CN113913696B - 一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法，所述钢板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.18％、Si：0.25～0.40％、Mn：1.50～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Al：0.005～0.015、V：0.14‑0.16％、N：0.008～0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质，本发明采用了V、N合金成分体系生产得到了性能完全满足GB T 19879‑2015要求的厚度为120‑150mm的420MPa级高层建筑用钢，大大降低了生产成本，而且避免了贵重合金的消耗，具有良好的经济和社会效益，发展前景广阔的。

Description

一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，涉及一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法具体涉及一种120-150mm厚420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法。
背景技术
随着国民经济的发展，城市建设用地紧张的矛盾日益突出，导致了高层建筑的快速发展，高层建筑已成为我国城市发展中的主要建筑类型之一。随着建筑高度的不断增加，其安全性和抗震性能要求也越来越高。要求钢板具有低屈强比，良好的韧性、塑性、Z向性能及焊接性能，一些特殊的部位还需要高强大厚度的钢板作为主要的支撑结构。
当前我国高层建筑用钢基本可以满足需求，但成分设计上均采用添加贵重的Nb、Ni、Mo等合金元素进行，生产成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法，成分设计上不采用贵重的合金元素，钢板性能完全满足GBT 19879-2015要求，在满足需求的同时，极大的降低了生产成本，降低资源消耗同时减少了环境污染。
本发明采取的技术方案如下：
一种420MPa级高层建筑用钢板，包括以下重量百分比的化学成分：C： 0.15～0.18％、Si：0.25～0.40％、Mn：1.50～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Al： 0.005～0.015、V：0.14-0.16％、N：0.008～0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述述钢板的金相组织为铁素体+珠光体；晶粒度等级为9.5～10.0级。
所述钢板的下屈服强度为440～480MPa，抗拉强度580～640MPa，屈强比≤0.80，延伸率≥25％，厚度1/4处纵向-20℃冲击功≥185J。
所述420MPa级高层建筑用钢板的厚度为120-150mm。
本发明提供的所述420MPa级高层建筑用钢板的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼-LF精炼-VD精炼-连铸-缓冷-加热-热轧-缓冷-热处理。
所述转炉冶炼工艺中，转炉入炉铁水的S含量≤0.025％，转炉终点点吹不超过2次，以降低钢水的氧化及保证终点C和温度的协调。转炉出钢成分控制： C≤0.1％，P≤0.012％，S≤0.020％，出钢温度1630～1660℃。
所述LF精炼工艺中，加入石灰、萤石及精炼渣进行造渣，用于脱硫和变性夹杂物；LF处理结束钢水温度：1620～1630℃，以保证VD精炼所需温度。
所述石灰、萤石、精炼渣的加入量分别为：3-5kg/吨钢、、0.1-1kg/吨钢、2-3kg/ 吨钢，
所述VD精炼工艺中，整个精炼周期40～45min，其中真空时间≥20min，极限真空时间≥10min，出站[H]≤2ppm；破空后喂铝钙线300～400m，喂线结束后软吹，吹氩时间≥15min。
通过上述转炉冶炼、LF精炼、VD精炼工艺的配合生产出洁净度较高的钢水。
所述连铸工艺中，连铸坯厚度420mm，拉速0.55m/min，比水 量 0.33-0.36L/Kg，钢水过热度控制在23-28℃，以减少铸坯内部元素偏析，铸机的 8、9、10、11段进行轻压下，压下量分别为：0.5-0.1mm，4-4.5mm、4-4.5mm、 1-1.5mm，以提高铸坯的质量，保证轧后钢板的力学性能的均匀性以及探伤性能。
连铸后的缓冷工艺中，进保温坑缓冷48～65h，入坑温度≥750℃，以扩散铸坯内部氢元素及减少铸坯内应力的产生。
所述加热工艺中，缓冷后的铸坯在600-700℃时入炉加热，先以100-120℃/h 的加热速度加热到750-800℃，然后在加热炉中焖钢2.5～3.0h，以保证铸坯在加热前和炉膛内的温度保持一致，减少热应力产生，然后以90-100℃/h的加热速度加热到1000℃，再以70-80℃/h的加热速度加热到1100℃、最后以45-50℃/h 的加热速度加热到1250℃均热保温1.0～2h，以保证铸坯厚度方向温度的一致性，整个加热过程中炉膛内压力控制在20-25pa，以减少钢板表面氧化层的厚度。
所述加热工艺中，采用车底式加热炉进行加热，总的加热时间10-12h。
所述热轧步骤中，粗轧开轧钢板表面温度≥1050℃，末二道次的单道次压下控制在15～30mm之间，以保证钢板芯部的变形量，提升钢板芯部质量；精轧开轧钢板表面温度≤850℃，精轧终轧钢板表面温度810～850℃，精轧阶段的累计变形率≥50％，以细化钢板组织，轧后钢板表面返红温度控制在680～780℃，以保证钢板的强度和平整度。
热轧后的钢板经过1～3道矫直，矫直时，钢板表面温度不低于450℃，保证钢板具有较好的板形；矫直后的钢板进行坑冷或箱冷，缓冷开始时，钢板表面温度＞550℃，缓冷时间≥72h。
所述热处理工艺中，进行正火处理，正火温度890±10℃，保温时间19～24h，钢板出炉后550～650℃下线堆冷。
与现有技术相比，本发明采用了特厚铸坯+V、N合金成分体系生产得到了性能完全满足GB T 19879-2015要求厚规格420MPa级高层建筑用钢，大大降低了生产成本，而且避免了贵重合金的消耗，具有良好的经济和社会效益，发展前景广阔的。
附图说明
图1为实施例1中的120mm厚420MPa级高层建筑用钢板横断面1/4处显微组织图；
图2为实施例2中的150mm厚420MPa级高层建筑用钢板横断面1/4处显微组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种120mm厚420MPa级高层建筑用钢板，包括如表1中的实施例1所示的化学成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述120mm厚420MPa级高层建筑用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)采用210t转炉进行冶炼，入炉铁水的S：0.022％，转炉终点无点吹，出钢钢水成分：C：0.1％，P：0.010％，S：0.020％，出钢温度1664℃；
(2)LF精炼工艺，加入石灰、萤石及精炼渣进行造渣，石灰加入量3.5kg/ 吨钢，萤石加入量0.5kg/吨钢，精炼渣加入量2.2kg/吨钢，LF处理结束钢水温度 1628℃；
(3)VD精炼：整个精炼周期42min，其中真空时间25min，极限真空时间 12min，出站[H]1.2ppm；破空后喂铝钙线320m，喂线结束后软吹，吹氩时间 20min。
(4)连铸工艺：连铸坯规格：厚度420mm×宽度2270mm×长度；拉速 0.55m/min，比水 量0.33L/Kg，钢水过热度28℃，铸机的8、9、10、11段的压下量分别为：0.5mm，4mm、4mm、1mm，铸坯切割后吊入缓冷坑缓冷，入坑温度 820℃，坑冷时间50h；
(5)铸坯出坑后采用车底式加热炉进行加热，入炉铸坯温度630℃，以 110℃/h的加热速度加热到750℃，首先焖钢2.5h，然后以95℃/h的加热速度加热到1000℃，再以75℃/h的加热速度加热到1100℃、最后以45℃/h的加热速度加热到1250℃，并在1250℃均热1h，整个加热过程中炉膛内压力23pa；
(6)出炉后的铸坯进行轧制，轧制后钢板的规格：厚度120mm×宽度 2300mm×长度；粗轧阶段中其中二个道次的轧制温度分别为：1070℃、1100℃，末二道次的单道次压下量分别为：18mm、23mm，轧制辊速1.2m/s；精轧开轧温度835℃，精轧终轧温度830℃，精轧阶段的累计变形率60％，轧后返红温度750℃；
(7)轧后矫直2道，矫直温度550℃；轧后钢板进行坑冷，入坑温度585℃，缓冷时间75h；
(8)钢板出坑后进行探伤，GBII合格，然后进行正火处理，正火温度900℃，保温时间19h，钢板出炉后580℃下线堆冷。
本实施例所得到的最终钢板的力学性能如表2所示，金相组织如图1所示，其金相组织为铁素体+珠光体；晶粒度等级为10级。
实施例2
一种150mm厚420MPa级高层建筑用钢板，包括如表1中的实施例2所示的化学成分，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述150mm厚420MPa级高层建筑用钢板的生产方法，包括以下步骤：
(1)采用210t转炉进行冶炼，入炉铁水的S：0.018％，转炉终点点吹1次，出钢钢水成分：C：0.06％，P：0.008％，S：0.018％，出钢温度1659℃；
(2)LF精炼工艺，加入石灰、萤石及精炼渣进行造渣，石灰加入量3.8kg/ 吨钢，萤石加入量0.2kg/吨钢，精炼渣加入量2.5kg/吨钢，LF处理结束钢水温度 1625℃；
(3)VD精炼：整个精炼周期40min，其中真空时间22min，极限真空时间 13min，出站[H]1.5ppm；破空后喂铝钙线340m，喂线结束后软吹，吹氩时间 22min。
(4)连铸工艺：连铸坯规格：厚度420mm×宽度2070mm×长度，拉速 0.55m/min，比水 量0.33L/Kg，钢水过热度28℃，铸机的8、9、10、11段的压下量分别为：0.5mm，4mm、4mm、1mm，铸坯切割后吊入缓冷坑缓冷，入坑温度 800℃，坑冷时间62h；
(5)铸坯出坑后采用车底式加热炉进行加热，入炉铸坯温度610℃，以 120℃/h的加热速度加热到750℃，首先焖钢2.5h，然后以95℃/h的加热速度加热到1000℃，以80℃/h的加热速度加热到1100℃、再以45℃/h的加热速度加热到 1250℃，并在1250℃均热1.5h，整个加热过程中炉膛内压力22pa；
(6)出炉后的铸坯进行轧制，轧制钢板的规格为：厚度150mm×宽度 2100mm×长度；粗轧阶段中其中二个道次的轧制温度分别为：1075℃、1093℃，末二道次的单道次压下量分别为：17mm、21mm，轧制辊速1.3m/s；精轧开轧温度842℃，精轧终轧温度835℃，950℃以下累计变形率64％，轧后返红温度745℃；
(7)轧后矫直3道，矫直温度556℃；轧后钢板进行坑冷，入坑温度550℃，缓冷时间78h；
(8)钢板出坑后进行探伤，GBII合格，然后进行正火处理，正火温度900℃，保温时间24h，钢板出炉后600℃下线堆冷。
本实施例所得到的最终钢板的力学性能如表2所示，金相组织如图2所示，其金相组织为铁素体+珠光体；晶粒度等级为9.5级。
对比例1
相对于实施例1，采用不同成分体系进行了120mm厚建筑用钢板的生产，正火后钢板的性能虽然能满足标准要求，但是采用了贵重金属Nb和Cr，吨钢生产成本比本发明增加了350元。
对比例2
相对于实施例2，各化学成分与实施例2接近，采用模铸坯生产150mm厚建筑用钢板，正火后钢板的性能虽然能满足标准要求，但模铸的成材率仅为78％，而本发明采用连铸坯进行生产，成材率是89％，且生产效率高，能有效降低生产成本，减少环境污染。
对比例3
相对于实施例2，各化学成分与实施例2接近，采用360mm厚连铸坯生产 150mm厚建筑用钢板，正火后钢板的屈服强度、Z向性能已不能满足标准要求。
表1(wt％)
C Si Mn P S Al V Nb Cr N
实施例1 0.165 0.32 1.55 0.013 0.002 0.010 0.148 \ \ 0.0095
实施例2 0.17 0.34 1.53 0.012 0.003 0.013 0.149 \ \ 0.0090
对比例1 0.161 0.30 1.53 0.014 0.003 0.012 0.010 0.035 0.4 0.0070
对比例2 0.163 0.35 1.57 0.015 0.004 0.012 0.144 \ \ 0.0087
对比例3 0.166 0.30 1.54 0.016 0.0022 0.015 0.147 \ \ 0.0093
表2钢板性能
Figure BDA0003302263530000071
Figure BDA0003302263530000081
从以上的实施例及对比例的结果可以看出采用本发明的技术方案能以较低的生产成本得到性能完全满足GB T 19879-2015要求的建筑用特厚钢板。
上述参照实施例对一种420MPa级高层建筑用钢板及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种420MPa级高层建筑用钢板，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.18％、Si：0.25～0.40％、Mn：1.50～1.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Al：0.005～0.015、V：0.14-0.16％、N：0.008～0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述420MPa级高层建筑用钢板的厚度为120-150mm；
所述420MPa级高层建筑用钢板的生产方法包括以下步骤：转炉冶炼-LF精炼-VD精炼-连铸-缓冷-加热-热轧-缓冷-热处理；
所述连铸工艺中，连铸坯厚度420mm，拉速0.55m/min，比水 量0.33-0.36L/Kg，钢水过热度23-28℃，铸机的8、9、10、11段进行轻压下，压下量分别为：0.5-0.1mm，4-4.5mm、4-4.5mm、1-1.5mm；
所述加热工艺中，缓冷后的铸坯在600-700℃时入炉加热，先以100-120℃/h的加热速度加热到750-800℃，然后在加热炉中焖钢2.5～3.0h，然后以90-100℃/h的加热速度加热到1000℃，再以70-80℃/h的加热速度加热到1100℃、最后以45-50℃/h的加热速度加热到1250℃均热保温1.0～2h，整个加热过程中炉膛内压力控制在20-25pa；
所述热轧步骤中，热轧后的钢板经过1～3道矫直，矫直温度不低于450℃；
矫直后的钢板进行坑冷或箱冷，缓冷开始温度＞550℃，缓冷时间≥72h；
所述热处理工艺中，钢板出炉后550～650℃下线堆冷。
2.根据权利要求1所述的420MPa级高层建筑用钢板，其特征在于，所述钢板的金相组织为铁素体+珠光体；晶粒度等级为9.5～10.0级。
3.根据权利要求1或2所述的420MPa级高层建筑用钢板，其特征在于，所述钢板的下屈服强度为440～480MPa，抗拉强度580～640MPa，屈强比≤0.80，延伸率≥25％，厚度1/4处纵向-20℃冲击功≥185J。
4.如权利要求1-3任意一项所述的420MPa级高层建筑用钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：转炉冶炼-LF精炼-VD精炼-连铸-缓冷-加热-热轧-缓冷-热处理。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述连铸工艺中，连铸坯厚度420mm，拉速0.55m/min，比水 量0.33-0.36L/Kg，钢水过热度23-28℃，铸机的8、9、10、11段进行轻压下，压下量分别为：0.5-0.1mm，4-4.5mm、4-4.5mm、1-1.5mm。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，连铸后的缓冷工艺中，进保温坑缓冷48～65h，入坑温度≥750℃。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加热工艺中，缓冷后的铸坯在600-700℃时入炉加热，先以100-120℃/h的加热速度加热到750-800℃，然后在加热炉中焖钢2.5～3.0h，然后以90-100℃/h的加热速度加热到1000℃，再以70-80℃/h的加热速度加热到1100℃、最后以45-50℃/h的加热速度加热到1250℃均热保温1.0～2h，整个加热过程中炉膛内压力控制在20-25pa。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热轧步骤中，粗轧开轧温度≥1050℃，末二道次的单道次压下控制在15～30mm之间；精轧开轧温度≤850℃，精轧终轧温度810～850℃，精轧阶段的累计变形率≥50％，轧后返红温度控制在680～780℃。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，热轧后的钢板经过1～3道矫直，矫直温度不低于450℃；矫直后的钢板进行坑冷或箱冷，缓冷开始温度＞550℃，缓冷时间≥72h。
10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述热处理工艺中，进行正火处理，正火温度890±10℃，保温时间19～24h，钢板出炉后550～650℃下线堆冷。
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