CN102345044A - 一种高级别高层建筑用q420gje-z35钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，所述钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.18、Si：0.20～0.50、Mn：1.30～1.60、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素（Nb+V+Ti）≤0.20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。本发明通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理一系列生产工艺，并通过合理的采取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3.0，通过控轧控冷使钢的晶粒度达到9.0～10.0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了≤80mm厚保性能、保探伤、抗层状撕裂能力强、强韧性的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板。

Description

一种高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢板生产技术领域，具体涉及到一种高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板及其生产方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅速发展，高层建筑用钢的发展也向着特厚、特宽、高性能方向发展。高层建筑用钢对钢板强韧性、屈强比、抗层状撕裂能力等提出了较高的要求，目前E级别以上的高层建筑用钢板国内能生产的钢厂还不多。E级厚板高层建筑用钢，因其生产难度大、工艺装备要求特殊等生产较少。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种保性能、保探伤、抗层状撕裂能力强、强韧性的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板及其生产方法。

实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.18、Si：0.20～0.50、Mn：1.30～1.60、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素（Nb+V+Ti）≤0. 20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

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。

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。

所述高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板厚度≤80mm。

为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括如下步骤：

转炉冶炼：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；

LF精炼：确保白渣保持时间控制在15min以上；

真空精炼：在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；

连铸：采用300mm断面生产，以保证压缩比，连铸浇注过热度控制在10-30℃，采用低拉速。

加热：均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；

轧制：采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，二阶段开轧温度在820-900℃，道次压下量为15-20mm，终轧温度800-880℃；

控冷：返红温度600-680℃；

缓冷：入缓冷坑温度≥300℃，堆冷时间≥24小时；

热处理：正火温度890～930℃，保温时间1.8～2.4min/cm。 

由于本发明通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理一系列生产工艺，并通过合理的采取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3.0，通过控轧控冷使钢的晶粒度达到9.0～10.0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了≤80 mm厚保性能、保探伤、抗层状撕裂能力强、强韧性的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板。对铁水预处理到整个热处理全过程，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Q420GJE-Z35级水平。其屈服强度控制在420～490 MPa，抗拉强度控制在540～600 MPa，屈强比均≤0.82，伸长率控制在21%-27%，-40℃V型冲击功控制在147～214 J，Z向性能分布在32-57之间，试样3个Z向性能平均值均大于40%，性能指标完全满足了Q420GJE-Z35开发要求。

附图说明

下面结合附图，对本发明做进一步阐述。

图1是本发明TMCP轧制后的金相组织图（100X）。

具体实施方式

本发明所述的厚度≤80mm的保性能、保探伤、抗层状撕裂能力强、强韧性的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.18、Si：0.20～0.50、Mn：1.30～1.60、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素（Nb+V+Ti）≤0. 20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

本发明采取的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、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，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，采用高温低速大压下轧制，二阶段开轧温度在820-900℃，二阶段采取小压下轧制，道次压下量为15-20mm，终轧温度800-880℃；在所述控冷中，返红温度600-680℃；在所述缓冷中，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间≥24小时；在所述热处理中，正火温度890～930℃，保温时间1.8～2.4min/cm。 

实施例1

通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理,获得如下表1所述化学成分的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，其中所述钢板的机械力学性能见如下表3。

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、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理, 获得如下表2所述化学成分的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，其中所述钢板的机械力学性能见如下表3。

表2    实施例2钢的化学成分

炼钢成分：本发明的钢板的化学成分设计采用低碳当量，Mn-Nb-V-Ti系铁素体+珠光体钢，应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。C主要与其它元素形成碳化物，起组织强化和析出强化作用，提高钢板强度；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，起提高钢板强度的作用；Nb起细晶强化作用，钢锭加热时，固溶的Nb可以阻止奥氏体晶粒长大；经过二阶段轧制，V的C、N化物析出，提高钢板强度。为确保探伤，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。     

转炉冶炼：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≤0.010%，点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。

LF精炼：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：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2min后吊钢。

连铸：采用300mm断面生产，以保证压缩比，连铸浇注过热度控制在10-30℃，采用低拉速。

加热：采用二阶段加热，一加热段温度＜1000℃，二加热段温度控制在1200～1260℃，均热段温度控制在1200～1260℃。

轧制：采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，为确保变形渗透，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制；凉钢厚度为100-160mm，二阶段开轧温度在820～900℃，二阶段采取小压下轧制，道次压下量为15-20mm，终轧温度800-880℃。

控冷：轧制后进入ACC两次弱冷, 尽量减少表面和内部的温差，确保返红温度在600-680℃，冷却后送往强力矫直机进行热矫直。

缓冷：钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥300℃；堆冷时间≥24小时。

热处理：执行工艺为保温温度：890～930℃；保温时间：1.8-2.4min/mm。

化学成份：C主要与其它元素形成碳化物，起组织强化和析出强化作用，提高钢板强度；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，起提高钢板强度的作用；Nb起细晶强化作用，钢锭加热时，固溶的Nb可以阻止奥氏体晶粒长大；经过二阶段轧制，V的C、N化物析出，提高钢板强度； 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Q420GJE-Z35高层建筑用钢板的成分设计要求。

表面质量要求按GB/T714-2008严格执行。

探伤执行JB/T2970-2004 Ⅱ级探伤标准执行。

成份及机械力学性能按GB/T19879-2008执行，具体见如下表3。

表3     Q420GJE-Z35钢板机械力学性能

本次共试生产70mm厚Q420GJE-Z35钢板 34批，其中：屈服强度控制在420～490 MPa，抗拉强度控制在540～600 MPa，屈强比均≤0.82；伸长率控制在21%-27%；-40℃V型冲击功控制在在147～214J；Z向性能分布在32-57之间，单个试样3个Z向性能平均值均大于40%，性能指标完全满足了Q420GJE-Z35开发要求，同时为了进一步了解该次实验的实物真正性能水平，对该次实验的钢板进行-40℃V型冲击功指标进行了检测，其值控制在147～214J。

外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，探伤合一级率为94%，合按三级率为99.02%，达到了预期效果。

金相检验见如下表4：

表4     金相组织

结合表4和图1分析，轧后的钢板组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到9.0-10.0级。

Claims (3)

1.一种高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，其特征在于：包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.18、Si：0.20～0.50、Mn：1.30～1.60、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素（Nb+V+Ti）≤0. 20、Als：≤0.050，其它为Fe和残留元素。

2.如权利要求1所述的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板，其特征在于：所述高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板厚度≤80mm。

3.如权利要求1所述的高级别高层建筑用Q420GJE-Z35钢板的生产方法，其特征在于，其生产方法包括以下步骤：

转炉冶炼：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；

LF精炼：确保白渣保持时间控制在15min以上；

真空精炼：在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；

连铸：采用300mm断面生产，以保证压缩比，连铸浇注过热度控制在10-30℃，采用低拉速；

加热：均热坑的保温温度控制在1200℃～1300℃；

轧制：采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，二阶段开轧温度在820-900℃，道次压下量为15-20mm，终轧温度800-880℃；

控冷：返红温度600-680℃；

缓冷：入缓冷坑温度≥300℃，堆冷时间≥24小时；

热处理：正火温度890～930℃，保温时间1.8～2.4min/cm。

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