CN107012394A - 屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法 - Google Patents

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CN107012394A CN201710117936.6A CN201710117936A CN107012394A CN 107012394 A CN107012394 A CN 107012394A CN 201710117936 A CN201710117936 A CN 201710117936A CN 107012394 A CN107012394 A CN 107012394A
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Abstract

本发明公开了屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法，钢板化学成分及质量分数为：C：0.10～0.18%，Mn：1.20～1.55%，Si：0.10～0.30%，Al：0.02～0.04%，S≤0.01%，P≤0.018%，V≥0.020%，Ti≥0.010%，Nb≥0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，所述连铸工序，通过具备动态轻/重压下技术的连铸机进行浇铸。本发明根据不同钢板厚度对成分进行配比，实现合金元素高效利用，同时借助连铸轻/重压下技术进行生产，稳定钢板表面和心部质量，产品综合性能指标优异。生产的钢板厚度范围10～100mm，屈服强度波动值≤8MPa，板厚效应得到消除。

Description

屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法。
背景技术
建筑结构用钢主要应用在高层建筑和大型厂房构架等建筑及部位，随着国家及行业对钢结构建筑的认可和支持而具有广阔的发展前景，并已经得到了较为迅速的发展。目前高层建筑日渐趋于高层化、大型化，对厚规格钢板的需求尤为迫切。但增大厚度后钢板的内部质量控制难度将明显增加，并相应造成焊接困难，同时会使强度降低，而建筑结构恰恰包括不同厚度规格产品之间的拼装组合等加工过程，因此钢板强度的波动会对建筑结构整体性能产生明显的影响，必须对不同厚度钢板之间的力学性能波动提出更加严格的要求。
应此要求，建筑结构用钢于2016年11月1日执行的国家标准GB/T 19879-2015在原国家标准GB/T 19879-2005的基础上，将厚度不大于100mm钢板的屈服强度厚度效应由20MPa加严为10MPa，减小或消除建筑结构用钢板的板厚效应势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种厚度适用范围为10～100mm，屈服强度≥390MPa的无板厚效应建筑结构用钢板；本发明还提供了一种厚度适用范围为10～100mm，屈服强度≥390MPa的无板厚效应建筑结构用钢板及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，所述钢板化学成分及质量分数为：C：0.10～0.18%，Mn：1.20～1.55%，Si：0.10～0.30%，Al：0.02～0.04%，S≤0.01%，P≤0.018%，V≥0.020%，Ti≥0.010%，Nb≥0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明钢板厚度范围为10～100mm。
本发明所述钢板厚度为H，10mm≤H＜50mm时，其化学成分质量分数为：C：0.10～0.16%，Mn：1.20～1.50%，Si：0.10～0.20%，Al：0.02～0.04%，S≤0.01%，P≤0.018%，V：0.020～0.030%，Ti：0.010～0.025%，Nb：0.015～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述钢板厚度为H，50mm≤H＜80mm时，其化学成分质量分数为：C：0.14～0.18%，Mn：1.35～1.55%，Si：0.15～0.25%，Al：0.02～0.04%，S≤0.008%，P≤0.016%，V：0.035～0.050%，Ti：0.015～0.030%，Nb：0.035～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述钢板厚度为H，80mm≤H≤100mm时，其化学成分质量分数为：C：0.14～0.18%，Mn：1.45～1.55%，Si：0.20～0.30%，Al：0.02～0.04%，S≤0.007%，P≤0.015%，V：0.045～0.060%，Ti：0.020～0.035%，Nb：0.040～0.055%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明还提供了上述屈服强度390MPa级建筑结构用钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，所述连铸工序，通过具备动态轻/重压下技术的连铸机进行浇铸。
本发明所述连铸工序，分别在7-8段进行线性轻压下7～8mm，9-13段进行线性重压下15～20mm，累计压下量22～28mm。
本发明所述加热工序，均热段温度为1200～1260℃，均热段保持时间≥40min。
本发明所述轧制工序采用两阶段控制轧制，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为780～830℃。
本发明所述冷却工序，将钢板水冷至温度为600～670℃后进行空冷。
本发明通过对不同厚度钢板进行化学成分配置，实现合金元素高效利用，极大地减弱了钢板的板厚效应，同时借助具备连铸轻/重压下功能的连铸机生产，能够改善铸坯内部质量，提高产品的心部性能和综合合格率，实现无板厚效应钢板生产过程的稳定控制。
本发明生产方法采用洁净钢工艺进行钢水冶炼，所采用的合金成分体系中，C、Si、Mn、Nb、V、Ti元素是有效的强化元素，其含量的增加对钢材的力学性能改善具有明显的作用，考虑到对焊接过程和生产过程产品表面质量控制的影响，主要通过调整Mn、Nb、V、Ti四种元素含量提高较厚钢板的性能，有助于消除板厚效应。
本发明及其生产方法所采用的连铸工艺，采用具有连铸轻/重压下功能的连铸机进行生产，分别在7-8段进行线性轻压下7～8mm，9-13段进行线性重压下15～20mm，累计压下量22～28mm。轻/重压下功能能够稳定运行，通过在连铸机末端对铸坯进行压下，改善内部偏析和致密程度，获得内部质量良好的铸坯，对提升最终产品的内部性能和综合合格率有显著的作用。
本建筑结构用钢检验标准为《GB/T 19879-2015 建筑结构用钢板》，其中100mm厚度及以下钢板屈服强度为380～510MPa，抗拉强度为510～660MPa，延伸率为≥20%，0℃冲击功为≥47J。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、屈服强度390MPa级建筑结构用钢板根据钢板厚度进行化学成分配比，能够实现合金元素的高效利用，同时借助连铸轻/重压下技术进行生产，稳定钢板表面和心部质量，提高生产合格率，产品综合性能指标优异，避免10～100mm厚度范围内钢板出现明显的力学性能波动，并实现生产过程的稳定控制。2、所生产厚度范围10～100mm的钢板屈服强度波动值≤8MPa，板厚效应得到消除。3、生产过程易于稳定控制，无板厚效应的特性有利于建筑结构用钢的拼装、焊接等加工过程，同时能够保证建筑整体强度均匀性，进一步提高建筑安全性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
下述实施例中的性能检测采用全厚度横向拉伸。
实施例1
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述：
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.10%，Mn：1.22%，Si：0.12%，Al：0.024%，V：0.023%，Ti：0.012%，Nb：0.017%，S：0.005%，P：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为10mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.5mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25.5mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1220℃，均热段时间52min，精轧开轧温度为922℃，终轧温度为796℃，终冷温度为644℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为431MPa，抗拉强度为573MPa，延伸率为35.5%，0℃冲击功为148J，冷弯检验合格。
实施例2
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.16%，Mn：1.20%，Si：0.10%，Al：0.02%，V：0.020%，Ti：0.010%，Nb：0.015%，S：0.01%，P：0.018%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为25mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7mm，动态重压下在9～13段压下15mm，累积压下22mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1200℃，均热段时间40min，精轧开轧温度为921℃，终轧温度为780℃，终冷温度为604℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为429MPa，抗拉强度为561MPa，延伸率为24.5%，0℃冲击功为163J，冷弯检验合格。
实施例3
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.14%，Mn：1.50%，Si：0.20%，Al：0.04%，V：0.025%，Ti：0.025%，Nb：0.040%，S：0.007%，P：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为33mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下8mm，动态重压下在9～13段压下20mm，累积压下28mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1260℃，均热段时间45min，精轧开轧温度为924℃，终轧温度为830℃，终冷温度为668℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为425MPa，抗拉强度为565MPa，延伸率为27.5%，0℃冲击功为157J，冷弯检验合格。
实施例4
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述：
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.14%，Mn：1.45%，Si：0.18%，Al：0.021%，V：0.030%，Ti：0.022%，Nb：0.026%，S：0.005%，P：0.014%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为35mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1230℃，均热段时间55min，精轧开轧温度为873℃，终轧温度为818℃，终冷温度为641℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为432MPa，抗拉强度为572MPa，延伸率为25.0%，0℃冲击功为183J，冷弯检验合格。
实施例5
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述：
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.16%，Mn：1.46%，Si：0.22%，Al：0.030%，V：0.041%，Ti：0.019%，Nb：0.040%，S：0.005%，P：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为50mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.6mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25.6mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1240℃，均热段时间52min，精轧开轧温度为860℃，终轧温度为800℃，终冷温度为638℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为427MPa，抗拉强度为574MPa，延伸率为24.0%，0℃冲击功为154J，冷弯检验合格。
实施例6
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.14%，Mn：1.35%，Si：0.15%，Al：0.02%，V：0.035%，Ti：0.015%，Nb：0.035%，S：0.008%，P：0.014%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为60mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.2mm，动态重压下在9～13段压下16mm，累积压下23.2mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1200℃，均热段时间40min，精轧开轧温度为950℃，终轧温度为827℃，终冷温度为600℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为428MPa，抗拉强度为559MPa，延伸率为31.5%，0℃冲击功为167J，冷弯检验合格。
实施例7
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.16%，Mn：1.48%，Si：0.19%，Al：0.025%，V：0.044%，Ti：0.024%，Nb：0.042%，S：0.007%，P：0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为70mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1230℃，均热段时间55min，精轧开轧温度为854℃，终轧温度为805℃，终冷温度为652℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为430MPa，抗拉强度为546MPa，延伸率为23.0%，0℃冲击功为150J，冷弯检验合格。
实施例8
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.18%，Mn：1.55%，Si：0.25%，Al：0.04%，V：0.050%，Ti：0.030%，Nb：0.050%，S：0.005%，P：0.009%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为75mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.4mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25.4mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1260℃，均热段时间45min，精轧开轧温度为870℃，终轧温度为830℃，终冷温度为670℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为427MPa，抗拉强度为569MPa，延伸率为28.5%，0℃冲击功为171J，冷弯检验合格。
实施例9
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.14%，Mn：1.45%，Si：0.20%，Al：0.02%，V：0.045%，Ti：0.020%，Nb：0.040%，S：0.007%，P：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为80mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.8mm，动态重压下在9～13段压下19mm，累积压下26.8mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1200℃，均热段时间40min，精轧开轧温度为866℃，终轧温度为825℃，终冷温度为610℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为426MPa，抗拉强度为571MPa，延伸率为29.8%，0℃冲击功为159J，冷弯检验合格。
实施例10
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.18%，Mn：1.55%，Si：0.30%，Al：0.04%，V：0.060%，Ti：0.035%，Nb：0.055%，S：0.004%，P：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为90mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.7mm，动态重压下在9～13段压下18mm，累积压下25.7mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1260℃，均热段时间50min，精轧开轧温度为874℃，终轧温度为822℃，终冷温度为668℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为427MPa，抗拉强度为549MPa，延伸率为26.5%，0℃冲击功为170J，冷弯检验合格。
实施例11
屈服强度390MPa级建筑结构用钢板及生产方法如下所述。
钢板的化学成分及质量分数如下：C：0.18%，Mn：1.54%，Si：0.28%，Al：0.033%，V：0.055%，Ti：0.033%，Nb：0.054%，S：0.005%，P：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；钢板厚度为100mm。
本建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。
连铸过程工艺参数：动态轻压下在7～8段压下7.5mm，动态重压下在9～13段压下19mm，累积压下26.5mm，铸坯低倍等级为C0.5。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1220℃，均热段时间53min，精轧开轧温度为846℃，终轧温度为796℃，终冷温度为634℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为424MPa，抗拉强度为556MPa，延伸率为23.5%，0℃冲击功为179J，冷弯检验合格。
根据上述11个实施例，10mm、25mm、33mm、35mm、50mm、60mm、70mm、75mm、80mm、90mm、100mm厚度钢板中屈服强度最高值为432MPa，最低值为424MPa，极差仅为8MPa，板厚效应几乎已经得到消除，同时铸坯内部质量均良好。这说明采用本发明所述技术方案和生产方法生产的厚度在100mm范围内的钢板不存在板厚效应，生产过程易于控制，具备良好的拼装和焊接性能，保证建筑整体性能稳定均匀。
对比例：为了说明厚度效应的存在，在相同化学成分条件下，采用和上述相同的生产过程（不采用连铸轻/重压下功能），进行不同厚度钢板的生产。
本建筑结构用钢的化学成分质量分数为：C：0.15%，Mn：1.36%，Si：0.16%，Al：0.024%，V：0.026%，Ti：0.023%，Nb：0.027%，S：0.006%，P：0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例中建筑结构用钢的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和冷却等工序。
对比例中的钢水经不具备连铸轻/重压下功能的连铸机浇铸成坯后，经检测铸坯低倍中心偏析等级为C1.0。
对比例1
本建筑结构用钢厚度为22mm。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1230℃，均热段时间52min，精轧开轧温度为886℃，终轧温度为792℃，终冷温度为670℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为456MPa，抗拉强度为574MPa，延伸率为24.0%，0℃冲击功为165J，冷弯检验合格。
对比例2
本建筑结构用钢厚度为40mm。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1240℃，均热段时间51min，精轧开轧温度为858℃，终轧温度为784℃，终冷温度为644℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为432MPa，抗拉强度为554MPa，延伸率为23.5%，0℃冲击功为194J，冷弯检验合格。
对比例3
本建筑结构用钢厚度为60mm。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1220℃，均热段时间53min，精轧开轧温度为855℃，终轧温度为789℃，终冷温度为651℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为407MPa，抗拉强度为551MPa，延伸率为20.5%，0℃冲击功为150J，冷弯检验合格。
对比例4
本建筑结构用钢厚度为80mm。
加热、轧制和冷却过程工艺参数：均热段温度1220℃，均热段时间51min，精轧开轧温度为865℃，终轧温度为783℃，终冷温度为642℃。
本建筑结构用钢经检验，屈服强度为415MPa，抗拉强度为562MPa，延伸率为21.5%，0℃冲击功为172J，冷弯检验合格。
根据对比例中4个不同厚度等级钢板的力学性能检测结果，22mm厚度屈服强度为456MPa，60mm厚度屈服强度为407MPa，差值为49MPa，远远高于国家标准GB/T 19879-2015的要求，存在明显的板厚效应，此外经不具备轻/重压下功能的连铸机浇铸后铸坯内部质量略差，相比不利于生产过程的稳定控制。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明实施方式的限定。

Claims (10)

1.屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及质量分数为：C：0.10～0.18%，Mn：1.20～1.55%，Si：0.10～0.30%，Al：0.02～0.04%，S≤0.01%，P≤0.018%，V≥0.020%，Ti≥0.010%，Nb≥0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，其特征在于，钢板厚度范围为10～100mm。
3.根据权利要求1或2所述的屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为H，10mm≤H＜50mm时，其化学成分质量分数为：C：0.10～0.16%，Mn：1.20～1.50%，Si：0.10～0.20%，Al：0.02～0.04%，S≤0.01%，P≤0.018%，V：0.020～0.030%，Ti：0.010～0.025%，Nb：0.015～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1或2所述的屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为H，50mm≤H＜80mm时，其化学成分质量分数为：C：0.14～0.18%，Mn：1.35～1.55%，Si：0.15～0.25%，Al：0.02～0.04%，S≤0.008%，P≤0.016%，V：0.035～0.050%，Ti：0.015～0.030%，Nb：0.035～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求1或2所述的屈服强度390MPa级建筑结构用钢板，其特征在于，所述钢板厚度为H，80mm≤H≤100mm时，其化学成分质量分数为：C：0.14～0.18%，Mn：1.45～1.55%，Si：0.20～0.30%，Al：0.02～0.04%，S≤0.007%，P≤0.015%，V：0.045～0.060%，Ti：0.020～0.035%，Nb：0.040～0.055%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
6.基于权利要求1-5任意一项所述的屈服强度390MPa级建筑结构用钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，其特征在于，所述连铸工序，通过具备动态轻/重压下技术的连铸机进行浇铸。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，分别在7-8段进行线性轻压下7～8mm，9-13段进行线性重压下15～20mm，累计压下量22～28mm。
8.根据权利要求6-7任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述加热工序，均热段温度为1200～1260℃，均热段保持时间≥40min。
9.根据权利要求6-7任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述轧制工序采用两阶段控制轧制，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为780～830℃。
10.根据权利要求6-7任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述冷却工序，将钢板水冷至温度为600～670℃后进行空冷。
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