工艺的多次热处理对生产效率及能耗等的不利影响,同时也避免了上述提及的日本JFE钢铁公司HOP设备难以实现的问题,超快速冷却设备已在国内几家钢铁企业安装、调试,可以满足工艺装备要求,保证了本发明所涉及制造方法的可行性;
(2)本发明的低屈强比建筑用钢的显微组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布的10~25% M-A相及少量针状铁素体所构成的复相组织,与传统生产工艺得到的铁素体—回火索氏体相比更容易获得高强度,钢的抗拉强度级别提升至780MPa级;
(3)本发明的780MPa级低屈强比建筑用钢板,其化学组成经多次优化调整后,兼顾了贝氏体铁素体基体的适度细化、强韧性能的提高、耐大气腐蚀性、复相组织的生成条件、冷却工艺窗口的可控范围以及焊缝的组织性能等,同时该钢具有较低的碳当量及焊接裂纹敏感性指数;
(4)本发明的780MPa级低屈强比建筑用钢板具有良好的综合力学性能,其冶炼、轧制、冷却等工序无复杂及苛刻的控制要求,生产工艺比较简单。
附图说明
图1为本发明780MPa级低屈强比建筑用钢板的金相组织照片。
具体实施方式
实施例1:首先按钢的化学成分重量百分比为:C 0.05 %,Si 0.21 %,Mn 1.9 %,P 0.004 %,S 0.002 %,Alt 0.02 %,Nb 0.023 %,Ti 0.011 %,Cu 0.26 %,Ni 0.23 %,Cr 0.21 %,Mo 0.3 %,余量为Fe及不可避免的夹杂,进行原料配置,在真空熔炼炉中进行冶炼获得坯料;经锻造机加工成80mm(厚)×100mm(宽)×120mm(长);然后,将坯料加热至1200℃;保温30min后利用450轧机进行轧制,第一阶段开轧温度控制为1135℃,第一阶段终轧温度控制为1030℃,经4道次轧制至30mm厚度待温,第二阶段开轧温度控制为935℃,第二阶段终轧温度控制为850℃,经4道次轧制至12mm厚度;轧制结束后利用轧机出口附近配置的超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却,以75℃/s的冷速冷却至485℃,然后空冷至室温;
最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约21.3~22.5%的M-A相以及针状铁素体所组成的复相组织。力学性能:屈服强度Rp0.2为705MPa,抗拉强度Rm为940MPa,屈强比YR为0.75,伸长率A为18.75%,-40℃冲击功Akv为159J。
实施例2:首先按钢的化学成分按重量百分比为:C 0.06 %,Si 0.25 %,Mn 1.85 %,P 0.003 %,S 0.004 %,Alt 0.02 %,Nb 0.021 %,Ti 0.012 %,Cu 0.23 %,Ni 0.22 %,Cr 0.2 %,Mo 0.3 %,余量为Fe及不可避免的夹杂,进行原料配置,在真空熔炼炉中进行冶炼,获得坯料;经锻造机加工成100mm(厚)×100mm(宽)×120mm(长);然后,将坯料加热至1200℃;保温45min后利用450轧机进行轧制,第一阶段开轧温度控制为1140℃,第一阶段终轧温度控制为1055℃,经3道次轧制至45mm厚度待温,第二阶段开轧温度控制为905℃,第二阶段终轧温度控制为830℃,经4道次轧制至20mm厚度;轧制结束后利用轧机出口附近配置的超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却,以58℃/s的冷速冷却至428℃,然后空冷至室温;
最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约17.5~18.9%的M-A相以及针状铁素体所组成的复相组织。力学性能:屈服强度Rp0.2为650MPa,抗拉强度Rm为830MPa,屈强比YR为0.783,伸长率A为18.0%,-40℃冲击功Akv为240J。
实施例3:首先按钢的化学成分重量百分比为:C 0.07 %,Si 0.29%,Mn 1.95 %,P 0.004 %,S 0.003 %,Alt 0.03 %,Nb 0.03 %,Ti 0.025 %,Cu 0.36 %,Ni 0.37 %,Cr 0.28 %,Mo 0.38 %,余量为Fe及不可避免的夹杂,进行原料配置,在真空熔炼炉中进行冶炼获得坯料;经锻造机加工成180mm(厚)×120mm(宽)×180mm(长);然后,将坯料加热至1200℃;保温60min后利用450轧机进行轧制,第一阶段开轧温度控制为1155℃,第一阶段终轧温度控制为1070℃,经3道次轧制至100mm厚度待温,第二阶段开轧温度控制为890℃,第二阶段终轧温度控制为800℃,经6道次轧制至40mm厚度;轧制结束后利用轧机出口附近配置的超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却,以31℃/s的冷速冷却至420℃,然后空冷至室温;
最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约16.3~16.9%的M-A相以及针状铁素体所组成的复相组织。力学性能:屈服强度Rp0.2为660MPa,抗拉强度Rm为850MPa,屈强比YR为0.77,伸长率A为21%,-40℃冲击功Akv为239J。

Claims (2)

1.一种780MPa级低屈强比建筑用钢板,其特征在于所述钢板的化学成分重量百分比为:C0.05~0.07%,Si 0.2~0.3%,Mn 1.9~2.0%,S≤0.005%,P≤0.008%,Alt 0.02~0.03%,Nb 0.02~0.023%,Cr 0.15~0.3%,Ni 0.2~0.4%,Ti 0.01~0.03%,Cu 0.2~0.4%,Mo 0.25~0.4%,余量为Fe及不可避免的夹杂;同时满足:碳当量Ceq(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15<0.6,且焊接裂纹敏感性指数Pcm(%)=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B<0.3,钢板的显微组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布有10~25%M-A相及针状铁素体所构成的复相组织;抗拉强度为Rm≥780MPa,屈服强度为Rp0.2≥630MPa,屈强比为YR≤0.8,伸长率为A≥16%,-40℃冲击功为Akv≥150J。
2.根据权利要求1所述的一种780MPa级低屈强比建筑用钢板的制造方法,其特征在于步骤如下:
(1)冶炼:按钢板的化学组成重量百分比进行原料配置,在真空熔炼炉中进行冶炼,并经锻造机加工得到坯料;
(2)坯料加热奥氏体化:将坯料加热至1190~1210℃,保温0.5~1小时;
(3)控制轧制:将加热后的坯料进行两阶段的控制轧制,一阶段轧制:开轧温度为1130~1160℃,终轧温度为1020~1080℃,在奥氏体再结晶区域采用大压下量连续3~5道次轧制,道次压下率均在15%以上;二阶段轧制:待温厚度为(2~3)×板厚(mm),开轧温度为890~940℃,终轧温度为800~850℃,在未再结晶区进行4~6道次轧制,累积压下率大于50%;
(4)冷却:将轧制后的坯料进行冷却,冷却速率在30~100℃/s之间,将钢板冷却到400~600℃,然后空冷至室温。
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