CN104846277A - 屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法，所述建筑用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.150～0.180％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.45～1.65％、Nb：0.035～0.055％、V：0.04～0.06％、Ti：0.007～0.015％、Ni：0.08～0.15％、P≤0.015％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质，并且满足Ti+Nb+V≤0.22％。该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，本发明技术特点是只需进行适当合金体系设计，无需改造任何生产设备、无需对现有生产工艺作重大调整，就可以生产出厚规格≥460MPa级高层建筑钢。

Description

屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体地指一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法。

背景技术

随着建筑钢结构的快速发展,对建筑用钢钢材提出了越来越高的要求,建筑用钢正向高强度、高性能、大型化方向发展。随着建筑物高度的不断增加，普通屈服强度为345MPa级或390MPa高层建筑用钢已不能满足要求，在20层的建筑中，屈服强度由345MPa提高到460MPa，可节约钢材20％。屈服强度达460MPa级以上已成为高强度建筑用钢的新趋势。近年来，随着奥运工程建设的蓬勃发展，中国的建筑用钢也得到了长足发展，但是与发达国家相比尚有一定差距，急需开发460MPa级高强度低屈强比建筑用钢。另外，随着高层建筑的日益高层化、大型化，要求在梁柱节点处使用的钢板必须具有优良的抗层状撕裂性能，为此，厚规格、高强度、低屈强比及优良抗层状撕裂性能钢板的需求尤为迫切。

目前，在国内有关建筑方面的结构用高强钢多有报道，也申请了专利。申请号为200710054569.6的中国发明专利公开了一种大厚度高层建筑结构用高强度钢及其生产方法，该钢化学成分为：C：0.15～0.18％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.50～1.62％、P≤0.015％、S≤0.05％、Ni：0.25～0.45％、V：0.075～0.085％、Nb:0.040～0.050％、Al：0.020～0.045％、Cr≤0.30％、Ti≤0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质,但该发明钢添加了较多的Ni、V合金，生产工艺采用了电炉冶炼和扁锭模进行浇注，比当前成熟的板坯连铸方式成本高，产品厚度规格为100～110mm，其化学成分、生产工艺及产品厚度规格与本发明钢不同。

申请号为200810200100.3的中国发明专利公开了一种高强度低屈强比钢板，其化学成分包括：C：0.15～0.20％,Si：1.0～2.0％，Mn：1.8～2.0％，Al≤0.036％，V：0.05～0.1％,P≤0.01％，S≤0.005％，Cr：0.8～1.0％,余量为Fe和其它不可避免的杂质。其通过传统的TMCP轧制工艺获得一种具有高强度和低屈强比的热轧钢板，强度达1200～1500MPa，同时具有较好的低温冲击韧性。其不足之处在于：钢板设计化学成分含量较高，碳当量达到0.65以上，对钢板的焊接性能有不利的影响。

申请号为201010582378.9的中国发明专利公开了一种抗层状撕裂性能优良的抗震建筑用钢及其生产方法，其化学成分包括：C：0.145～0.17％,Si：0.30～0.50％，Mn：1.40～1.60％，Als：0.01～0.06％，V：0.035～0.06％，P≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。从其具体实例来看，厚度＞70～100mm钢板，屈服强度为415～440MPa，而且该钢板通过传统的TMCP轧制工艺获得，未经过正火处理，其微观组织结构势必不够均匀，对钢板的抗层状撕裂性能不利，若想改善这种情况经过正火处理，其屈服强度一般会下降100MPa以上，相当于345MPa级高层建筑用钢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法；该钢屈服强度≥460MPa,屈强比≤0.75，全厚度方向断面收缩率ф≥35％，

为解决上述技术问题，本发明提供的一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢，所述建筑用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.150～0.180％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.45～1.65％、Nb：0.035～0.055％、V：0.04～0.06％、Ti：0.007～0.015％、Ni：0.08～0.15％、P≤0.015％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质，并且满足Ti+Nb+V≤0.22％。

进一步地，所述建筑用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.150～0.180％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.45～1.65％、Nb：0.035～0.055％、V：0.04～0.06％、Ti：0.007～0.015％、Ni：0.08～0.15％、P≤0.015％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质。

再进一步地，所述建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.171％、Si：0.36％、Mn：1.53％、Nb：0.040％、V：0.051％、Ti：0.013％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

再进一步地，所述建筑用钢屈强比≤0.75，全厚度方向断面收缩率Ф为58～35％，且厚度规格在80～100mm。

本发明还提供了一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢的制备方法，该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

1)LF炉精炼过程中，以4～6m/s速度喂入SiCa；

2)铸坯缓冷过程中，LF炉精炼采用48h缓冷；

3)铸坯加热过程中，将铸坯加热到1170～1230℃，加热速率≥8min/cm；

4)轧机轧制过程中；进行分段轧制：奥氏体再结晶区开轧温度≤1100℃，加大道次压下量；奥氏体未再结晶开轧温度≤880℃，轧制道次为4～6道次；

5)冷却过程中，钢板在开冷温度为700～750℃下，以5～8℃/秒冷却速度冷却至600～650℃，空冷至室温；

6)正火处理过程中，在温度为860～910℃条件下进行正火处理，出炉加速水冷，使返红温度在650～700℃范围内。

本发明的原理：

1、各种化学成分的选用原理：

C：碳可以大幅度提高钢的强度，降低钢的屈强比，但是碳含量超过0.18％时，钢的低温韧性显著恶化且影响钢板的焊接性能，因此控制在0.15～0.18％。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的强化作用，但当超过一定量时，钢的洁净度降低，韧性和焊接性能下降，回火脆性增强，因此控制在0.2～0.4％。

Mn：降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却的过冷度，细化珠光体组织，以及改善其力学性能，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒度粗化和回火脆性的不利趋向，因此控制在1.45～1.55％。

Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用。但是在高强度贝氏体钢中，添加过量的铌会促使M-A岛的形成，降低焊接热影响区的韧性，因此设计Nb含量为0.035～0.055％。

V：在钢中产生沉淀强化，一方面在控制产生了碳氮氧化物产生沉淀强化在加热时阻止奥氏体晶粒长大，同时在正火后的重新析出，保证正火后钢板强度，故设计V含量为0.04～0.06％。

Ti：钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和析出强化作用，但添加较多时，会引起钛的氧化物粗化，降低低温韧性，故设计Ti含量为0.007～0.015％。

Ni：镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性，镍还可以提高钢的耐腐蚀性能，但是，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以除去，导致钢板表面质量问题，且镍属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本，因此设计Ni含量为0.08～0.15％。

P：磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性，故设计P含量≤0.015％。

S：硫元素增加钢的热脆性，硫含量高时，对焊接性能不利，故设计S含量≤0.005％。

2、本发明制备方法的工作原理：

1)LF炉精炼过程中，在转炉冶炼炉后进行喂入CaSi线处理，具体措施包括，在炼钢工艺中，采用夹杂物钙处理技术及心部质量控制的方法，以4～6m/s速度喂入SiCa，使夹杂物变性充分，在连铸过程中采用电磁搅拌，降低铸坯中心偏析，保证钢板厚度方向性能。

2)铸坯采用48h缓冷，使铸坯中的氢充分扩散，减少冷却带来的内应力。

3)铸坯加热过程中，将铸坯加热到1170～1230℃，加热速率≥8min/cm，保证钢中微合金元素溶入奥氏体中，同时又要防止奥氏体晶粒粗化。

4)正火过程中，在860～910℃温度范围内进行正火处理，出炉加速水冷，使返红温度在650～700℃范围内，改善微观组织结构，使组织进一步均匀化，提高钢的抗层状撕裂性能。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明技术特点是只需进行适当合金体系设计，无需改造任何生产设备、无需对现有生产工艺作重大调整，就可以生产出厚规格≥460MPa级高层建筑钢，其生产方法包括转炉顶底复合冶炼→夹杂物钙处理→LF炉→真空处理→连铸→铸坯缓冷→铸坯加热→轧机轧制→正火，本发明与现有技术相比，其特点是：

1)本发明生产出的80～100mm高层建筑钢板屈服强度至少为460MPa,

2)本发明生产出的钢板屈强比≤0.75，具有良好的抗震能力；

3)本发明生产出的钢板全厚度方向断面收缩率ф≥35％，具有优良的抗层状撕裂能力；

4)本发明采用正火处理后微光组织均匀，性能稳定，屈服强度≥460MPa，可用于大型建筑的关键受力部位。

5)此类钢板钢为高附加值产品，化学成分相对简单，生产工艺过程容易操作，生产成本较低。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

厚度为80mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.155％、Si：0.31％、Mn：1.52％、Nb：0.038％、V：0.049％；Ti：0.009％、Ni：0.11％、P：0.013％、S：0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1178℃，加热速率为8.6min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1083℃；未再结晶区开轧温度为878℃，轧制道次数为4道次；开冷温度为720℃，终冷温度635℃；正火温度为886℃，喷水后返红温度为684℃。

实施例2

厚度为80mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.162％、Si：0.29％、Mn：1.53％、Nb：0.042％、V：0.047％、Ti：0.009％、Ni：0.10％、P：0.013％、S：0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，主要工艺参数取值：

铸坯厚度为250mm，铸坯加热温度1183℃，加热速率为8.7min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1085℃；未再结晶区开轧温度为879℃，轧制道次数为4道次；开冷温度为721℃，终冷温度638℃；正火温度为887℃，喷水后返红温度为686℃。

实施例3

厚度为90mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.175％、Si：0.31％、Mn：1.49％、Nb：0.041％、V：0.045％、Ti：0.012％、Ni：0.11％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1189℃，加热速率为9.2min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1091℃；未再结晶区开轧温度为875℃，轧制道次数为5道次；开冷温度为734℃，终冷温度642℃；正火温度为890℃，喷水后返红温度为678℃。

实施例4

厚度为90mm的建筑用钢其组分及重量百分比含量为：C：0.172％、Si：0.30％、Mn：1.53％、Nb：0.043％、V：0.048％，Ti：0.012％、Ni：0.13％、P：0.010％、S：0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1192℃，加热速率为9.0min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1089℃；未再结晶区开轧温度为869℃，轧制道次数为6道次；开冷温度为727℃，终冷温度635℃；正火温度为896℃，喷水后返红温度为682℃。

实施例5

厚度为100mm的建筑用钢其组分及重量百分比含量为：C：0.176％、Si：0.40％、Mn：1.56％、Nb：0.044％、V：0.048％、Ti：0.012％、Ni：0.13％、P：0.010％、S：0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1190℃，加热速率为9.4min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1087℃；未再结晶区开轧温度为872℃，轧制道次数为5道次；开冷温度为725℃，终冷温度641℃；正火温度为892℃，喷水后返红温度为676℃。

实施例6

厚度为100mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.169％、Si：0.40％、Mn：1.53％、Nb：0.043％、V：0.051％、Ti：0.012％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1188℃，加热速率为9.3min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1079℃；未再结晶区开轧温度为875℃，轧制道次数为5道次；开冷温度为718℃，终冷温度635℃；正火温度为885℃，喷水后返红温度为671℃。

实施例7

厚度为100mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.171％、Si：0.36％、Mn：1.53％、Nb：0.040％、V：0.051％、Ti：0.013％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1179℃，加热速率为8.7min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1092℃；未再结晶区开轧温度为868℃，轧制道次数为6道次；开冷温度为721℃，终冷温度642℃；正火温度为885℃，喷水后返红温度为668℃。

实施例8

厚度为100mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.150％、Si：0.45％、Mn：1.45％、Nb：0.040％、V：0.051％、Ti：0.013％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1180℃，加热速率为8.7min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1090℃；未再结晶区开轧温度为865℃，轧制道次数为6道次；开冷温度为734℃，终冷温度646℃；正火温度为885℃，喷水后返红温度为662℃。

实施例9

厚度为100mm的建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.180％、Si：0.25％、Mn：1.65％、Nb：0.040％、V：0.051％、Ti：0.013％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其中，

主要工艺参数取值：

铸坯厚度为300mm，铸坯加热温度1181℃，加热速率为8.7min/cm，奥氏体再结晶区开轧温度1090℃；未再结晶区开轧温度为868℃，轧制道次数为6道次；开冷温度为737℃，终冷温度645℃；正火温度为885℃，喷水后返红温度为667℃。

表1 各实施例的力学性能检测情况列表

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢，其特征在于：所述建筑用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.150～0.180％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.45～1.65％、Nb：0.035～0.055％、V：0.04～0.06％、Ti：0.007～0.015％、Ni：0.08～0.15％、P≤0.015％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质，并且满足Ti+Nb+V≤0.22％。

2.根据权利要求1所述屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢，其特征在于：所述建筑用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.150～0.180％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.45～1.65％、Nb：0.035～0.055％、V：0.04～0.06％、Ti：0.007～0.015％、Ni：0.08～0.15％、P≤0.015％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢，其特征在于：所述建筑用钢组分及重量百分比含量为：C：0.171％、Si：0.36％、Mn：1.53％、Nb：0.040％、V：0.051％、Ti：0.013％、Ni：0.12％、P：0.012％、S：0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2或3所述屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢，其特征在于：所述建筑用钢屈强比≤0.75，全厚度方向断面收缩率Ф为58～35％，且厚度规格在80～100mm。

5.一种权利要求1所述屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢的制备方法，该制备方法依次通过转炉顶底复合冶炼、夹杂物钙处理、LF炉精炼、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧机轧制、冷却和正火处理，制备得到宽厚钢板，其特征在于：

1)LF炉精炼过程中，以4～6m/s速度喂入SiCa；。

2)铸坯缓冷过程中，LF炉精炼采用48h缓冷；

3)铸坯加热过程中，将铸坯加热到1170～1230℃，加热速率≥8min/cm；

4)轧机轧制过程中；进行分段轧制：奥氏体再结晶区开轧温度≤1100℃，加大道次压下量；奥氏体未再结晶开轧温度≤880℃，轧制道次为4～6道次；

5)冷却过程中，钢板在开冷温度为700～750℃下，以5～8℃/秒冷却速度冷却至600～650℃，空冷至室温；

6)正火处理过程中，在温度为860～910℃条件下进行正火处理，出炉加速水冷，使返红温度在650～700℃范围内。