CN112921241B - 一种空冷下低屈强比高韧性q460级建筑用钢的生产方法 - Google Patents

一种空冷下低屈强比高韧性q460级建筑用钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：转炉钢水冶炼、LF精炼、RH、板坯连铸、板坯加热、除鳞、粗轧、精轧、钢板检查；所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢化学成分重量百分比为：C：0.14～0.17Wt％，Si：0.25～0.45Wt％，Mn：1.50～1.70Wt％，P≤0.02Wt％，S≤0.008Wt％，V:0.040～0.055Wt％，Ti:0.018～0.028Wt％；ALt:0.020～0.050Wt％,余量为Fe和不可避免的微量元素。本发明无需添加Cr和Mo元素、无需控制冷却设备或离线热处理，通过成分及工艺的设计和优化，以细晶强化作为主要强化方式，析出强化次之，控制铁素体组织的析出比例及细化程度，使材料获得较低的屈强比和较好的低温韧性等使用性能，并实现该产品的稳定生产。

Description

一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法
技术领域
本发明涉及一种建筑结构用钢板，具体涉及一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法。
背景技术
近年来，高层建筑高度不断增加、材料和工程成本不断降低、安全性和抗震性能要求越来越高。为了使国内建筑用钢能够适应国内高层建筑制造的需要，赶上国外建筑用钢生产先进水平，国家钢铁振兴规划已把耐震、抗震、耐火高性能建筑用钢作为关键品种，予以重点支持。
高层建筑用钢板具有不同于一般或其他专用结构用钢板的特点，为满足高层建筑的特殊需要，还需要满足的特殊性能，如低屈强比、良好的塑韧性和焊接性能等。随钢结构建筑的迅猛发展，对建筑用钢板的特殊性能提出了更高的要求。2015年，我国GB/T19879--2015《建筑结构用钢板》将Q460GJ屈强比从≤0.85调整为≤0.83，断后伸长率由≥17％提高至≥18％，最小冲击吸收能量由34J提高至47J。
目前，Q460GJ级别的建筑结构用钢已经在各类重大工程中得到广泛应用，它能够有效降低钢结构的自重，并提供更高的结构强度。由于强度和韧性要求较高，并且对屈强比要求严格，多采用轧后控冷或离线热处理工艺进行生产，得到多相组织以满足使用性能要求。但上述技术特点技术工序比较多，且需要相应的控冷或热处理设备。而这对没有相应配套设备的生产厂来讲，难以实现生产，一般通过加入V、Ti、Nb、Mo、Cr等合金元素进行复合强化来生产，获得的性能虽满足要求，但屈强比较高，成本也高。
综上所述，现有技术中存在以下问题：建筑结构用钢屈强比较高，成本高。
发明内容
本发明目的是为了解决建筑结构用钢屈强比较高，成本高的问题。
为此，本发明提出了一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：
转炉钢水冶炼、LF精炼、RH、板坯连铸、板坯加热、除鳞、粗轧、精轧、钢板检查、入库；所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢化学成分重量百分比为：C：0.14～0.17Wt％，Si：0.25～0.45Wt％，Mn：1.50～1.70Wt％，P≤0.02Wt％，S≤0.008Wt％，V:0.040～0.055Wt％，Ti:0.018～0.028Wt％；ALt:0.020～0.050Wt％,余量为Fe和不可避免的微量元素；
在所述板坯连铸工艺中浇注拉速在1.0m/min～1.15m/min。
具体的，在所述转炉钢水冶炼工艺中：入炉铁水S≤0.005Wt％；冶炼过程底吹氩气。
具体的，钢水在LF炉进行脱氧及合金化处理，先加石灰、精炼渣，然后加合金，出钢完毕后加入脱氧剂。
具体的，RH钢水精炼处理的镇静时间≥18min。
具体的，在所述板坯连铸工艺中压下区间为0.5～1.2，压下量为5.0㎜。
具体的，所述板坯加热工艺中加热温度为1230℃～1130℃，加热时间≥210min。
具体的，粗轧开轧温度1110℃～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃，后4道次压下率＞15％，开坯厚度为成品厚度的2～3倍。
具体的，精轧工艺的道次压下率＞10％，总压下率＞60％。
具体的，精轧开轧温度870℃～950℃。
具体的，精轧终轧温度800℃～850℃。
本发明所得的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的屈服强度ReL为473～501MPa，抗拉强度Rm为618～658MPa，断后伸长率A为20.5～27.0％，-20℃的V型冲击功(纵向)AKV为112～202J，屈强比≤0.79，冷弯合格。本发明无需添加Cr和Mo元素、无需控制冷却设备或离线热处理，通过成分及工艺的设计和优化，以细晶强化为主要强化方式，析出强化次之，控制铁素体组织的析出比例及细化程度，使材料获得较低的屈强比和较好的低温韧性等使用性能，并实现该产品的稳定生产。
附图说明
图1a是本发明实施例1边部金相组织照片；
图1b是本发明实施例1心部金相组织照片；
图2a是本发明实施例2边部金相组织照片；
图2b是本发明实施例2心部金相组织照片；
图2c是本发明实施例2析出物图像；
图2d是本发明实施例2析出物图像中对应位置4的能谱结果图；
图2e是本发明实施例2析出物图像中对应位置5的能谱结果图；
图2f是本发明实施例2析出物图像中对应位置6的能谱结果图；
图2g是本发明实施例2析出物的尺寸柱状分布图；
图2h是本发明实施例2的K-T曲线(韧脆转变曲线)；
图3a是本发明实施例3边部金相组织照片；
图3b是本发明实施例3心部金相组织照片；
图4a是本发明实施例4边部金相组织照片；
图4b是本发明实施例4心部金相组织照片；
图4c是本发明实施例4析出物图像；
图4d是本发明实施例4析出物图像中对应位置7的能谱结果图；
图4e是本发明实施例4析出物图像中对应位置8的能谱结果图；
图4f是本发明实施例4析出物的尺寸柱状分布图；
图4g是本发明实施例4的K-T曲线(韧脆转变曲线)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，提供了一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法(一种建筑用钢Q460GJ的制造方法)，所述方法包括依次进行的以下步骤：
转炉钢水冶炼、LF精炼、RH、板坯连铸、板坯加热、除鳞、粗轧、精轧、钢板检查、入库；所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢化学成分重量百分比为：C：0.14～0.17Wt％，Si：0.25～0.45Wt％，Mn：1.50～1.70Wt％，P≤0.02Wt％，S≤0.008Wt％，V:0.040～0.055Wt％，Ti:0.018～0.028Wt％；ALt:0.020～0.050Wt％,余量为Fe和不可避免的微量元素；在所述板坯连铸工艺中浇注拉速在1.0m/min～1.15m/min。
本发明所得的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的屈服强度ReL为≥460MPa，抗拉强度Rm为570～720MPa，延伸率A≥18％，-20℃的V型冲击功(纵向)AKV≥47J，屈强比≤0.83，冷弯合格。
低屈强比高韧性建筑用钢Q460GJ，该钢种化学成分重量百分比为C：0.14～0.17Wt％，Si：0.25～0.45Wt％，Mn：1.50～1.70Wt％，P≤0.02Wt％，S≤0.008Wt％，V:0.040～0.055Wt％，Ti:0.018～0.028Wt％；ALt:0.020～0.050Wt％,余量为Fe和不可避免的微量元素。
一种低屈强比高韧性建筑用钢Q460GJ的制造方法，其工艺路线为：脱硫铁水一类专用废钢、转炉(转炉钢水冶炼)、LF精炼、RH、板坯连铸、板坯加热、除鳞、粗轧、精轧、钢板检查、入库。所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢成品厚度是10～40mm。
1、转炉钢水冶炼：
保证入炉铁水S≤0.005Wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气；
2、LF钢水精炼处理：
钢水在LF炉进行脱氧及合金化处理，采用中碳锰铁增锰。先加石灰、精炼渣，接着加合金，出钢完毕加脱氧剂。
3、RH钢水精炼处理：镇静时间≥18min。
4、板坯连铸：
浇注过程稳定拉速，全程拉速基本维持在1.0m/min～1.15m/min；使用动态轻压下，压下区间0.5～1.2，压下量5.0㎜。
5、板坯加热：
确保奥氏体晶粒均匀细小和合金元素固溶，采用低温加热工艺。加热温度1230℃～1130℃，加热时间≥210min。
6、轧制：
两阶段轧制，全程不使用轧机冷却水，根据实际喷高压除鳞。(1)粗轧：采用高温快轧和大压下量进行奥氏体再结晶轧制，使变形传递到坯料心部。开轧温度1070～1180℃，较佳选择为1110～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃，后4道次压下率＞15％。开坯厚度为成品厚度的2～3倍。(2)精轧：主要是在低温段的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度，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。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％，精轧开轧温度870℃～950℃，精轧终轧温度800℃～850℃。连续轧制，期间不得等温。轧后上冷床，空冷至室温。
Q460GJ级别的建筑结构用钢包括Q460GJC、Q460GJC-Z15、Q460GJC-Z25、Q460GJC-Z35、Q460GJD、Q460GJD-Z15、Q460GJD-Z25、Q460GJD-Z35。
建筑结构用钢包括级别低于Q460GJ系列用钢，如Q420GJ和Q345GJ系列用钢。
本发明提供了一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产，所述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是与图例为各实施例所述成分钢对应的力学性能和组织。
表1：产品化学成分(wt％)
实例 C Si Mn P S V Nb Ti Alt N
实例1 0.156 0.37 1.601 0.018 0.002 0.041 0.047 0.02 0.033 0.004
实例2 0.154 0.37 1.588 0.013 0.001 0.038 0.044 0.03 0.037 0.003
实例3 0.156 0.37 1.601 0.018 0.002 0.041 0.047 0.02 0.033 0.004
实例4 0.154 0.37 1.588 0.013 0.001 0.038 0.044 0.03 0.037 0.003
粗轧开轧温度1070～1180℃，根据坯料情况，采用纵-横-纵或横-纵轧制方式时，展宽道次使用平面形状控制进行2道次展宽。
表2：各实施例具体的工艺参数
Figure BDA0002913819940000051
表3：各实施例所得的力学性能
Figure BDA0002913819940000052
Figure BDA0002913819940000061
实施例1的金相组织如图1a和图1b所示，实施例1的金相组织为F+P+少量B，边部F晶粒度9级～14级，表层晶粒度为14级的细晶比例为78％，心部F晶粒度10级；
实施例2的金相组织如图2a和图2b所示，实施例2的金相组织为F+P，边部F晶粒度9级～13级，表层晶粒度为13级的细晶比例为76％，心部F晶粒度11级；
实施例2的析出物图像、能谱结果和尺寸柱状分布图如图2c、图2d、图2e、图2f和图2g所示，析出物平均尺寸为11.02nm，析出物尺寸大部分集中在0～10nm的范围内，析出物体积百分数为0.178％；
实施例2的K-T曲线如图2h所示，韧脆转变温度T50％FAT＝-28.5℃；
实施例3的金相组织如图3a和图3b所示，实施例3的金相组织为F+P+少量B，边部F晶粒度9级～14级，表层晶粒度为14级的细晶比例为82％，心部F晶粒度11级；
实施例4的金相组织如图4a和图4b所示，实施例4的金相组织为F+P+少量B，边部F晶粒度8.5级～13级，表层晶粒度为13级的细晶比例为73％，心部F晶粒度11级；
其中，F为铁素体，P为珠光体；B为贝氏体；
实施例4的析出物图像、能谱结果和尺寸柱状分布图分别如图4c、图4d、图4e和图4f，析出物平均尺寸为11.56nm，析出物体积百分数为0.191％，析出物尺寸大部分集中在0～10nm的范围内，其中，析出物尺寸在5～10nm范围之间的占比约为60％；
实施例4的K-T曲线如图4g所示，韧脆转变温度T50％FAT＝-28.8℃；
表4实施例中各强化机制的贡献值以及总屈服强度计算值
Figure BDA0002913819940000062
σ0为钢的基础强度、ΔσD为位错强化、ΔσS为固溶强化、ΔσG为细晶强化、ΔσP为析出强化、ReL为屈服强度。从表4中可以看出，本发明以细晶强化作为主要强化方式，析出强化次之，控制铁素体组织的析出比例及细化程度，使材料获得较低的屈强比和较好的低温韧性等使用性能.
本发明所得的一种空冷下低屈强比高韧性建筑用钢Q460GJ，屈服强度ReL为473～501MPa，抗拉强度Rm为618～658MPa，断后伸长率A为20.5～27.0％，-20℃的V型冲击功(纵向)AKV为112～202J，屈强比≤0.79，冷弯合格。本发明无需添加Cr和Mo元素、无需控制冷却设备或离线热处理，通过成分及工艺的设计和优化，以细晶强化作为主要强化方式，析出强化次之，控制铁素体组织的析出比例及细化程度，使材料获得较低的屈强比和较好的低温韧性等使用性能，并实现该产品的稳定生产。
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做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的以下步骤：
转炉钢水冶炼、LF精炼、RH、板坯连铸、板坯加热、除鳞、粗轧、精轧、钢板检查、入库；所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢化学成分重量百分比为：C：0.14～0.17wt ％，Si：0.25～0.45wt ％，Mn：1.50～1.70wt ％，P≤0.02wt ％，S≤0.008wt ％，V:0.040～0.055wt％，Nb：0.047wt ％或0.044wt ％，Ti:0.018～0.028wt ％；Alt :0.020～0.050,余量为Fe和不可避免的微量元素；
在所述板坯连铸工艺中浇注拉速在1.0m/min～1.15m/min；
粗轧开轧温度1110℃～1170℃，粗轧终轧温度≥1000℃，后4道次压下率＞15％，开坯厚度为成品厚度的2～3倍；
两阶段轧制，全程不使用轧机冷却水；
精轧开轧温度870℃～950℃，精轧终轧温度800℃～850℃；连续轧制，期间不得等温；轧后上冷床，空冷至室温；
-20℃的V型冲击功纵向Akv 为112～202J；
所述低屈强比高韧性Q460级建筑用钢成品厚度是20～40mm；
采用纵-横-纵或横-纵轧制方式时，展宽道次使用平面形状控制进行2道次展宽。
2.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，在所述转炉钢水冶炼工艺中：入炉铁水S≤0.005Wt％；冶炼过程底吹氩气。
3.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，钢水在LF炉进行脱氧及合金化处理，先加石灰、精炼渣，然后加合金，出钢完毕后加入脱氧剂。
4.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，RH钢水精炼处理的镇静时间≥18min。
5.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，在所述板坯连铸工艺中压下区间为0.5～1.2，压下量为5.0㎜。
6.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，所述板坯加热工艺中加热温度为1230℃～1130℃，加热时间≥210min。
7.根据权利要求1所述的一种空冷下低屈强比高韧性Q460级建筑用钢的生产方法，其特征在于，精轧工艺的道次压下率＞10％，总压下率＞60％。
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