CN107287518A - 低成本高可焊性q390中厚板材及其短流程生产方法 - Google Patents

低成本高可焊性q390中厚板材及其短流程生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本高可焊性Q390中厚板材及其短流程生产方法，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12‑0.16%，Mn：1.00‑1.20%，Si：0.15‑0.25%，S≤0.005%，P≤0.018%，Als：0.020‑0.040%，Nb：0.015‑0.022%，Ti：0.012‑0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序。本发明采用C‑Mn‑Nb‑Ti成分体系设计，降低Mn、Nb加入量，控制碳当量≤0.36%，采用超快冷保证钢板的力学性能，显著降低生产成本，同时有益于客户的焊接使用；堆冷工序的省略，缓解物流压力，间接提高经济效益。

Description

低成本高可焊性Q390中厚板材及其短流程生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低成本高可焊性Q390中厚板材及其短流程生产方法。
背景技术
城镇一体化的发展和自然资源的合理利用，推动了近些年大型公共建筑和水利风电项目的兴建。同时，钢结构类建筑相比于传统建筑的优势也逐渐得到了人们的认可，得到了较为快速的发展，所消耗的钢铁产品也随之增加。中国钢铁协会的统计数据显示，Q345钢在钢结构中的使用比例已经呈现下降趋势，Q390钢的使用量逐渐得到提升。特别是随着国家级经济特区雄安新区的设立，必将会产生大规模的钢材需求，其中高强度级别钢结构用钢的用量将随之增加，Q390钢作为目前推广程度较好的典型高强度钢种，其需求量将呈现出显著提升的趋势。此外考虑到钢铁产品在建筑行业的应用主要通过焊接实现，Q390钢焊接性能的改进也将成为需要解决的重点问题之一。
目前，Q390钢的主体合金成分为“C-Mn-Nb-Ti”体系，多采用高Mn含量，较高的Mn含量对于对焊接性能要求较高的钢结构用钢来说是较为不利的存在因素。此外，除了薄规格板材外，较厚规格板材需要依靠堆冷保证钢板的探伤性能。当大批量中厚规格订单集中生产时，将会对轧钢区域的物流运转造成极大的压力。因此，降低钢材生产过程中的合金加入量，减少钢板保探伤堆冷比例，并提高钢板的焊接性能，对实现短流程、低成本生产高可焊性Q390钢起到重要作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本高可焊性Q390中厚板材；本发明还提供一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种低成本高可焊性Q390中厚板材，所述板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12-0.16%，Mn：1.00-1.20%，Si：0.15-0.25%，S≤0.005%，P≤0.018%，Als：0.020-0.040%，Nb：0.015-0.022%，Ti：0.012-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述板材厚度范围为16-40mm。
本发明所述板材碳当量≤0.36%。
本发明所述板材性能：屈服强度≥370MPa，抗拉强度490-650MPa，延伸率≥20%，0℃冲击功≥34J。
本发明还提供了一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序；所述生产方法省略堆冷工序。所述的短流程生产方法，冷却完成后的钢板不需要进行堆冷保探伤，有效释放物流压力。
本发明所述冶炼工序，LF精炼阶段软吹底吹流量为80-100NL/min，软吹时间≥8min。
本发明所述连铸工序，浇铸铸坯堆垛缓冷≥48h。
本发明所述加热工序，加热温度为1200-1260℃。
本发明所述轧制工序，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为790-830℃。
本发明所述冷却工序，采用具备强冷却能力的轧后超快冷设备进行冷却，冷却后，钢板上、下表面返红温度为630-670℃。
本发明的设计思路:
本发明通过C、Mn、Nb、Ti进行强化，将Mn含量控制在较低水平，并适度降低合金Nb的加入量，减少钢材生产过程中的合金加入量，降低生产成本。较低的Mn含量设计，保证了钢板的碳当量≤0.36%。
本发明S含量控制在≤0.005%，并保证LF精炼阶段软吹时间≥8min，有效改善内部夹杂物的数量和状态。浇铸成坯后将铸坯堆冷≥48h，充分释放钢中气体和应力，为轧钢提供条件良好的铸坯。
本发明采用具备强冷却能力的轧后超快冷设备进行冷却，通过冷却模型自动控制，能够稳定地将钢板的上、下表面返红温度控制在630-670℃，保证生产过程得到稳定控制，提高钢板的合格率，有效降低钢板的综合成本。
本发明钢板经冷却后不需要通过下线堆冷保证探伤性能。结合目前公司订单分析，16-40mm厚度Q390钢所占比例超过75%，因此推断此厚度范围Q390也将是未来钢板需求量的主体构成部分。省去堆冷环节将会对Q390钢的生产发货流程起到有效的缩短效果，显著降低物流压力，从而间接提高效益。
本发明低成本高可焊性Q390中厚板材力学性能检验标准为GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》。
本发明低成本高可焊性Q390中厚板材超声波检验标准为GB/T 2970《厚钢板超声波检验方法》，探伤质量等级要求为I级探伤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明采用C-Mn-Nb-Ti成分体系设计，显著降低Mn的加入量，并适度降低Nb的加入量，依靠超快冷的强冷却能力和冷却路径保证钢板的力学性能，从而达到显著降低生产成本的目的。2、本发明针对目前订单量占比较大的16-40mm厚度Q390，省略了钢板冷却后的堆冷工序，从而对Q390的生产发货流程起到显著的缩短效果，缓解物流压力，间接起到了提高效益的作用。3、本发明对铸坯生产过程进行了较为严格的控制，保证最终钢板具有良好的内部质量，结合低Mn成分设计的思路，控制碳当量≤0.36%，对于客户在钢板的焊接使用过程起到有益的作用。
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；实施例中的拉伸性能检测采用全厚度横向拉伸。
实施例1
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为16mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12%，Mn：1.00%，Si：0.20%，Als：0.020%，S：0.005%，P：0.018%，Nb：0.015%，Ti：0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.29%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为80NL/min，软吹时间9min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷50h；
3）加热工序：均热段温度1200℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为950℃，终轧温度为796℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为643℃，下表面返红温度为646℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为421MPa，抗拉强度为546MPa，延伸率为27.0%，0℃冲击功均值为144J。I级探伤性能合格。
实施例2
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为20mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.14%，Mn：1.20%，Si：0.15%，Als：0.028%，S：0.004%，P：0.013%，Nb：0.017%，Ti：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.34%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为90NL/min，软吹时间10min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷48h；
3）加热工序：均热段温度1260℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为885℃，终轧温度为808℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为668℃，下表面返红温度为670℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为419MPa，抗拉强度为539MPa，延伸率为26.0%，0℃冲击功均值为156J。I级探伤性能合格。
实施例3
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为25mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Mn：1.12%，Si：0.18%，Als：0.032%，S：0.003%，P：0.014%，Nb：0.019%，Ti：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.34%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为80NL/min，软吹时间8min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷53h；
3）加热工序：均热段温度1240℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为860℃，终轧温度为821℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为644℃，下表面返红温度为640℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为443MPa，抗拉强度为572MPa，延伸率为23.5%，0℃冲击功均值为176J。I级探伤性能合格。
实施例4
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为30mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.15%，Mn：1.16%，Si：0.22%，Als：0.026%，S：0.004%，P：0.014%，Nb：0.019%，Ti：0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.34%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为100NL/min，软吹时间10min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷50h；
3）加热工序：均热段温度1240℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为855℃，终轧温度为812℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为646℃，下表面返红温度为640℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为423MPa，抗拉强度为554MPa，延伸率为25.5%，0℃冲击功均值为138J。I级探伤性能合格。
实施例5
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为35mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.16%，Mn：1.14%，Si：0.25%，Als：0.031%，S：0.004%，P：0.012%，Nb：0.022%，Ti：0.016%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.35%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为90NL/min，软吹时间8min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷53h；
3）加热工序：均热段温度1220℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为839℃，终轧温度为790℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为633℃，下表面返红温度为630℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为417MPa，抗拉强度为542MPa，延伸率为23.5%，0℃冲击功均值为155J。I级探伤性能合格。
实施例6
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材厚度为40mm，板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.16%，Mn：1.18%，Si：0.23%，Als：0.040%，S：0.003%，P：0.015%，Nb：0.020%，Ti：0.018%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量为0.36%。
本实施例低成本高可焊性Q390中厚板材短流程生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序，冷却后不需要堆冷保证探伤性能，具体工艺步骤如下所述：
1）冶炼工序：LF精炼阶段软吹底吹流量为100NL/min，软吹时间10min；
2）连铸工序：铸坯堆垛缓冷55h；
3）加热工序：均热段温度1220℃；
4）轧制工序：精轧开轧温度为851℃，终轧温度为830℃；
5）冷却工序：上表面返红温度为641℃，下表面返红温度为639℃。
本低成本高可焊性Q390中厚板材经检验，屈服强度为425MPa，抗拉强度为535MPa，延伸率为27.0%，0℃冲击功均值为164J。I级探伤性能合格。
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 (10)

1.一种低成本高可焊性Q390中厚板材，其特征在于，所述板材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.12-0.16%，Mn：1.00-1.20%，Si：0.15-0.25%，S≤0.005%，P≤0.018%，Als：0.020-0.040%，Nb：0.015-0.022%，Ti：0.012-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材，其特征在于，所述板材厚度范围为16-40mm。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材，其特征在于，所述板材碳当量≤0.36%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材，其特征在于，所述板材性能：屈服强度≥370MPa，抗拉强度490-650MPa，延伸率≥20%，0℃冲击功≥34J。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和冷却工序；所述生产方法省略堆冷工序。
6.根据权利要求5所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，LF精炼阶段软吹底吹流量为80-100NL/min，软吹时间≥8min。
7.根据权利要求5所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述连铸工序，浇铸铸坯堆垛缓冷≥48h。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述加热工序，加热温度为1200-1260℃。
9.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述轧制工序，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为790-830℃。
10.根据权利要求5-7任意一项所述的一种低成本高可焊性Q390中厚板材的短流程生产方法，其特征在于，所述冷却工序，冷却后，钢板上、下表面返红温度为630-670℃。
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