CN107815598A - 500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属板带生产领域，具体涉及一种500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带及其生产方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带，按重量百分比计，化学成分为C：0.12～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.60％，V：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明方法500MPa级抗震建筑结构用热轧钢带屈服强度500～630MPa，抗拉强度610～770MPa，屈强比≤0.81，延伸率≥24％，0℃冲击功≥54J，屈服平台长度≥2.2％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。

Description

500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带及其生产方法
技术领域
本发明属于金属板带生产领域，具体涉及一种500MPa级钒钛微合金化抗震建筑结构用热连轧钢带及生产方法。
背景技术
近年来，由于钢结构建筑具有显著的工业化、绿色化和信息化等特征，越来越受各级政府重视，钢结构绿色建筑已上升到国家发展战略层面大力推广。在全国经济下行压力不断加大的大环境和钢铁产能严重过剩、钢铁企业经营形势极为严峻的情况下，发展钢结构绿色建筑无疑成为钢铁行业结构转型、产能升级的重要方向。其中，现代建筑结构用钢对抗震防震要求越来越高。传统建筑结构用钢强调牢固性，主要采用高强度钢材；抗震结构用钢不仅要求具有足够的抗拉强度和屈服强度，而且要求高延性、高韧性、低屈强比、良好的焊接性能、良好的抗层状撕裂性能和较窄的强度波动范围等综合性能。
国际标准ISO 24314-2006《提高建筑物抗震性结构钢交货技术条件》规定了6～125mm厚度规格的抗震结构用中厚板、型钢、热轧钢的成分和性能要求，包括：a)规定了强度波动范围；b)规定了屈强比的上限要求；c)0℃低温冲击功≥27J。我国发布修订的GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定，抗震结构用钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85，应有明显的屈服平台，且伸长率不得小于20％，还必须良好的焊接性能和冲击韧性；抗震结构体系要求“应具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力”。
CN 104561778 A公开了一种Q345级抗震钢和用炉卷轧机生产Q345级抗震钢的方法。添加Nb、V、Ti等微合金化元素，有效地提高抗震钢的强度和韧性，具体化学成分为：C0.08～0.20％，Si0.35～0.50％，Mn1.10～1.70％，P≤0.035％，S≤0.035％，Nb0.020～0.35％，V0.02～0.05％，Ti0.010～0.050％，N≤0.012％，Als0.015～0.040％，其余为铁及不可避免的杂质。连铸坯加热温度为1210～1240℃，保温120～220min，板坯均热段的时间控制在40～60min；采用压力为15～18MPa的高压水正、反面喷水除磷10～16min；然后在双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度1080～1150℃，进行3～6道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水；延时20～40s，然后使粗轧钢板温度为890～930℃，进行4道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为800～840℃；轧后以10～16℃/s的冷却速度进行层流冷却；控制终冷温度为560～600℃，随即空冷至室温。该发明制备出了具有高强度、高韧性、低屈强比、Z向性能优良的Q345级抗震钢板。但是由于该发明只适用于炉卷轧机，设备和工艺适应性较差。
CN 103789681A和CN 103780679A公开了一种低屈强比抗震钢板及其制备方法。具体化学成分为：C 0.12～0.16％，Si 0.40～0.60％，Mn 1.30～1.50％，Nb 0.10～0.20％，Ni 0.6～0.8％，Cu 0.15～0.25％，Cr 0.4～0.6％，B 0.003～0.005％，Ti 0.03～0.06％，Al 0.025～0.045％，P≤0.010％，S≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述的制备方法包括：熔炼铸造，两阶段热轧，道次间空冷，累积压下率大于70％；轧制完成后，以15～25℃/s的冷却速度将轧制形成的钢板迅速冷却至300℃之后空冷即可。该发明制备的抗震钢添加了大量微合金元素，以增加钢板的耐候性、淬透性，合金成本高，同时，该发明未公开设备条件，其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500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带。该钢带按重量百分比计，化学成分为C：0.12～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.60％，V：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，上述500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带，按重量百分比计，化学成分为C：0.13～0.18％，Si：0.18～0.25％，Mn：1.35～1.50％，V：0.07～0.10％，Ti：0.020～0.030％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.030～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明500MPa级抗震建筑结构用连轧钢带的生产工艺流程为：铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱磷、脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼电加热、二次合金化→RH真空处理→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→保温室缓冷→包装入库。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法。该生产方法包括以下步骤：高炉铁水经转炉冶炼、LF精炼、电加热、连铸制得钢坯，钢坯经加热、粗轧、过热卷箱、精轧、冷却、卷取即得钢带成品；其中钢坯化学成分为C：0.13～0.18％，Si：0.18～0.25％，Mn：1.35～1.50％，V：0.07～0.10％，Ti：0.020～0.030％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.030～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质；钢坯加热温度为1200～1250℃，加热时间为180～300min；精轧入口温度为970～1020℃，精轧终轧温度为830～870℃；采用稀疏冷却或后段冷却方式；冷却以15～30℃/s的冷却速度冷却到580～630℃进行卷取，然后该钢卷或钢板在580～630℃保温0.5～1.0h后缓冷至室温。
优选的，上述500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法中，所述粗轧采用5～7个道次，前两个道次每道次变形量≥20％，剩余道次每道次变形量≥25％。
优选的，上述500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法中，所述粗轧所得中间坯厚度为38～44mm。
优选的，上述500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法中，所述钢板成品为中间坯厚度的1/3～1/8。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法充分利用攀西地区特有的V、Ti等合金元素，设计相应的控轧控冷工艺充分发挥热连轧设备的控轧控冷能力，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，控制最终铁素体晶粒大小适当，保证500MPa级抗震建筑结构用钢具有良好的抗震性能，具有合金成本低，工艺简单，一般热连轧均可生产的特点。在达到相同性能的情况下，本发明方法具有成本更低的优点。
(2)本发明方法所得500MPa级抗震建筑结构用热轧钢带屈服强度500～630MPa，抗拉强度610～770MPa，屈强比≤0.81，延伸率≥24％，0℃冲击功≥54J，屈服平台长度≥2.2％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。相比于常规产品，具有低屈强比、高延展性、高冲击韧性、窄强度波动范围，良好的焊接性能，明显的屈服平台等特点，其金相组织为多边形铁素体+珠光体。
具体实施方式
本发明的生产工艺流程为：铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱磷、脱氧、合金化→小平台吹氩补喂Al线→LF精炼(电加热、二次合金化)→RH真空处理→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→保温室缓冷→包装入库。
本发明500MPa级抗震建筑结构用热轧钢带，通过常规转炉冶炼、连铸后得钢坯，成品钢带的化学成分为C：0.12～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.60％，V：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。优选钢坯化学成分为C：0.13～0.18％，Si：0.18～0.25％，Mn：1.35～1.50％，V：0.07～0.10％，Ti：0.020～0.030％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.030～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明500MPa级抗震建筑结构用连轧钢带的生产方法，包括以下步骤：
a、通过常规转炉冶炼、连铸后得钢坯，成品钢带的化学成分为C：0.12～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.60％，V：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质；板坯在温度为1200～1250℃加热180～300min，既保证板坯充分受热、化学元素充分固溶，又防止奥氏体晶粒的异常长大；
b、粗轧：将a步骤加热后的板坯采用5～7个道次轧制，前两个道次每道次变形量≥20％，剩余道次每道次变形量≥25％，轧制时轧线采用全长、全数除鳞；保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，防止出现混晶组织，影响成品钢板的延展性、冲击韧性；
c、精轧：将b步骤粗轧后的板坯进行精轧，精轧入口温度控制在970～1020℃，终轧温度范围为830～870℃；
d、层流冷却：将c步骤精轧后的板坯进行层流冷却；采用稀疏冷却或后段冷却方式，以15～30℃/s的冷却速度冷却到580～630℃卷取，该钢卷或钢板再次放入保温室中保温0.5～1.0h后缓慢冷却至室温；这是为了通过控制层流冷却路径，来达到控制铁素体转变后的形貌、大小和分布状态，以保证产品的强韧性，以及具有明显的屈服平台。
将连铸所得板坯加热到1200～1250℃保温粗轧，根据成品厚度的不同，200～250mm板坯经过5道次至7道次粗轧，轧制得中间坯厚度为38～44mm，根据成品厚度不同，中间坯厚度不同。
经过粗轧后的钢坯随后进行热卷箱卷取，所述热卷箱例如可为无芯移送热卷箱。在所述热卷箱中实现中间坯头尾互换，以保证钢坯通长的温度均匀；同时去除二次氧化铁皮以保证钢坯板面光洁。
中间坯经热卷箱卷取之后即进行移位开卷，进入精轧区进行精轧，精轧入口温度控制在970～1020℃，精轧7机架连轧，终轧温度范围为830～870℃。精轧后层流冷却，采用稀疏冷却或后段冷却方式，以15～30℃/s的冷却速度冷却到580～630℃卷取，该钢卷或钢板再次放入保温室中在580～630℃保温0.5～1.0h后缓慢冷却至室温。
采用稀疏冷却时，冷却强度较低，铁素体转变速率稳定，能够充分均匀形核长大，形成多边形铁素体；采用后段冷却时，在层流冷却前段时相当于空冷，因此奥氏体充分形核长大，进入层流冷却后段时过冷度低，相变后会形成多边形铁素体；相比之下，采用前段冷却时冷却强度较高，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。制备抗震建筑结构用钢时层流冷却速度不能过高，比如采取超快冷的层流冷却工艺时，在钢板表面形成贝氏体组织，由于贝氏体组织中原始可动位错密度较高，C、N元素在位错附近形成的柯氏气团对位错的钉扎作用较低，导致钢板进行拉伸试验时屈服平台较短甚至不产生屈服平台，对于建筑结构钢抵抗地震、吸收能量不利。
V的作用：通过在最终铁素体组织中析出，形成弥散细小分布的VN析出物，增加强韧性和抗疲劳性能；
Ti的作用：加入的微量Ti形成Ti(CN)析出物，在板坯加热过程中起到细化晶粒的作用，在最终铁素体组织中析出细小弥散分布的TiC析出物，起到析出强化作用，还能改善成品的焊接性能。
本发明所述的普通大型转炉≥220t拥有2台，大板坯连铸机拥有250*1950mm铸机2条，普通宽带钢热连轧机组是指拥有1～4座步进梁式加热炉、1架可逆式粗轧机、7架精连轧机组、2～3台卷取机的传统带钢2050热连轧生产线。
实施例
500MPa级抗震建筑结构用钢，采用钒钛微合金化成分路线，采用某钢铁厂2050热连轧线生产；而其中对比例采用C-Mn钢成分路线，层冷采用前段冷却方式，且钢(板)带层冷后直接空冷。表1是本发明实施例的化学成分，表2是热轧工艺控制值，表3是钢卷的力学性能。采用GB/T 228-2010、GB/T 232-2010进行检测。
表1实施例的化学成分
表2实施例的热轧工艺控制值
表3实施例的钢卷的力学性能

Claims (6)

1.500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带，其特征在于：按重量百分比计，化学成分为C：0.12～0.20％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.20～1.60％，V：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带，其特征在于：按重量百分比计，化学成分为C：0.13～0.18％，Si：0.18～0.25％，Mn：1.35～1.50％，V：0.07～0.10％，Ti：0.020～0.030％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.030～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：高炉铁水经转炉冶炼、LF精炼、电加热、连铸制得钢坯，钢坯经加热、粗轧、过热卷箱、精轧、冷却、卷取即得钢带成品；其中钢坯化学成分为C：0.13～0.18％，Si：0.18～0.25％，Mn：1.35～1.50％，V：0.07～0.10％，Ti：0.020～0.030％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.030～0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质；；钢坯加热温度为1200～1250℃，加热时间为180～300min；精轧入口温度为970～1020℃，精轧终轧温度为830～870℃；采用稀疏冷却或后段冷却方式；冷却以15～30℃/s的冷却速度冷却到580～630℃进行卷取，然后该钢卷或钢板在580～630℃保温0.5～1.0h后缓冷至室温。
4.权利要求3所述的500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法，其特征在于：所述粗轧采用5～7个道次，前两个道次每道次变形量≥20％，剩余道次每道次变形量≥25％。
5.权利要求3所述的500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法，其特征在于：所述粗轧所得中间坯厚度为38～44mm。
6.权利要求3所述的500MPa级抗震建筑结构用热连轧钢带的生产方法，其特征在于：所述钢板成品为中间坯厚度的1/3～1/8。
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