CN102041434A

CN102041434A - 低合金高强度结构用钢q460e-z35钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN102041434A
Application number: CN2010105976587A
Authority: CN
Inventors: 张少辉; 朱书成; 张立新; 许少普; 崔冠军; 付全虎; 赵迪; 袁恒; 闫波; 许春; 乔华伟; 刘凡
Original assignee: Nanyang Hanye Special Steel Co Ltd
Current assignee: Nanyang Hanye Special Steel Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明公开了一种低合金系列钢材Q460E-Z35厚度规格在40mm以下的钢板及其生产方法。该钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：≤0.17、Si：≤0.45、Mn：1.15～1.55、P：≤0.018、S：≤0.005、微合金化元素（V+Nb+Ti）：≤0.20、Als：≤0.035，其它为Fe和残留元素。本发明采取的生产方法包括以下具体步骤：KR铁水预处理工艺、转炉冶炼工艺、LF精炼工艺、连铸浇注、加热、轧制、控冷、缓冷。由于本发明采用了上述技术方案，在生产过程中不仅要保证了钢板的力学性能，并且还要保证了钢板的抗层状撕裂性能满足Z35要求以及钢材具备良好的焊接性能。

Description

低合金高强度结构用钢Q460E-Z35钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及到钢材的生产，具体涉及到低合金系列钢材Q460E-Z35厚度规格在40mm以下的钢板及其生产方法。

背景技术

2008年,在北京举办的举世瞩目的第29届奥林匹克运动会，国家体育场这个用钢铁编织成的“鸟巢”，一共用了4.2万吨钢，其中有680吨最为特殊，它就是由我国宽厚钢板科研生产基地舞阳钢铁有限责任公司研发生产的110mm厚的Q460E-Z35高强度建筑结构用钢。随着这一建筑的建造，舞阳钢铁公司成了世界钢铁行业关注的焦点，同时也跃居国内中厚板生产的龙头老大。

Q460E-Z35钢材在使用过程当中由于跨度大，构造复杂，局部构件受力较大，在生产过程中不仅要保证钢板的力学性能，并且还要保证钢板的抗层状撕裂性能满足Z35要求以及钢材具备良好的焊接性能。

发明内容

在保证钢材力学性能的前提下做到降低成本，优化工艺流程，申请人投入了大量的人力研究TMCP工艺生产制造低合金高强度结构钢，不采用钢板的热处理工艺。对每一次轧制的钢板进行块块取样进行力学性能检测，从后续性能结果上摸索轧制工艺，并对每一块钢板进行成分、工艺、组织、性能分析，形成了本发明。该发明检测的力学性能既能保证高强度、高韧性和良好的焊接性能等要求，其抗层状撕裂性能也完全达到了Z35的要求。

为了能够达到钢板综合质量的要求，本发明采取的厚度在40mm以下的保性能、保探伤低合金高强度结构钢Q460C钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：

C：≤0.17、Si：≤0.45、Mn：1.15～1.55、P：≤0.018、S：≤0.005、微合金化元素（V+Nb+Ti）：≤0.20、Als：≤0.035，其它为Fe和残留元素。

碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.42。

上述化学元素中合金元素的主要作用分析如下：

C：是钢中最基础的强化元素，提高强度，但C影响钢的焊接性能和影响韧性。综合考虑，碳的含量尽量控制的低一些。

Si：是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。

Mn：是固溶强化元素，对提高钢板的强度和韧性均有利。

V、Nb、Ti：在钢中能够与C、N结合，形成微细碳化物或碳氮化物，能起细化晶粒和弥散强化作用，从而达到有效提高钢材的强韧性的综合效果。

Al：可以起到细化晶粒强化作用。

为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括以下具体步骤：

1、KR铁水预处理工艺：到站铁水必须进行脱硫，保证脱硫后铁水S≤0.005%，温大于1280℃；

2、转炉冶炼工艺：入炉铁水Si含量在0.60%以下，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质废钢，过程枪位控制在1.0～1.6m之间，严格按照石灰加入模型进行加入，确保终渣碱度在3.0～3.6之间，终点C含量控制在0.06%以上，P含量控制在0.015%以下；出钢过程中采用硅铝钡钙进行预脱氧，出钢前期采用挡渣塞进行挡渣，后期采用挡渣锥进行挡渣，出钢过程中严禁下渣。钢水到氩站后一次性加入铝线，确保氩后Als含量控制在0.040～0.060%之间，强吹3min后离站，离站温度控制1580℃以上；

3、LF精炼工艺：钢水精炼采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在10min以上；脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉、铝线为主；精炼结束后确保软吹时间≥20min，杜绝暴吹现象发生；根据实际情况控制上钢温度，确保中包钢水过热度控制在15±5℃之内；

4、连铸浇注：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±5℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，连铸浇钢要求全程保护浇铸；

5、加热工艺点：铸坯加热Ⅲ组钢加热工艺进行，考虑到实际加热炉炉温与铸坯存在一定的温差，最高加热温度为1240℃；

6、轧制工艺：严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1050℃～1180℃；采用TMCP轧制，凉钢厚度为80～100mm，为确保变形渗透，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制，一阶段终轧温度在930℃～1000℃。二阶段开轧温度在920℃以下，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤840℃；

7、控冷工艺：入水温度＞760℃，返红温度控制450～600℃，冷速控制在10～15℃/s，然后送往强力矫直机进行热矫直；

8、缓冷工艺：钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间大于24小时。

其中在炼钢环节，主要控制点有转炉冶炼终点成分控制、精炼过程中造白渣控制、连铸过程中保护浇注控制、铸坯堆冷控制、铸坯加热控制、铸坯轧制控制、ACC控制、钢板堆冷控制，通过先进的冶炼、轧制工艺，再加上铸坯、钢板的堆冷工艺充分保证钢板钢板的力学性能、表面质量及内部质量。由于本发明采用了上述技术方案，在生产过程中不仅要保证了钢板的力学性能，并且还要保证了钢板的抗层状撕裂性能满足Z35要求以及钢材具备良好的焊接性能。

具体实施方式

本发明所述厚度在40mm以下的保性能、保探伤低合金高强度结构钢Q460C钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：

碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.42。

本发明采取的生产方法包括以下具体步骤：

2、转炉冶炼工艺：入炉铁水Si含量在0.60%以下，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，过程枪位控制在1.0～1.6m之间，严格按照石灰加入模型进行加入，确保终渣碱度在3.2～3.5之间，终点C含量控制在0.06%以上，P含量控制在0.015%以下；出钢过程中采用硅铝钡钙进行预脱氧，出钢前期采用挡渣塞进行挡渣，后期采用挡渣锥进行挡渣，出钢过程中严禁下渣。钢水到氩站后一次性加入铝线，确保氩后Als含量控制在0.040～0.060%之间，强吹3min后离站，离站温度控制1580℃以上；

其中在炼钢环节，主要控制点有转炉冶炼终点成分控制、精炼过程中造白渣控制、连铸过程中保护浇注控制、铸坯堆冷控制、铸坯加热控制、铸坯轧制控制、ACC控制、钢板堆冷控制，通过先进的冶炼、轧制工艺，再加上铸坯、钢板的堆冷工艺充分保证钢板钢板的力学性能、表面质量及内部质量。

一、工艺路线

本发明采用250mm×1600mm连铸断面进行生产，其主要工艺路线为：优质铁水→KR铁水预处理→100吨顶底复吹转炉→吹氩处理→LF炉精炼→铸坯堆冷24小时→步进式加热炉→3800m轧机→ACC层流冷却 →11辊热矫直机→钢板堆冷→精整→检测→入库。

二、熔炼化学成分设计

成分设计：为保证良好的焊接性能以及良好的塑韧性，应控制碳当量Ceq在0.43以内，碳、锰主要是为了提高钢板的强度，Nb﹑V﹑Ti的复合加入量控制在0.085～0.11%之间，主要是为了细化晶粒，提高钢板塑性和韧性。

三、生产工艺控制要点

1、KR铁水预处理工艺：到站铁水必须进行脱硫，保证脱硫后铁水S≤0.005%，温大于1280℃。

2、转炉冶炼工艺：入炉铁水Si含量在0.60%以下，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，过程枪位控制在1.0～1.6m之间，严格按照石灰加入模型进行加入，确保终渣碱度在3.2～3.5之间，终点C含量控制在0.06%以上，P含量控制在0.015%以下。出钢过程中采用硅铝钡钙进行预脱氧，出钢前期采用挡渣塞进行挡渣，后期采用挡渣锥进行挡渣，出钢过程中严禁下渣。钢水到氩站后一次性加入铝线，确保氩后Als含量控制在0.040～0.060%之间，强吹3min后离站，离站温度控制1580℃以上。

3、LF精炼工艺：钢水精炼采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在10min以上；脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉、铝线等为主；精炼结束后确保软吹时间≥20min，杜绝暴吹现象发生；根据实际情况控制上钢温度，确保中包钢水过热度控制在15±5℃之内；

4、连铸浇注：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±5℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红，浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微。铸坯切割后按照堆冷标准堆冷≥24h；

8、缓冷工艺：钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间大于24小时；

9、检测结果

9.1钢板机械性能检测

成份及机械力学性能按GB/T1591-2008、GB/T5315-85执行，具体见表1。

表1 Q460E-Z35钢板机械力学性能

Figure 2010105976587100002DEST_PATH_IMAGE001

本次共试生产20mm厚Q460C 18批，40mm厚Q460C 8批，其中：屈服强度控制在470～555MPa，平均达到了510MPa，比标准富裕70MPa；抗拉强度控制在585～680 MPa，平均达到了635MPa，比标准富裕85MPa；伸长率控制在20%-24%，平均达到21%，比标准富裕6%；-40℃V型冲击功控制在104～263 J，平均达到了159 J；Z向性能在36-56%之间，平均值为43%，力学性能指标完全满足了Q460E-Z35的开发要求。

9.2 外检及探伤检测

表面质量要求按GB/T709-2008严格执行；

探伤执行GB/T2970-2004 Ⅲ级探伤标准执行；

所研制的钢板外检，正品率100%；探伤正品率100%，其中合一级率为86%，三级合格率为14%，达到了预期效果。

Claims

1.一种低合金高强度结构用钢Q460E-Z35钢板，该钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：

2.一种如权利要求1所述低合金高强度结构用钢Q460E-Z35钢板的生产方法，该包括以下具体步骤：

（1）、KR铁水预处理工艺：到站铁水必须进行脱硫，保证脱硫后铁水S≤0.005%，温大于1280℃；

（2）、转炉冶炼工艺：入炉铁水Si含量在0.60%以下，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，过程枪位控制在1.0～1.6m之间，严格按照石灰加入模型进行加入，确保终渣碱度在3.2～3.5之间，终点C含量控制在0.06%以上，P含量控制在0.015%以下；出钢过程中采用硅铝钡钙进行预脱氧，出钢前期采用挡渣塞进行挡渣，后期采用挡渣锥进行挡渣，出钢过程中严禁下渣；钢水到氩站后一次性加入铝线，确保氩后Als含量控制在0.040～0.060%之间，强吹3min后离站，离站温度控制1580℃以上；

（3）、LF精炼工艺：钢水精炼采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在10min以上；脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉、铝线为主；精炼结束后确保软吹时间≥20min，杜绝暴吹现象发生；根据实际情况控制上钢温度，确保中包钢水过热度控制在15±5℃之内；

（4）、连铸浇注：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±5℃，拉速：0.7m/min，比水量：0.80L/㎏，连铸浇钢要求全程保护浇铸；

（5）、加热工艺点：铸坯加热Ⅲ组钢加热工艺进行，考虑到实际加热炉炉温与铸坯存在一定的温差，最高加热温度为1240℃；

（6）、轧制工艺：严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1050℃～1180℃；采用TMCP轧制，凉钢厚度为80～100mm，为确保变形渗透，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制，一阶段终轧温度在930℃～1000℃；二阶段开轧温度在920℃以下，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤840℃；

（7）、控冷工艺：入水温度＞760℃，返红温度控制450～600℃，冷速控制在10～15℃/s，然后送往强力矫直机进行热矫直；

（8）、缓冷工艺：钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间大于24小时。