CN107574296B

CN107574296B - 一种低成本225MPa级低屈服点阻尼器用钢板及钢带制备方法

Info

Publication number: CN107574296B
Application number: CN201710869861.7A
Authority: CN
Inventors: 张瑜; 赵宇; 李金柱; 陈伟; 马红权; 文玉兵; 朱雄伟; 刘红兵
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-09-23
Filing date: 2017-09-23
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2037-09-23
Also published as: CN107574296A

Abstract

本发明公开了一种低成本225MPa级低屈服点阻尼器用钢板及钢带制备方法，包括钢坯加热、除鳞、粗轧、精轧与冷却4个步骤：将低碳铝镇静钢钢坯加热，高压水对高温钢坯喷射除鳞后送可逆式双机架炉卷轧机，进行往复粗轧、精轧，完轧后钢带在冷却辊道上运行，进入层流冷却段冷却，在线卷取或剪切成板后堆冷，堆冷冷却至室温即得厚度为6～30mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢。本发明不需要添加价格昂贵的微合金元素，不需要炉外精炼、真空处理等冶炼手段，轧制后无需进行热处理，生产成本低。本发明的制备方法得到的钢板和钢带除屈服强度波动小，塑性、韧性好，具有优良的冲击和焊接性能以及低周疲劳性能。

Description

一种低成本225MPa级低屈服点阻尼器用钢板及钢带制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低成本制造225MPa级低屈服点阻尼器用钢的制备方法。

背景技术

阻尼器是结构被动控制中耗能减震的一种装置，在大中型钢结构某些部位（如支撑、剪力墙、连接缝或连接件）设置阻尼器装置，利用阻尼器低屈服点钢具有优良的塑性变形性能，在地震或风振时，通过阻尼器低屈服点钢发生塑性屈服滞回变形而耗散输入结构中的能量，吸收地震或风振输入结构的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。

低屈服点阻尼器钢主要用于制作消能阻尼器的主要材料，其研制、发展自20世纪90年代以来受到广泛关注，低屈服点钢既具有一定的强度，同时又具有优良的塑性及极窄的屈服范围，特别适用于设计承受大载荷的阻尼器。在本发明之前已经有多个关于低屈服点钢的发明专利，如2010年公开的专利文献CN 101775536 A(225MPa级抗震用低屈服强度钢及其制造方法）、CN 101781736（屈服强度225MPa级抗震建筑钢及其生产方法）、2014年公开的专利文献CN 104099517（一种225MPa级低屈服强度抗震用钢的造方法）。这些专利文献均涉及225MPa级低屈服屈钢的制造，上述专利成分上以超低碳一低硅一锰为基础，添加Nb、Ti、V、Cr、B、Zr等一种或多种微量合金元素，Nb、Ti、V、Cr、B、Zr等合金元素的添加，不但大大增加了制造难度和制造成本，且不利于钢板的焊接和低温冲击性能的保证。有的在轧制后还需进行后续正火、退火处理工艺加工CN 101775536 A，生产成本高。

本专利提供一种低成本制造225MPa级低屈服点阻尼器用钢的生产方法，该方法不需炉外精炼、真空处理，冶炼工艺成熟，成本低。生产的225MPa级低屈服点阻尼器用钢除屈服强度波动小，塑性、韧性好，具有优良的冲击和焊接性能以及低周疲劳性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本制造225MPa级低屈服点阻尼器用钢的制备方法，其特征是，经过钢坯加热、除鳞、粗轧、精轧与冷却共4步骤，具体包括：

A、将200×1500×9800mm(厚度×宽度×长度)的低碳铝镇静钢钢坯加热至1290～1310℃，保温60min后出炉。低碳铝镇静钢钢坯的化学成分为C：0.05～0.12wt％，Si：0.01～0.05wt％，Mn：0.20～0.35wt％，Als:0.01～0.070wt％S：≤0.020wt%，P：≤0.020wt%，N：≤0.0065wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、将A所述成分钢坯加热至1290～1310℃，保温60min后出炉；用压力为165～185bar的高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞6～8秒钟；

C、将步骤B的除鳞钢坯送双机架可逆式炉卷轧机轧制，在开轧温度为1250～1260℃，轧制速度为1.4～3.0m/s的条件下进行往复粗轧轧制，每道次轧制完成后反向进行下一道次的轧制，上、下轧制道次间延迟4～5秒的时间，往复粗轧3道次，得粗轧钢带；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下往复轧制，钢带完轧温度控制为1020～960℃，上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间；完轧后钢带在冷却辊道上以2.55～2.85m/s进入层流冷却段，层流冷却将钢带冷却，运行8～10s（同时进行空冷）后，经层流冷却将钢带冷却至880～920℃；冷却钢带卷取成钢卷或在线剪切成板，堆冷室温即得225MPa级低屈服点阻尼器用钢板。

步骤D中，精轧的轧制道次与条件不同，冷却的条件不同，得到不同厚度的225MPa级低屈服点阻尼器用钢。

（1）将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下，往复精轧2道次得到厚度20～30mm精轧钢带；上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间，钢带完轧温度控制为1020～1000℃；精轧钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55～2.65m/s运行9～10s空冷，在层流冷却后段冷却速度为9～10℃/s，将钢带冷却至900～920℃，冷却钢带在线剪切成板后堆冷，堆冷钢板冷却至室温即得(厚度20～30mm)225MPa级低屈服点阻尼器用钢板；

（2）将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下往复精轧，上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间；第3道次精轧后钢带进入左炉卷炉，保温、反向进行第4道次轧制，经第4道次轧制后得到厚度10～20 mm钢带，第4道次钢带完轧温度控制为1010～980℃；第4道次轧制所得厚度10～20 mm精轧钢带。精轧钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.50～2.65m/s运行9～10s（同时进行空冷），在层流冷却后段以8～10℃/s冷却速度将钢带冷却至890～910℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得（厚度10～20mm）225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

（3）将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下进行往复精轧，上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间；精轧2道次所得钢带，进入左炉卷炉，保温、反向进行第3道次轧制，第3道次轧制所得钢带入右卷取炉，经第4道次轧制后得到厚度6～10mm钢带，第4道次钢带完轧温度控制为1000～960℃；第4道次轧制所得厚度为6～10mm精轧钢带。精轧钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55～2.65m/s运行9～10s（同时进行空冷）后，在层流冷却后段以8～10℃/s的冷却速度将钢带冷却至880～910℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得（厚度6～10mm）225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

A步骤的钢坯加热是在常规燃气加热炉内完成的，采用微氧化气氛，以加热过程避免表面增碳。

粗轧C步骤、精轧D步骤都是在同一台双机架可逆式炉卷轧机上往复轧制完成的，由于双机架可逆式炉卷轧制速度慢、有一定的轧制间歇时间，高温度轧制的奥氏体晶粒在轧制及轧制间歇过程中动态再结晶和静态再结晶发生过程轧制破碎的奥氏体晶粒由于热驱动动力大、时间长，晶粒长大速度快、充分。轧制过程晶粒细化累积程度小，完轧后奥氏体晶粒相对较粗大。冷却过程温度降缓慢，铁素体转变充分，室温下铁素体晶粒尺寸大，晶界数量相对较少，受力时位错滑移阻力较小，而得到较低的屈服点。由于不含Nb、Ti、V、Cr、B、Zr等微合金元素，不存在Nb、Ti、V等的合金碳氮化物对晶界迁移的阻碍，晶粒长大速度快。

终轧温度大于960℃，避免带钢终轧时进入两相区轧制，细化的晶粒。冷却过程温度降缓慢，铁素体转变充分，室温下铁素体晶粒尺寸大，晶界数量相对较少，受力时位错滑移阻力较小，而得到较低的屈服点。由于不含Nb、Ti、V、Cr、B、Zr等微合金元素，不存在Nb、Ti、V等的合金碳氮化物对晶界迁移的阻碍，晶粒长大阻力小，速度快。

本发明具有下列优点和效果：

1、本方法轧制所得225MPa级低屈服点阻尼器用钢厚度为6～30mm。

2、钢成分上采用低碳铝镇静钢，不需要添加价格昂贵的Nb、V、Ti微合金元素，冶炼不需要炉外精炼、真空处理等冶炼手段。冶炼技术成熟、冶炼成本低。轧制后无需进行热处理，生产成本低。

3. 采用较高的加热温度，使得奥氏体晶粒充分长大，轧制过程采用较高的开轧温度、终轧温度和冷却控制，充分发挥动态再结晶和静态再结晶作用，让轧制变形奥氏体晶粒充分长大并有充足时间进行组织转变。该225MPa级低屈服点阻尼器用钢组织为铁素体+少量渗碳体，铁素体晶粒度4.0～6.0级，晶粒尺寸50～80μm，塑性、韧性好。

4. 本发明采用卷取炉来实现可逆轧制过程中钢带的存储和保温。

5. 本发明生产的225MPa级低屈服点阻尼器用钢工艺力学性能稳定，屈服点强度波动≤20MPa，具有良好的成型、可焊性。具有良好的低周疲劳性能，滞回曲线光滑。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

表1为下列实施例中低碳铝镇静钢钢坯的化学成分

表1 钢坯化学成分单位：（Wt%）

实施例1

A、将200×1500×9800mm(厚度×宽度×长度)的低碳铝镇静钢钢坯加热至1310℃，保温60min后出炉。

B、用压力为165bar的高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞6秒钟；

C、将步骤B的除鳞钢坯送双机架可逆式炉卷轧机，在开轧温度为1250～1260℃，轧制速度为1.4～3.0m/s的条件下，每道次轧制完成后反向进行下一道次的轧制，上、下轧制道次间延迟5秒的时间，往复粗轧3道次，得粗轧钢带；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下进行往复轧制，上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间。精轧2道次所得钢带，进入左炉卷炉，保温、反向进行第3道次轧制，第3道次轧制所得钢带入右卷取炉，经第4道次轧制，第4道次钢带完轧温度控制为1020～960℃。精轧所得钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.65m/s运行10s（同时进行空冷），在层流冷却后段以8℃/s冷却速度将钢带冷却至880℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得厚度6mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

步骤C与步骤D的轧制程序见表2。

表2 实施例1的7道次轧制6mm阻尼器用钢轧制程序表

实施例2

B、用压力为185bar的高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞8秒钟；

C、将步骤B的除鳞钢坯送双机架可逆式炉卷轧机，在开轧温度为1250～1260℃，轧制速度为1.4～3.0m/s的条件下，每道次轧制完成后反向进行下一道次的轧制，上、下轧制道次间延迟4秒的时间，往复粗轧3道次，得粗轧钢带；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下往复精轧，上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间。第3道次精轧后钢带进入左炉卷炉，保温、反向进行第4道次轧制，第4道次钢带完轧温度控制为1020~960℃。第4道次轧制所得精轧钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55m/s运行10s（同时进行空冷），在层流冷却后段以 9℃/s的冷却速度将钢带冷却至890℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得厚度12mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

步骤C与步骤D的轧制程序见表3。

表3 实施例2的7道次轧制12mm阻尼器用钢轧制程序表

实施例3

A、将200×1500×9800mm(厚度×宽度×长度)的低碳铝镇静钢钢坯加热至1300℃，保温60min后出炉。

B、用压力为175bar的高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞7秒钟；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下，往复精轧2道次。上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间，钢带完轧温度控制为1010℃。精轧所得钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.60m/s运行10s（同时进行空冷），在层流冷却后段以9℃/s的冷却速度将钢带冷却至910℃，冷却钢带在线剪切成板后堆冷，堆冷钢板冷却至室温即得厚度20mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢板。

步骤C与步骤D的轧制程序见表4。

表4 实施例3的5道次轧制20mm阻尼器用钢轧制程序表

实施例4

A、将低碳铝镇静钢钢坯加热至1290℃，保温60min后出炉。

B、用压力为170bar的高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞8秒钟；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9～3.4m/s的条件下，往复精轧2道次。上、下轧制道次间延迟5～6秒的时间，钢带完轧温度控制为1020℃。精轧所得钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55m/s运行10s（同时进行空冷），在层流冷却后段以10℃/s的冷却速度将钢带冷却至920℃，冷却钢带在线剪切成板后堆冷，堆冷钢板冷却至室温即得厚度30mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢板。

步骤C与步骤D的轧制程序见表5。

表5 实施例4的5道次轧制30mm阻尼器用钢轧制程序表

实施例1~4的力学性能检测结果见表6。

表6 实施例钢的力学性能检测结果

Claims

1.一种低成本制造225MPa级低屈服点阻尼器用钢的制备方法，其特征是，经过钢坯加热、除鳞、粗轧、精轧与冷却步骤，具体包括：

A、将厚度×宽度×长度为200mm×1500mm×9800mm的低碳铝镇静钢钢坯加热至1290~1310℃，保温60min后出炉；所述低碳铝镇静钢钢坯的化学成分为：C 0.05~0.12wt%、Si0.01~0.05wt%、Mn 0.20~0.35wt%、Als 0.01~0.070wt%、S≤0.020wt%、P≤0.020wt%、N≤0.0065wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、用高压水对步骤A的高温钢坯喷射除鳞6~8秒钟；

C、将步骤B的除鳞钢坯送双机架可逆式炉卷轧机进行粗轧轧制，粗轧每道次轧制完成后反向进行下一道次的轧制，上、下轧制道次间延迟4~5秒的时间，往复轧制3道次，得粗轧钢带；

D、将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9~3.4m/s的条件下进行往复精轧轧制，钢带完轧温度控制为1020~960℃，上、下轧制道次间延迟5~6秒的时间；精轧完轧后钢带进入层流冷却段冷却辊道，以2.55~2.85m/s运行8~10s，并以一定的冷却速度将钢带冷却至880~920℃；冷却后钢带卷取成钢卷或在线剪切成板，堆冷室温即得225MPa级低屈服点阻尼器用钢卷或钢板。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B中所述的高压水的压力为165~185bar。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤C中，开轧温度为1250~1260℃，开轧轧制速度为1.45m/s。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤D为将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9~3.4m/s的条件下，往复精轧2道次得到厚度20~30mm钢带；钢带完轧温度控制为1020~1000℃；上、下轧制道次间延迟5~6秒的时间；精轧所得钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55~2.65m/s运行9~10s且同时进行空冷，经层流冷却将钢带冷却至900~920℃，冷却钢带在线剪切成板后堆冷，堆冷钢板冷却至室温即得厚度20~30mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢板。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于钢带进入层流冷却段的冷却速度为9~10℃/s。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤D中将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9~3.4m/s的条件下往复轧制，上、下轧制道次间延迟5~6秒的时间；第3道次精轧后钢带进入左卷取炉，保温、反向进行第4道次轧制，经第4道次轧制后得到厚度10~20mm钢带，第4道次钢带完轧温度控制为1010~980℃；第4道次轧制所得厚度10~20mm精轧钢带；精轧所得钢带进入层流冷却辊道，以2.55~2.65m/s运行9~10s且同时进行空冷后，经层流冷却将钢带冷却至890~910℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得厚度10~20mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤D为将步骤C的粗轧钢带在轧制速度为1.9~3.4m/s的条件下进行往复轧制，上、下轧制道次间延迟5~6秒的时间；精轧2道次所得钢带，进入左卷取炉，保温、反向进行第3道次轧制，第3道次轧制所得钢带入右卷取炉，经第4道次轧制后得到厚度6~10mm钢带，第4道次钢带完轧温度控制为1000~960℃；第4道次轧制所得厚度6~10mm精轧钢带；精轧所得钢带进入层流冷却段，在层流冷却辊道上以2.55~2.85m/s运行9~10s且同时进行空冷后，在层流冷却后段将钢带冷却至880~910℃，通过卷取机卷取成钢卷，空气中自然空冷至室温，即得厚度6~10mm的225MPa级低屈服点阻尼器用钢带。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于钢带进入层流冷却后段的冷却速度为8~10℃/s。