CN105568156A - 一种低成本160MPa级抗震用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本160MPa级抗震用钢及其生产方法，所述抗震用钢由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.01%，Si≤0.08%，Mn≤0.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ti：0.020～0.035%，Alt：0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序。本发明通过低C+低Mn的基本成分、单加适量Ti的成分设计，配合特殊的轧制工艺和热处理工艺成功生产出厚度达80mm的具有低温韧性的160MPa级抗震用钢，所得钢板的综合力学性能较好，屈服强度为140～180MPa，抗拉强度为220～320MPa，屈强比≤0.70，延伸率≥50%，-20℃的低温下板厚1/4和1/2的冲击功≥150J，可应用于制造耐低温气候下的建筑耗能抗震部件中。

Description

一种低成本160MPa级抗震用钢及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及及一种低成本低屈服强度抗震用钢及其生产方法。

背景技术

抗震设计主要是通过合理分配地震的惯性力和能量来降低地震的损害。目前抗震技术分为两种：传统结构抗震技术和低成本耗能抗震技术。传统结构抗震技术主要是通过建筑物柱梁的变形来吸收地震能以实现抗震的目的，要想提高建筑物的抗震级别就要求结构支撑构件尺寸做得越大越好，这样既增加建筑成本又影响建筑物的美观。低成本耗能抗震技术是通过消能阻尼器吸收地震能，即该抗震装置先于其他结构件承受地震载荷作用，先发生屈服，依靠反复载荷滞后吸收地震能量，保护主体结构及建筑的安全。可见，低成本耗能抗震技术已经成为现今抗震技术的发展趋势。

近年来全球范围内多处地方发生严重的地震灾害，随着对建筑抗震要求的逐渐提高，低屈服强度抗震用钢因其超低屈服强度、屈服范围窄、高延展性、高韧性和重复疲劳特性等特点而著称，具有良好的抗震性能，是耗能抗震设计中主要部件的制作材料，故此种钢材料必将在抗震领域发挥更加重要的作用。目前国内只有少数几家钢铁企业成功开发出该类钢种。

公开号为CN103882300A的专利公开了一种160MPa高性能建筑结构用软钢及其制造方法。其以低C、低Mn为基础，加入了Ti、B等微合金元素，增加成本；并且对P、S、N、O等有害元素的含量都有一定的限制；开发生产的厚度为60mm，厚度规格不大。

公开号为CN101775541A、CN101775535A、CN101845589A的三篇专利均公开了160MPa级别低屈服强度钢板及其制造方法，在成分上，均加入如V、Nb、Ti、B、Mg等多种微合金元素，成分复杂成本较高；均只能满足0℃及以上的低温韧性，不适合用于更低温更恶劣的自然环境。

因此，由上可见在成分上、工艺上、性能上仍存在不同程度的缺点，现亟待开发出一种成本较低、冶炼难度小、工艺简单的160MPa级低屈服强度钢及其生产方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本160MPa级抗震用钢板；并提供一种超低成本、满足更高性能要求的低屈服强度钢板的生产方法。

钢板性能主要通过成分设计、轧制变形量、轧制温度、后续热处理等控制技术控制组织类型和晶粒尺寸。为降低钢板的屈服强度，必须消除如晶界强化、固溶强化、位错强化和析出强化等强化手段。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种低成本160MPa级抗震用钢，其由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.01%，Si≤0.08%，Mn≤0.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ti：0.020～0.035%，Alt：0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述成品钢板的厚度≤80mm。

本发明还提供一种低成本160MPa级抗震用钢的生产方法，其过程包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序；钢水冶炼后制得连铸坯，所得连铸坯由下述重量百分含量的成分组成：C≤0.01%，Si≤0.08%，Mn≤0.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ti：0.020～0.035%，Alt：0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述控轧控冷轧制工序，采用II阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1050～1200℃；II阶段的开轧温度为840～870℃，终轧温度为790～820℃。

本发明所述控轧控冷轧制工序，Ⅰ阶段中，单道次压下率≥15%，Ⅰ阶段累计压下率为57～89%，晾钢厚度为1.5～2.0T，T为成品的毫米厚度。

本发明所述控轧控冷轧制工序，II阶段中，单道次压下率≥9%；两个阶段的轧制总道次控制在8～12道次。

本发明所述控轧控冷轧制工序，冷却过程，采用ACC冷却，冷却速度为3～7℃/s，上下水比控制在1:1.2～1:1.9，钢板返红温度660～710℃。

本发明所述加热工序中，加热温度为1200～1250℃，加热系数10～12min/cm，均热段在炉时间≥30min。

本发明所述连铸工序中连铸坯厚度规格为350mm。

本发明方法的原理为：本发明在低C、低Mn的基础上，单加适量微合金元素Ti，其它微合金元素和稀土元素不额外加入，少量存在则认为是残余。主要考虑是Ti是强烈的铁素体形成元素，Ti也是强脱氧剂，使钢中生成较多Ti的氮化物或碳化物。该碳氮化物的存在，可以在后期的轧制和热处理过程中阻止奥氏体晶粒的长大，从而改善钢的强度和冲击韧性。并且，钛的氮化物或碳化物的存在还可以通过阻止热影响区的晶粒长大，进而有效提高焊接性能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明成分简单，仅添加适量的微合金元素Ti，不加入V、Nb、Ti、B、Mg等多种贵重元素；生产成本相对低廉，增加了规模生产的可能性。2、本发明具有更好的成分与强韧性的匹配，确保钢板具有优良的综合力学性能，所得钢板的综合力学性能较好，屈服强度为140～180MPa，抗拉强度为220～320MPa，屈强比≤0.70，延伸率≥50%，-20℃的低温下板厚1/4和1/2的冲击功≥150J，可应用于制造耐低温气候下的建筑耗能抗震部件中。3、本发明方法以低C加低Mn的基本成分、单加微合金元素Ti，通过控轧控冷轧制工艺和热处理处理成功生产出最大厚度达80mm保较低温度性能的160MPa级的钢板，降低了钢板的生产成本。

附图说明

图1为实施例1钢板板厚1/4（100X）的显微组织；

图2为实施例1钢板板厚1/2（100X）的显微组织；

图3为实施例3钢板板厚1/4（100X）的显微组织；

图4为实施例3钢板板厚1/2（100X）的显微组织；

图5为实施例5钢板板厚1/4（100X）的显微组织；

图6为实施例5钢板板厚1/2（100X）的显微组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本低成本160MPa级抗震用钢板的生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序。

实施例1

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度20mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1250℃，加热系数10min/cm，均热段在炉时间40min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1200℃，单道次压下率15%，累计压下率为89%，中间待温厚度（晾钢厚度）40mm；Ⅱ阶段的开轧温度为870℃，终轧温度为820℃，单道次压下率9%；两个阶段的轧制总道次控制在10道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为7℃/s，上下水比控制在1:1.2，钢板返红温度710℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

实施例2

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度40mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1200℃，加热系数10min/cm，均热段在炉时间50min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1050℃，单道次压下率17%，累计压下率为77%，中间待温厚度（晾钢厚度）80mm；Ⅱ阶段的开轧温度为850℃，终轧温度为790℃，单道次压下率10%；两个阶段的轧制总道次控制在12道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为7℃/s，上下水比控制在1:1.9，钢板返红温度660℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

实施例3

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度60mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1240℃，加热系数11min/cm，均热段在炉时间70min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1110℃，单道次压下率17%，累计压下率为66%，中间待温厚度（晾钢厚度）120mm；Ⅱ阶段的开轧温度为850℃，终轧温度为810℃，单道次压下率12%；两个阶段的轧制总道次控制在13道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为5℃/s，上下水比控制在1:1.5，钢板返红温度678℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

实施例4

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度70mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1240℃，加热系数12min/cm，均热段在炉时间200min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1090℃，单道次压下率18%，累计压下率为60%，中间待温厚度（晾钢厚度）140mm；Ⅱ阶段的开轧温度为858℃，终轧温度为800℃，单道次压下率9%；两个阶段的轧制总道次控制在13道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为6℃/s，上下水比控制在1:1.8，钢板返红温度678℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

实施例5

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度80mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1230℃，加热系数12min/cm，均热段在炉时间250min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1150℃，单道次压下率18%，累计压下率为57%，中间待温厚度（晾钢厚度）150mm；Ⅱ阶段的开轧温度为850℃，终轧温度为810℃，单道次压下率9%；两个阶段的轧制总道次控制在13道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为6℃/s，上下水比控制在1:1.8，钢板返红温度670℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

实施例6

一种低成本160MPa级抗震用钢，厚度80mm，化学成分组成见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述抗震用钢生产方法包括：冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序，得到低成本160MPa级抗震用钢，具体工艺过程如下：

按预定成分冶炼钢水，连铸获得350mm厚度规格的连铸坯。

冷却后的连铸坯进行加热，加热温度为1250℃，加热系数12min/cm，均热段在炉时间30min。

控轧控冷轧制工序：采用Ⅱ阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1120℃，单道次压下率19%，累计压下率为66%，中间待温厚度（晾钢厚度）120mm；Ⅱ阶段的开轧温度为840℃，终轧温度为810℃，单道次压下率9%；两个阶段的轧制总道次控制在8道次。

轧后采用ACC冷却，冷却速度为3℃/s，上下水比控制在1:1.3，钢板返红温度675℃。

所得钢板力学性能结果见表2。

表1各实施例的化学成分（wt%）

	C	Si	Mn	P	S	Ti	Alt
								实施例1	0.005	0.071	0.386	0.006	0.004	0.035	0.042
实施例2	0.005	0.055	0.390	0.008	0.005	0.039	0.050
								实施例3	0.005	0.063	0.370	0.006	0.005	0.027	0.041
实施例4	0.006	0.071	0.386	0.006	0.004	0.032	0.031
								实施例5	0.006	0.078	0.377	0.006	0.004	0.035	0.049
实施例6	0.010	0.080	0.500	0.010	0.005	0.020	0.020

表2各实施例钢板的综合力学性能

由表2的力学性能检验结果可以看出，通过本方法生产出的160MPa级的低屈服强度抗震用钢的性能较好。所得钢板板的板厚1/4处和1/2处的力学性能均较好，并且厚度方向的力学性能差异小，所得屈服强度在140～180MPa，抗拉强度在220～320MPa，屈强比≤0.70，延伸率≥50%，并且板厚1/4和1/2的-20℃冲击功≥150J。

实施例1、3、5所得钢板的板厚1/4、1/2（100X）的显微组织见图1～图6。如图1～图6所示，由于采用合理的轧制工艺，使得组织和性能具有良好的均匀性。其金相组织为均匀的多边形铁素体组织，钢水较净度，晶粒细小，晶粒度都在6.5级以上。由于低屈服强度钢采用接近工业纯铁的成分设计，合金添加量很少，钢中少量的C原子被Ti固定，从而没有珠光体生成。

实施例1～6产品除满足国标GB/T28905-2012《建筑用低屈服强度钢板》要求的力学性能外，抗震钢还必须具有良好的抗低周疲劳特性。实施例1～6产品进行不同频率下的低周疲劳试验，所得结果见表3。

表3各实施例钢板的低周疲劳试验

由表3可知：在1～3Hz的频率下，随着应变频率的提高应变循环的持续时间缩短，在不同频率下试样的失效循环周次都在1600周以上，持续时间大于9min。而一次强震持续时间为10～30s、频率多为1～3Hz，造成建筑物破坏的载荷交变次数都在200次以下。因此，所开发的低屈服强度抗震用钢板完全能够抵御强震的破坏。

本发明并不局限于上述实施例，按照本发明提供的成分要求和生产工艺要求，均可实施。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种低成本160MPa级抗震用钢，其特征在于，其由下述重量百分含量的化学成分组成：C≤0.01%，Si≤0.08%，Mn≤0.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ti：0.020～0.035%，Alt：0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种低成本160MPa级抗震用钢，其特征在于，所述成品钢板的厚度≤80mm。

3.基于权利要求1或2所述的一种低成本160MPa级抗震用钢的生产方法，其特征在于，其过程包括冶炼、连铸、加热、控轧控冷轧制工序；钢水冶炼后制得连铸坯，所得连铸坯由下述重量百分含量的成分组成：C≤0.01%，Si≤0.08%，Mn≤0.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，Ti：0.020～0.035%，Alt：0.020～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制工序，采用II阶段轧制：Ⅰ阶段轧制温度为1050～1200℃；II阶段的开轧温度为840～870℃，终轧温度为790～820℃。

5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制工序，Ⅰ阶段中，单道次压下率≥15%，Ⅰ阶段累计压下率为57～89%，晾钢厚度为1.5～2.0T，T为成品的毫米厚度。

6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制工序，II阶段中，单道次压下率≥9%；两个阶段的轧制总道次控制在8～12道次。

7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷轧制工序，冷却过程，采用ACC冷却，冷却速度为3～7℃/s，上下水比控制在1:1.2～1:1.9，钢板返红温度660～710℃。

8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述加热工序中，加热温度为1200～1250℃，加热系数10～12min/cm，均热段在炉时间≥30min。

9.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中连铸坯厚度规格为350mm。