CN107419079A - 延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工艺方法，尤其是公开了一种延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，属于冶金生产工艺技术领域。提供一种生产成本低，工艺过程简单的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法。所述的工艺方法将冶炼、连铸合格的板坯通过控轧控冷工序延长所述抗震钢的屈服平台长度。

Description

延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种工艺方法，尤其是涉及一种延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，属于冶金生产工艺技术领域。

背景技术

传统建筑结构用钢一味强调牢固性、高强度，忽视了钢材的低温韧性和抗震吸能能力。近年来，现代建筑结构用钢要求具有良好的塑性变形和吸收能量能力。钢结构在设计过程当中也充分考虑到建筑用钢的塑性对地震能量的吸收作用。明显的屈服平台能够有效延长钢材抗断裂时间，因此延长屈服平台有利于提高钢材的抗震性能。另外，建筑结构用钢还必须具有较低的屈强比，良好的韧性，其中较低的屈强比使钢材从开始塑性变形到最终断裂能够吸收更多的地震能量，良好的韧性能提高建筑物抵御冲击变形的能力。

我国修订发布《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中要求抗震结构用钢材应符合以下规定：(1)屈服强度与抗拉强度的比值不应大于0.85；(2)具有明显的屈服平台，且伸长率不应小于20％；(3)具有良好的焊接性能和合格的冲击韧性。我国西部地区是地震频发地带，因此建筑结构用钢对抗震性能需求较大。

CN104561780A公开了一种Q420级抗震钢和用炉卷轧机生产Q420级抗震钢的方法，加入了Nb、V等微合金化元素，在炉卷轧机上通过粗轧、精轧和卷取工序，有效提高了Q420级抗震钢板的强度和韧性。CN104561781A公开了一种Q460级抗震钢和用炉卷轧机生产Q460级抗震钢的方法，加入了Nb、V等微合金化元素，在炉卷轧机上通过粗轧、精轧和卷取工序，制备了高强度、低屈强比的Q460级抗震钢板。该发明制备的抗震钢添加了大量微合金元素，合金本高，同时该发明设备和工艺适应性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种生产成本低，工艺过程简单的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，所述的工艺方法将冶炼、连铸合格的板坯通过控轧控冷工序延长所述抗震钢的屈服平台长度。

本发明的有益效果是：本申请提供的上述工艺方使用的是现有已冶炼、连铸合格的板坯，然后再通过控轧控冷工序实现延长所述抗震钢的屈服平台长度的目的。由于本申请的上述工艺不需要重新定义冶炼和连接工艺，而集中将改进到轧制和轧制前后的冷却控制上，从而有效的缩短工艺过程中，只对关键工序和工步进行控制，在缩短工艺过程中的前提下还可以有效的降低生产成本。不像现有技术中工艺方法那样需要通过合金元素的微化处理来改变成品钢板的成分，以及微观晶粒结构来实现其功能。从而达到了缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产效率的目的。

进一步的是，在控轧过程中，轧制前，先将板坯在1160～1220℃下加热120～260min。

上述方案的优选方式是，均匀加热后的板坯，经过5～7道次的粗轧，并保证该每个粗轧道次的变形量≥20％。

进一步的是，粗轧完成后的板坯，再进行7机架热连轧，并在820～880℃的终轧温度下完成板坯的该7机架热连精轧。

上述方案的优选方式是，在7机架热连精轧中，各道次的下压率分别为37％，34％，0～27，22～24％，0～16，12～17％，9～10％。

进一步的是，在控冷过程中，精轧后的板坯按10～25℃/s的层流冷却速度冷却到600～660℃的卷取温度。

进一步的是，所述的冶炼工序包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化以及LF精炼加热几个工步。

附图说明

图1～图4为本发明延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法涉及到的晶粒的微观组织图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的工艺路线长，生产成本高，生产效率低的技术问题，本发明提供的一种生产成本低，工艺过程简单的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法。所述的工艺方法将冶炼、连铸合格的板坯通过控轧控冷工序延长所述抗震钢的屈服平台长度。本申请提供的上述工艺方使用的是现有已冶炼、连铸合格的板坯，然后再通过控轧控冷工序实现延长所述抗震钢的屈服平台长度的目的。由于本申请的上述工艺不需要重新定义冶炼和连接工艺，而集中将改进到轧制和轧制前后的冷却控制上，从而有效的缩短工艺过程中，只对关键工序和工步进行控制，在缩短工艺过程中的前提下还可以有效的降低生产成本。不像现有技术中工艺方法那样需要通过合金元素的微化处理来改变成品钢板的成分，以及微观晶粒结构来实现其功能。从而达到了缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产效率的目的。

上述实施方式中，为了获得更加稳定的屈服平台更长的热连轧钢，在控轧过程中，轧制前，先将板坯在1160～1220℃下加热120～260min；均匀加热后的板坯，经过5～7道次的粗轧，并保证该每个粗轧道次的变形量≥20％；粗轧完成后的板坯，再进行7机架热连轧，并在820～880℃的终轧温度下完成板坯的该7机架热连精轧；在7机架热连精轧中，各道次的下压率分别为37％，34％，0～27，22～24％，0～16，12～17％，9～10％。在控冷过程中，精轧后的板坯按10～25℃/s的层流冷却速度冷却到600～660℃的卷取温度。进一步的，本申请还提供了所述热连轧钢的冶炼工序，即所述的冶炼工序包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化以及LF精炼加热几个工步。采用所述的工艺方法能有效的控制抗震建筑结构用热轧钢带的金相组织，降低针状化铁素体的比例，提高等轴状多边形铁素体的比例，适当降低最终铁素体晶粒大小，从而延长抗震建筑结构用钢的屈服平台长度。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)采用本发明生产的抗震建筑结构用连轧钢带，未添加V、Ti、Nb、Mo等合金元素，通过充分发挥热连轧设备的控轧控冷能力，来达到抗震建筑结构用钢板的性能要求，具有合金成本低，工艺简单，一般热连轧均可以生产的特点；

(2)根据工艺-组织-性能的材料设计思路，本发明要求延长抗震钢屈服平台的长度，降低针状化铁素体的比例，提高等轴状多边形铁素体的比例，适当降低最终铁素体晶粒大小；

(3)本发明为满足上述金相组织控制要求，设计了相应的控轧控冷工艺，为适当降低最终铁素体晶粒大小，控制板坯加热温度较低，终轧温度较低，提高粗轧道次压下量；为提高等轴状多边形铁素体比例，控制层流冷却速度较低，卷取温度较高；

(4)本发明生产的抗震结构用热轧钢带屈服平台长度≥1.0％，屈强比≤0.83，延伸率≥21％，0℃冲击功≥34J。相比于常规建筑结构用钢，具有塑性良好、抗震吸能等特点。

实施例

本发明涉及的抗震建筑结构用热轧钢，未对化学成分提出特殊要求。

上述一种抗震建筑结构用热轧钢带，其屈服平台长度≥1.0％，屈强比≤0.83，延伸率≥21％，0℃冲击功≥34J。

上述延长屈服平台长度的方法，生产工艺为：铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→包装入库，具体包括以下步骤：

a、板坯加热：将板坯在1160～1220℃下加热120～260min，保证板坯充分受热、化学元素充分固溶，同时控制加热温度较低，防止奥氏体晶粒异常长大；

b、粗轧：将a步骤加热后的板坯进行5～7道次轧制，每道次变形量≥20％，保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，防止出现混晶组织，适当降低最终铁素体晶粒尺寸；

c、精轧：将b步骤粗轧后的板坯进行精轧，终轧温度为820～880℃，适当降低最终铁素体晶粒尺寸，同时促进先共析铁素体充分长大；

d、层流冷却：将c步骤精轧后的板坯采用稀疏冷却、分段冷却或后段冷却方式进行层流冷却；冷却速率为10～25℃/s，卷取温度为600～660℃。通过控制层流冷却途径，降低层流冷却速度，适当提高卷取温度，延长先共析铁素体相变时间，使其充分长大，从而提高多边形铁素体的比例，降低针状化铁素体的比例，以延长屈服平台长度。

屈服效应是间隙原子C、N与位错交互作用的结果，间隙原子聚集在刃型位错的周围处，形成所谓的“柯氏气团”把位错锁住，变形时必须将应力增大到某一定值后，才能使位错摆脱气团，开始滑移运动。降低原始可动位错密度有利于增强屈服效应。针状化铁素体的转变具有高的位错密度。针状化铁素体具有较高的位错密度，且由于体心立方结构层错能较高，容易发生交滑移而使针状化铁素体的位错可动性较大。因此为延长屈服平台长度，应降低针状化铁素体比例，增加多边形铁素体比例。

研究表明，奥氏体晶粒大小会影响针状化铁素体组织的形成，要避免位错密度高的针状化铁素体。应当适当降低终轧温度，抑制变形终止到Ar3温度区间内原始奥氏体的再结晶和晶粒长大，降低奥氏体稳定性，使奥氏体在两相区能够转变成多边形铁素体；适当增加终冷温度即卷取温度，降低奥氏体的过冷度，抑制针状化铁素体转变，但不能过高，否则铁素体晶粒粗大会使冲击性能降低。在两相区采用较低的层流冷却速度，促进奥氏体在高温区转变成多边形铁素体。如果层流冷却强度较高，奥氏体稳定性较差，先共析铁素体组织和珠光体组织的转变开始和结束温度都降低，低温相变后易形成针状化铁素体。

本发明规定了抗震建筑结构用热轧钢带的金相组织控制方法，降低针状化铁素体的比例，提高等轴状多边形铁素体的比例，适当降低最终铁素体晶粒大小，从而延长抗震建筑结构用钢的屈服平台长度。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

11.75mm厚的抗震建筑结构用钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯再加热温度为1211℃，再加热时间165min；粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，22％，26％，32％，32％，中间坯厚度为50mm；精轧为7机架热连轧，抛2机架轧制，各道次压下率分别为37％，34％，0，24％，0，17％，10％，终轧温度为850℃，精轧结束后，采用分段冷却方式以18℃/s的冷却速度冷却到603℃。

经检测，本实施例所生产的抗震建筑结构用钢力学性能为：屈服平台长度2.1％，屈强比0.71，延伸率30.5％，0℃夏比冲击功219J，金相组织为多边形铁素体+珠光体，如附图1所示，晶粒度为10.5级。

实施例2

7.75mm厚的抗震建筑结构用钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯再加热温度为1195℃，再加热时间213min；粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为21％，23％，25％，31％，32％，中间坯厚度为48mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为37％，34％，27，22％，16，12％，9％，终轧温度为880℃，精轧结束后，采用分段冷却方式以14℃/s的冷却速度冷却到630℃。

经检测，本实施例所生产的抗震建筑结构用钢力学性能为：屈服平台长度2.4％，屈强比0.76，A：34.5％，0℃夏比冲击功：143J，金相组织为多边形铁素体+珠光体，如附图2所示，晶粒度为10.5级。

对比例1

10.85mm厚的建筑结构用钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯再加热温度为1196℃，再加热时间281min；粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，24％，27％，36％，36％，中间坯厚度为42mm，精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为36％，32％，26，20％，14，10％，8％，终轧温度为850℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以30℃/s的冷却速度冷却到450℃。

经检测，本对比例所生产的建筑结构用钢力学性能为：屈服平台长度0.3％，屈强比0.81，A：27.5％，0℃夏比冲击功为59J，金相组织为针状化铁素体+马氏体，如附图3所示，晶粒度为12级。

对比例2

7.75mm厚的建筑结构用钢，钢坯再加热温度为1152℃，再加热时间153min；粗轧采用5道次轧制，中间坯厚度为32mm，精轧为6机架热连轧，终轧温度为841℃，精轧结束后，采用前段冷却方式以28℃/s的冷却速度冷却到530℃。

经检测，本对比例所生产的建筑结构用钢力学性能为：屈服平台长度0，屈强比0.71，A：24.5％，0℃夏比冲击功为32J，表面金相组织为马氏体，内侧金相组织为铁素体+珠光体，如附图4所示，存在混晶。

Claims (7)

1.一种延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：所述的工艺方法将冶炼、连铸合格的板坯通过控轧控冷工序延长所述抗震钢的屈服平台长度。

2.根据权利要求1所述的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：在控轧过程中，轧制前，先将板坯在1160～1220℃下加热120～260min。

3.根据权利要求2所述的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：均匀加热后的板坯，经过5～7道次的粗轧，并保证该每个粗轧道次的变形量≥20％。

4.根据权利要求3所述的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：粗轧完成后的板坯，再进行7机架热连轧，并在820～880℃的终轧温度下完成板坯的该7机架热连精轧。

5.根据权利要求4所述的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：在7机架热连精轧中，各道次的下压率分别为37％，34％，0～27，22～24％，0～16，12～17％，9～10％。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：在控冷过程中，精轧后的板坯按10～25℃/s的层流冷却速度冷却到600～660℃的卷取温度。

7.根据权利要求6所述延长抗震建筑结构用热连轧钢屈服平台长度的工艺方法，其特征在于：所述的冶炼工序包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化以及LF精炼加热几个工步。