CN102080183A - 特厚建筑用结构钢板q345gj系列钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板及其生产方法，该产品的屈服强度控制在335～420MPa，抗拉强度控制在505～585MPa，伸长率控制在25％-29％，0℃V型冲击功控制在156～190J，屈强比0.62-0.81，平均值0.69，抗层状撕裂能力单个值32％～48％，平均值40.2％，性能指标完全满足了Q345GJCZ35开发要求。而且控轧后的钢板组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到8～9级。正火处理后，钢板中的铁素体和珠光体组织更加均匀，晶粒细化，达到10.5级。

Description

特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及到钢材，具体涉及到一种特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板及其生产方法。

技术背景

Q345GJ系列钢板是一种特厚建筑用结构钢板，它具有较高的强度，良好的冷变形能力，较好的塑性与韧性以及抗层状撕裂能力，被广泛应用于建筑领域，国内对此有了大量的研究。但关于厚度在100mm以上的保性能、保探伤Q345GJ系列建筑用结构钢板以其生产难度大、工艺装备要求特殊等原因无法生产，国标暂无相关性能标准。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种保性能、保探伤的特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板及其生产方法。

一种特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板，化学成分及质量百分比(单位，wt％)如下，C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ni+Cr)：≤0.22、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

上述特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板中，所述碳当量[Ceq＝C+Mn/5+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.43。

上述化学元素的作用分析如下：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。P：对焊接不利，且具有一定的冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。S：易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。Nb：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。Ni：适量的加入可以有效提高钢板的低温冲击韧性。Al：可以起到细化晶粒强化作用。Cr：能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力；同时可以提高钢的淬透性。所述保性能、保探伤建筑用结构钢板Q345GJCZ35钢板的厚度为120mm。

上述特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板的生产方法，包括如下步骤：

a.转炉冶炼：在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.005％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；

b.LF精炼：在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；

c.真空精炼：在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；

d.浇铸：采用水冷模铸锭浇铸，浇铸前，软吹氩时间必须保证≥5min；吹氩至温度符合浇注温度要求后，关闭氩气镇静5min后开浇，浇铸温度按照1550～1555℃进行控制，钢锭脱模后入缓冷坑缓冷24小时；

e.加热：在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；

f.轧制：采用CR方式轧制，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，晾钢厚度1.5～2倍，二阶段采取小压下轧制，精轧累计压下率＞45％，终轧温度≤820℃；

g.控冷：返红温度＜760℃，分多次冷却，冷速控制在3～8℃/s；

h.缓冷：入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间≥48小时

i.热处理：采用正火+水冷工艺，正火温度910～930℃，保温时间1.8～2min/cm。水冷时间10S～30S。

本发明通过多元复合微合金元素的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，达到各类夹杂物级别总和不超过2.0，通过控轧控冷+正火处理使钢的晶粒度达到8.0～10.0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了120mm特厚保探伤、保力学性能的G345GJCZ35建筑用结构钢板。对铁水预处理到钢板热处理整个生产过程，制订了严格的工艺点控制标准，并严格执行，产品的实物质量达到了Q345GJE级水平，性能富余量较大，其中屈服富余量在60～120Mpa，抗拉富余量在70～100Mpa，伸长率富余量为3～9％，冲击性能达到了E级水平。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1是本发明工艺流程图。

图2是本发明TMCP轧制后的金相组织图(100X)。

图3是本发明热处理后的金相组织图(100X)

具体实施方式

本发明所述特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板包含如下重量百分比的化学成分(单位，wt％)：C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ti+Ni+Cr)：≤0.22、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。碳当量[Ceq＝C+Mn/5+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.43。本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理，在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；在所述轧制中，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃；在所述控冷中，返红温度＜760℃，冷速控制在5～15℃/s；在所述缓冷中，入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间≥48小时。

实施例1

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表1所述化学成分的Q345GJCZ35成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。

表1 实施例1钢的化学成分

实施例2

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表2所述化学成分的Q345GJCZ35成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。

表2 实施例2钢的化学成分

实施例3通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理工艺，获得如下表3所述化学成分的Q345GJCZ35成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表4、5、6。

表3 实施例3钢的化学成分

本发明的工艺路线：铁水KR深脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→模铸锭浇注→钢锭缓冷→加热→除磷→控制轧制→控制冷却→控制矫直→下线缓冷→表面检查→热处理→精整→探伤→检测→判定→合格品入库。

炼钢成分设计：由于该钢板厚度较厚，保探伤和保机械性能是难点和重点，在成分设计上必须综合考虑，才能有效达到两者的统一。考虑钢锭较厚，凝固时间长，内部偏析和疏松严重的特点，故为保探伤，结合实际经验，碳锰偏析对探伤影响较大，因此采取低碳、低锰路线，但是碳锰过低对机械性能影响较大，尤其是对正火热处理的钢板。综合考虑以上因素，采取多元微合金化成份设计的路线，结合后续的热处理工艺共同来弥补，从而有效解决两者兼顾统一问题。为确保探伤和性能，同时采取洁净钢冶炼技术，严控钢种[P]、[S]、[N]、[H]、[O]五大有害元素含量。

锭型选择：由于保三级探伤，同时对性能指标要求严格，结合以往实践经验，压缩比至少≥6。因此优选38T水冷模铸钢锭，该钢锭平均厚度780mm，平均压缩比6.5，可以达到设计要求。

转炉冶炼工艺点要求：按洁净钢冶炼工艺标准进行控制，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.003％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。

精炼工艺点要求：采取大渣量进行造渣，确何白渣保持时间控制在15min以上；杜绝渣稀现象；严格按照吹氩标准执行吹氩操作，禁止暴吹。

真空精炼工艺点要求：在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；破真空后立即进行Ca处理，对夹杂物进行改性，软吹大于5min后吊钢。

浇铸工艺点要求：严格按设定的Q345GJCZ35厚板钢锭浇注工艺控制，坚持“高温慢注，低温快注”原则。具体浇注工艺要求见表4。表4模铸浇铸工艺

注：T11代表液相线温度，动车、脱帽和脱锭时间从注完开始计算。

钢锭管理：按正常工艺脱锭后入模铸专用缓冷坑缓冷24h以上，对表面清理检查后送轧。

加热工艺点：钢锭加热按33T建筑结构用钢曲线再增加保温时间2h的工艺进行，以确保钢充分烧透、烧均匀；均热坑的保温温度按照1260℃～1290℃执行。

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℃～1150℃；采用CR轧制，凉钢厚度为180～240mm，为确保变形渗透，在板厚≥500mm时，道次压下量按60±10mm控制，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制，一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度≤820℃。控冷工艺：轧制后进入ACC反复冷却，尽量减少表面和内部的温差，确保返红温度＜760℃，冷速控制在3～8℃/s，然后送往强力矫直机进行热矫直。缓冷工艺：钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间不小于48小时；

热处理：执行工艺为保温温度：920±10℃；加热时间：1.8-2.0min/mm；冷却方式：水冷10s～30s，以确保性能合格。

化学成份：为保证良好的焊接性能，应控制碳当量Ceq在0.43以内，碳作为强化元素之一，在成分设计内控范围内采用中下限控制，避免碳偏析影响探伤的同时，对焊接性能不会造成恶化；Mn是细化晶粒元素之一，用以提高强度，降低钢材脆性转变温度，改善低温冲击韧性，但Mn含量过高时，对韧性和焊接性能不利，且容易造成Mn偏析，对探伤有一定的影响。所以Mn含量控制在1.20％～1.40％左右。Nb元素具有显著的细化晶粒作用，改善钢的综合性能比较明显，但Nb含量高时，成本较大，但单一加入时，综合强化效果并不明显。考虑到该钢板较厚，添加适量的Ni等合金元素用于确保低温冲击功，所以Nb、Ni的复合加入是最佳选择。P、S含量控制在一个较低的范围内，总之，整体成分控制比较稳定，满足Q345GJCZ35超厚板的成分设计要求。

使用本发明所述方法生产的产品计10批，其中：屈服强度控制在335～420MPa，平均达到了386MPa，比标准富裕60MPa；抗拉强度控制在505～585MPa，平均达到了540MPa，比标准富裕50MPa；伸长率控制在25％-29％，平均达到26％，比标准富裕4％；0℃V型冲击功控制在156～190J，平均达到了180J，屈强比0.62-0.81，平均值0.69，抗层状撕裂能力单个值32％～48％，平均值40.2％，性能指标完全满足了Q345GJCZ35开发要求。

外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100％，按JB/T 2970-2004进行探伤，合一级率为100％，达到了预期效果。

金相检验：对控轧和正火后的产品厚度1/4处分别作了金相组织检验，结果见图2、图3。

表6 产品的控扎和正火后金相组织

结合表6和图2、图3分析，控轧后的钢板组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到8～9级。正火处理后，钢板中的铁素体和珠光体组织更加均匀，晶粒细化，达到10.5级。

Claims (3)

1.一种特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板，其特征在于：化学成分及质量百分比(单位，wt％)如下，C：0.08～0.16、Si：0.20～0.50、Mn：1.15～1.60、P：≤0.020、S：≤0.010、微合金化元素(Nb+Ni+Cr)：≤0.22、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

2.如权利要求1所述的特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板，其特征在于：所述碳当量[Ceq＝C+Mn/5+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.43。

3.如权利要求1所述的特厚建筑用结构钢板Q345GJ系列钢板的生产方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a.转炉冶炼：在所述转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.005％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；

b.LF精炼：在所述LF精炼中，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；

c.真空精炼：在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；

d.浇铸：采用水冷模铸锭浇铸，浇铸前，软吹氩时间必须保证≥5min；吹氩至温度符合浇注温度要求后，关闭氩气镇静5min后开浇，浇铸温度按照1550～1555℃进行控制，钢锭脱模后入缓冷坑缓冷24小时；

e.加热：在所述加热中，均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；

f.轧制：采用CR方式轧制，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在830～850℃，晾钢厚度1.5～2倍，二阶段采取小压下轧制，精轧累计压下率＞45％，终轧温度≤820℃；

g.控冷：返红温度＜760℃，分多次冷却，冷速控制在3～8℃/s；

h.缓冷：入缓冷坑温度≥450℃；堆冷时间≥48小时；

i.热处理：采用正火+水冷工艺，正火温度910～930℃，保温时间1.8～2min/cm。水冷时间10S～30S。

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