CN112553519B - 低屈强比低成本高性能建筑结构用q420gj中厚钢板的制造方法 - Google Patents

低屈强比低成本高性能建筑结构用q420gj中厚钢板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，所述低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法的化学成分重量百分比为C：0.14Wt％～0.17Wt％，Si：0.20Wt％～0.40Wt％，Mn：1.4Wt％～1.6Wt％，P：≤0.020Wt％，S：≤0.01Wt％，Alt：0.020％～0.050Wt％，Nb：0.040Wt％～0.055Wt％，V：0.025Wt％～0.040Wt％，Ti：0.015Wt％～0.030Wt％，CEV：≤0.44Wt％，余量为Fe和不可避免的微量元素；屈强比0.72‑0.78。本发明可获得低屈强比低成本的合格高性能建筑结构用Q420GJ。

Description

低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造 方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及钢铁生产制造，特别是一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法。
背景技术
钢结构建筑的抗震性是人们关注的核心问题，而抗震性又和钢材的屈强比息息相关。屈强比，是指钢材屈服强度与抗拉强度的比值,该指标是衡量钢材强度储备的重要系数。钢铁材料的屈强比较高时，表明该种材料的抗变形能力较强，不易在外力作用下发生塑性变形，但材料抗外力冲击能力较差，发生脆性破坏的风险较大，材料的可靠性较低。因此建筑结构用钢的低屈强比是材料抗震性能、安全可靠性的关键指标。为确保高层建筑抗震性能，避免高层建筑的倾斜或垮塌发生，国家要求高性能建筑结构用钢的屈强比在0.83以下。
虽然低屈强比高层建筑钢在抗震性方面中具有诱人的魅力，但这类钢在实际生产上还存在着许多技术和成本的问题，尤其随着强度的升高，屈强比很难维持在较低的水平。
综上所述，现有技术中存在以下问题：Q420GJ中厚钢板，屈强比较高。
发明内容
本发明提供一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，以解决Q420GJ中厚钢板，屈强比较高的问题。
为此，本发明提出一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，所述低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法的化学成分重量百分比为C：0.14Wt％～0.17Wt％，Si：0.20Wt％～0.40Wt％，Mn：1.4Wt％～1.6Wt％，P：≤0.020Wt％，S：≤0.01Wt％，Alt：0.020％～0.050Wt％，Nb：0.040Wt％～0.055Wt％，V：0.025Wt％～0.040Wt％，Ti：0.015Wt％～0.030Wt％，CEV：≤0.44Wt％；
所述制造方法的工艺路线为：高炉铁水冶炼、铁水脱硫预处理、转炉钢水冶炼、LF钢水精炼处理、板坯连铸、中厚板轧制。
进一步地，铁水脱硫预处理中：采用KR脱硫，入炉铁水控制S≤0.0050Wt％。
进一步地，转炉钢水冶炼中：炉渣二元碱度R(CaO/Al2O3)控制在3～4，冶炼过程采用全程底吹氩气，转炉终点C:0.06～0.1Wt％，P≤0.020Wt％。
进一步地，LF钢水精炼处理中：进行脱氧及Al、Mn、Nb、V、Ti合金化工艺，精炼顶渣二元碱度R控制在8～12，钢水进行Ca处理，按[Ca]/[Als]＝0.10～0.14控制，Ca处理结束钢包进行软吹氩8～10min，软吹氩结束至连铸钢包开浇之间的钢包钢水镇静时间控制在≥18min。
进一步地，板坯连铸中：要求投用钢包自动下渣检测控制，中间包浇注过热度按10～25℃，中包使用碱性覆盖剂，使用板坯低合金钢保护，铸坯拉速为1.0m/min～1.15m/min，采用结晶器液面波动自动控制，波动范围控制在±3mm。
6.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，中厚板轧制中：铸坯加热、均热温度控制目标为1220～1250℃。
进一步地，粗轧阶段采用纵-横-纵轧制方式，开轧温度1110～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃。增加单道次压下率，展宽后各道次压下率＞15％，最后2-3道次的压下率＞20％，总压下率＞60％。
进一步地于，精轧开轧温度900～940℃，精轧终轧温度800～850℃，道次压下率＞10％，总压下率＞60％。
进一步地，轧后冷却阶段，厚度≤40mm的钢板空冷至室温，厚度＞40mm的钢板经ACC快速冷却，终冷温度控制范围为640-680℃。
本发明通过成分设计和工艺控制，在少量添加Nb、V、Ti等合金元素的基础上，无需进行转炉的RH真空冶炼及中厚板的后续热处理，即可获得低屈强比低成本的合格高性能建筑结构用Q420GJ。另外结合适当的轧制工艺控制，同一组成分即可满足Q420GJC和Q420GJD，以及包含Z15/Z25/Z35的所有100mm以下厚度规格产品的需求，达到简化生产组织，进一步降低生产成本的目的。最终形成以中厚板生产线为核心工艺的冶炼、连铸、轧制的工艺生产方案和生产技术。
附图说明
图1为本发明一个实例的金相组织图片(放大200倍)。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明。
本发明采用的技术方案：低屈强比高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板钢种化学成分重量百分比为C：0.14Wt％～0.17Wt％，Si：0.20Wt％～0.40Wt％，Mn：1.4Wt％～1.6Wt％，P：≤0.020Wt％，S：≤0.01Wt％，Alt：0.020％～0.050Wt％，Nb：0.040Wt％～0.055Wt％，V：0.025Wt％～0.040Wt％，Ti：0.015Wt％～0.030Wt％，CEV(碳当量)：≤0.44Wt％，余量为Fe和不可避免的微量元素。
碳是钢中最廉价的强化元素，C可促进渗碳体、珠光体的形成以及其它碳化物的析出，通过固溶强化、组织强化和沉淀强化提高钢的强度，尤其能够显著提高抗拉强度从而降低钢的屈强比，但C也会使钢的塑性降低，对焊机性能、低温冲击韧性不利。因此C含量需控制在一个合适的区间，在保证产品性能的前提下减少其他贵重合金元素的加入量，降低生产成本，本发明的C：0.14Wt％～0.17Wt％。
Si能够提高钢板的强度，也是冶炼过程中良好的脱氧剂，但是Si严重损害钢板的低温韧性和焊接性，尤其是大线能量焊接时对焊接热影响区的低温韧性和抗疲劳性能的损害。因此Si含量不宜控制太高，综合炼钢过程的经济性和可操作性，Si含量控制在0.20Wt％～0.40Wt％。
Mn作为合金元素在钢板中除提高强度改善韧性外，还能扩大奥氏体相区，降低Ac1、Ac3、Ar1、Ar3温度，细化铁素体晶粒。但Mn含量过高会导致产品中心偏析，降低钢板力学性能的均匀性和低温韧性，另外锰过高还会造成生产成本偏高。综合上述因素，Mn控制在1.4Wt％～1.6Wt％。
P含量主要影响钢的塑性，对钢板的低温冲击韧性、焊接性有较大的损害。S作为钢种有害夹杂主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转变温度，另外钢中硫化物夹杂影响钢的各向异性。P、S含量均希望越低越好，但综合考虑炼钢的条件及成本等因素，本发明的P：≤0.020Wt％，S：≤0.01Wt％：
钢中的Al可以固定钢中的自由[N]，降低焊接热影响区的自由[N]，促进铁素体在焊接冷却循环中析出，从而改善焊接热影响区的低温冲击韧性。但过量的Al会在钢中形成大量弥散的针状Al2O3夹杂物，损害钢板低温冲击韧性和焊接性。根据钢板成分体系分析，本发明的Alt：0.020％～0.050Wt％。
采用Nb、V、Ti复合微合金化，本发明的Nb：0.040Wt％～0.055Wt％，V：0.025Wt％～0.040Wt％，Ti：0.015Wt％～0.030Wt％。
Nb可以提高TNR温度，延迟变形奥氏体再结晶，细化铁素体晶粒，提高钢板的强韧性。Nb含量过低时，则不能有效发挥未再结晶区、两相区控轧作用，强化能力不足，过高则会造成生产成本增加、影响焊接性。
V可以通过V(C，N)在铁素体/贝氏体中析出，提高钢板的强度，随着钢板厚度的增加，V含量可适当取上限值。V含量含量过低时，析出的V(C，N)太少，强化能力不足，过高则会造成生产成本增加、损害钢板的低温韧性、延伸率、焊接性。
由于Ti与N的亲和力极强，形成TiN颗粒，并且这种颗粒在1150℃以上就开始形成，因此在连铸钢坯加热、钢板轧制等一系列过程中，TiN颗粒能阻止形变奥氏体动态再结晶的发生及奥氏体再结晶晶粒的长大，细化晶粒，起到细晶强化作用，还能减少夹杂物，提高钢的延伸率。但添加较多的Ti时会使TiN颗粒粗化，降低钢板的低温韧性。
本发明的中厚钢板的制造方法，其工艺路线为：高炉铁水冶炼→铁水脱硫预处理→转炉钢水冶炼→LF钢水精炼处理→板坯连铸→中厚板轧制→入库。
铁水脱硫预处理：采用KR脱硫，入炉铁水控制S≤0.0050Wt％
转炉钢水冶炼：炉渣二元碱度R(CaO/Al2O3)控制在3～4，冶炼过程采用全程底吹氩气，转炉终点C:0.06～0.1Wt％，P≤0.020Wt％。
LF钢水精炼处理：进行脱氧及Al、Mn、Nb、V、Ti等合金化工艺，精炼顶渣二元碱度R(CaO/Al2O3)控制在8～12，钢水进行Ca处理，按[Ca]/[Als]＝0.10～0.14控制，Ca处理结束钢包进行软吹氩8～10min，软吹氩结束至连铸钢包开浇之间的钢包钢水镇静时间控制在≥18min。
板坯连铸：要求投用钢包自动下渣检测控制，中间包浇注过热度按10～25℃，中包使用碱性覆盖剂，使用板坯低合金钢保护，铸坯拉速为1.0m/min～1.15m/min，采用结晶器液面波动自动控制，波动范围控制在±3mm。连铸使用动态轻压下，压下区间(铸坯凝固时固相占比)0.5～1.2，压下量5.0mm，投入电磁搅拌430A、6.0Hz。连铸板坯厚220mm。
中厚板轧制：
铸坯加热、均热温度控制目标为1220～1250℃，使钢坯充分奥氏体化以及绝大部分合金元素充分溶解，为得到均匀细化的组织及第二相粒子做准备；
粗轧阶段是在奥氏体再结晶区进行轧制，采用纵-横-纵轧制方式，开轧温度1110～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃。增加单道次压下率，展宽后各道次压下率＞15％，最后2-3道次的压下率＞20％，总压下率＞60％；
精轧阶段主要是在奥氏体未再结晶区进行轧制，避免在部分再结晶区或两相区进行轧制，目的主要是控制钢板的晶粒组织,避免出现晶粒粗大和混晶现象，造成钢板表面质量问题或性能不合。同时为提高钢板低温冲击韧性，应保证足够的道次压下率。精轧开轧温度900～940℃，精轧终轧温度800～850℃，增加单道次压下率(控板形道次除外)，道次压下率＞10％，总压下率＞60％，对于厚规格适当降低轧制温度。
轧后冷却阶段，厚度≤40mm的钢板空冷至室温，厚度＞40mm的钢板经ACC快速冷却，终冷温度控制范围为640-680℃，所有规格的钢板均无需进行后续的热处理。
效果
本发明所得的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法屈服强度ReL为440～490MPa，抗拉强度Rm为580～630MPa，屈强比0.72-0.78，延伸率A为22％～28％，0℃、-20℃冲击功AKV平均值160-220J，冷弯均合格。
本发明的一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法及其制造方法，通过成分设计和工艺控制，在少量添加Nb、V、Ti等合金元素的基础上，无需进行转炉的RH真空冶炼及中厚板的后续热处理，即可获得低屈强比低成本的合格高性能建筑结构用Q420GJ。另外结合适当的轧制工艺控制，同一组成分即可满足Q420GJC、Q420GJD包含Z15/Z25/Z35的所有100mm以下厚度规格产品的需求，达到简化生产组织，进一步降低生产成本的目的。最终形成以中厚板生产线为核心工艺的冶炼、连铸、轧制的工艺生产方案和生产技术。
本发明的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法及其制造方法采用下述成分配比和具体工艺。其中，表1是各实施例钢的成分(按重量百分比计)。表2是与表1所述实施例钢对应的工艺参数。表3是与表1各实施例所述成分钢对应的综合性能。
表1产品化学成分(Wt％)
Figure BDA0002776201280000051
表2各实施例具体的工艺参数
Figure BDA0002776201280000052
Figure BDA0002776201280000061
Figure BDA0002776201280000071
表3各实施例所得高建钢的综合性能
Figure BDA0002776201280000072
其中，“/”除了表示两个参数的比值之外，还表示单位，ReL为屈服强度，Rm为抗拉强度，A为延伸率，Re/Rm为屈强比，Z表示Z向性能的断面收视率，KV2为冲击功。
实例1-1，实例1-2均采用实例1的化学成分，实例1-1，实例1-2分别是实例1的不同工艺路线；
实例2-1，实例2-2均采用实例2的化学成分，实例2-1，实例2-2分别是实例2的不同工艺路线；
实例3-1，实例3-2均采用实例3的化学成分，实例3-1，实例3-2分别是实例1的不同工艺路线；
实例4-1，实例4-2均采用实例4的化学成分，实例4-1，实例4-2分别是实例4的不同工艺路线；
实例5-1，实例5-2均采用实例5的化学成分，实例5-1，实例5-2分别是实例5的不同工艺路线；
高性能建筑结构用钢Q420GJ的典型金相组织为：组织为铁素体+珠光体,晶粒度为8级，其中，实例2-1的金相组织如图1所示。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，所述低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法的化学成分重量百分比为C：0.14w t％～0.17w t％，Si：0.20w t％～0.40w t％，Mn：1.4w t％～1.6w t％，P：≤0.020w t％，S：≤0.01w t％，Alt：0.020％～0.050w t％，Nb：0.0468w t％～0.055w t％，V：0.025w t％～0.0296w t％，Ti：0.0232w t％～0.030w t％，CEV：≤0.44w t％；
所述制造方法的工艺路线为：高炉铁水冶炼、铁水脱硫预处理、转炉钢水冶炼、LF钢水精炼处理、板坯连铸、中厚板轧制；
粗轧阶段采用纵-横-纵轧制方式，开轧温度1110～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃，增加单道次压下率，展宽后各道次压下率＞15％，最后2-3道次的压下率＞20％，总压下率＞60％；
精轧开轧温度900～940℃，精轧终轧温度800～850℃，道次压下率＞10％，总压下率＞60％；
轧后冷却阶段，厚度≤40mm的钢板空冷至室温；
低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板厚度≤40mm，综合性能：屈强比0.72-0.75，0℃冲击功AKV平均值为181-219J，端面收缩率Z＝48％或52％或54％或55％。
2.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，铁水脱硫预处理中：采用KR脱硫，入炉铁水控制S≤0.0050w t％。
3.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，转炉钢水冶炼中：炉渣二元碱度R(CaO/Al2O3 )控制在3～4，冶炼过程采用全程底吹氩气，转炉终点C:0.06～0.1w t％，P≤0.020w t％。
4.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，LF钢水精炼处理中：进行脱氧及Al、Mn、Nb、V、Ti合金化工艺，精炼顶渣二元碱度R控制在8～12，钢水进行Ca处理，按[Ca]/[Als]＝0.10～0.14控制，Ca处理结束钢包进行软吹氩8～10min，软吹氩结束至连铸钢包开浇之间的钢包钢水镇静时间控制在≥18min。
5.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，板坯连铸中：要求投用钢包自动下渣检测控制，中间包浇注过热度按10～25℃，中包使用碱性覆盖剂，使用板坯低合金钢保护，铸坯拉速为1.0m/min～1.15m/min，采用结晶器液面波动自动控制，波动范围控制在±3mm。
6.如权利要求1所述的低屈强比低成本高性能建筑结构用Q420GJ中厚钢板的制造方法，其特征在于，中厚板轧制中：铸坯加热、均热温度控制目标为1220～1250℃。
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