CN114134417A - 一种屈服强度≥390MPa结构用钢板及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种屈服强度≥390MPa结构用钢板及制备方法。原料包括如下百分含量的成分：C：0.17％～0.20％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.45％～1.60％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.020％～0.030％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他不可避免杂质；且，碳当量Ceq：0.40～0.45。本发明采用微合金化成分设计，添加少量Nb、Ti等合金元素，合金含量少，生产成本低；本发明制得钢板屈服强度、抗拉强度波动范围窄，波动幅度≤30MPa，性能波动性小，质量稳定。

Description

一种屈服强度≥390MPa结构用钢板及制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种屈服强度≥390MPa结构用钢板及制备方法。
背景技术
随着我国建筑业的发展，越来越多的高层建筑、超高层建筑、大型新式建筑场馆等不断涌起，对建筑结构用钢板提出了更高的要求。不仅需要良好的强度、优异的韧性、较低的屈强比，还应具备优异的抗层状撕裂性能、焊接性能及延伸性能。目前，国内关于Q390GJ建筑结构用钢板研究较多，并形成了大量的专利文献。
公开号CN105525210A公开了“一种低屈强比Q390GJ建筑用钢板及其生产方法”，化学成分按重量百分比为：C：0.15％～017％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.45％～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Nb：0.03％～0.04％、V:0.03％～0.04％、Ti：0.01％～0.02％、Als：0.020％～0.040％，余量为Fe及其他杂质。采用冶炼、连铸、加热、轧制和冷却、精整和探伤五个步骤生产出屈服强度≥390MPa，屈强比小于0.79，0℃纵向冲击功大于34J，可应用于高层、超高层、厂矿、塔架、大跨度以及大型结构工程建设等领域钢板。其不足之处在于添加了V元素，成分设计含量较高，成本较高，低温冲击韧性值较低。
公开号CN102876970A公开了一种“屈服强度≥390MPa高层建筑用钢及生产方法”，钢的成分质量百分比为：C：0.14～0.18、Si：0.3～0.5、0.6、Mn：1.45～1.6、Nb：0.035～0.050、V：0.045～0.065、Ti：0.007～0.017、，Al：0.015～0.050、Ca：0.001～0.005、P＜0.025、S＜0.005，其余为Fe和不可避免杂质。其采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、连铸、加热、轧制、层流冷却、正火、少量喷水冷却的方法生产出屈服强度370-490MPa，抗拉强度≥490MPa，屈强比≤0.77，-20℃低温冲击功≥100J，断面收缩率≥35％的建筑用厚钢板。其不足之处在于：钢板采用正火工艺，对设备提出了更高的要求，生产周期长，提升了产品成本。
公开号CN 111172465A公开了一种“低碳当量大厚度Q390GJ建筑结构用钢板及其制造方法”，钢板及其化学成分，C：0.10～0.139％％、Si：0.20～0.39％、Mn：1.30～1.44％、P≤0.010％、S≤0.003％、Nb：0.020％～0.039％、Ti：0.006％～0.016％、Al：0.01％～0.04％，Ceq：0.32～0.38，余量为Fe和不可避免地杂质；采用TMCP工艺获得屈服强度≥390MPa，抗拉强度550MPa，断后伸长率≥28％，屈强比≤0.77，厚度方向Z向性能≥60％，-40℃冲击功≥200J,最大厚度为120mm建筑结构用钢板。其不足之处在于采用TMCP工艺钢板性能波动较大、质量稳定性较差。
发明内容
针对现有技术的结构钢生产成本高、性能差且不稳定等技术问题，本发明提供一种屈服强度≥390MPa高层建筑用钢及生产方法，具有成本低、性能优异且稳定等优点。
第一方面，本发明提供一种屈服强度≥390MPa结构用钢板，包括如下百分含量的成分：C：0.17％～0.20％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.45％～1.60％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.020％～0.030％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他不可避免杂质；且，碳当量Ceq：0.40～0.45。
本发明在C-Mn基础上添加少量的Nb、Ti等合金元素，通过Nb、Ti抑制奥氏体晶粒的长大，随着轧制的进行发生形变诱导析出，使铁素体在较小的过冷度下大量形成且不易长大，获得细小的铁素体晶粒。提升钢板的强度及低温冲击韧性，获得细小均匀的铁素体+珠光体组织，且通过Nb及Ti与C、N良好的亲和性提高钢板的焊接性能。本发明采用微合金化的成分设计减少合金含量，降低生产成本的同时生产出具有良好强度、低温冲击韧性及焊接性能的钢板。
进一步的，本发明所述钢板屈服强度450-480MPa，抗拉强度630-660MPa，断后伸长率≥20％，屈强比≤0.76，-20℃低温冲击功≥200J，厚度≤80mm。本发明制得的钢板屈服强度、抗拉强度在≤30MPa范围内波动，波动范围窄，钢板性能稳定性高，质量稳定。
第二方面，本发明提供一种屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)冶炼：
(2)精炼：转炉出钢钢水经LF+RH双联精炼，RH处理时真空度≤200Pa，环流气体流量≥80m3/h，保压时间≥10min，脱气时间≥7min，软吹时间不小于10min；
(3)连铸：精炼后钢水浇注，过热度控制在15-30℃，连铸机结晶器锥度为1.15％，结晶器宽面参考目标水量为4500-4700L/min，结晶器窄面参考目标水量为450-470L/min，连铸机拉速在浇注过程中波动幅度不超过±0.1°；
(4)加热：连铸后所得坯板加热，加热温度控制在1170℃-1230℃，加热系数≤15min/cm；
(5)轧制：轧制前坯板表面进行水冷；轧制首先进行粗轧，粗轧采用横-纵向轧制工艺，增加每轧制道次压下量，每道次压下量≥10％，将中间坯厚度与成品坯厚度比率控制在3.0；再进行精轧，精轧开轧温度控制在≤960℃，终轧温度≤840℃；钢板经过再结晶区轧制后晶粒发生了一定程度上的细化，随着轧制温度的降低，经过未再结晶区时，在晶内产生了变形与位错，增加了铁素体形核位置和位错密度，而形成细小的铁素体晶粒提升钢板的塑韧性，因此最后几个轧制道次应处于奥氏体未再结晶区轧制；
(6)矫直，经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力；
(7)冷却：堆冷冷却。
进一步的，冶炼时铁水进行脱硫预处理，脱硫采用KR法脱硫。
进一步的，冶炼出钢终点氧≤40ppm，C≤0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％。
进一步的，LF处理时LF造渣材料为萤石、碳化钙、石灰、铝制脱氧剂，终渣为黄白渣。
进一步的，轧制前坯板表面经水冷后，坯板内部与外部形成100℃温差。
进一步的，轧制后钢板进行水冷，水冷开始温度780℃-830℃，终冷温度600℃-640℃，冷速控制在3-6℃/s。
本发明采用微合金化成分设计，钢板中各组分及其作用分别为：
C:0.17％～0.20％，C元素可以显著提高钢板的强度，是钢中一种基本的元素。随着C含量的增加珠光体数量增加，但是碳含量＞0.23％时，会降低钢板的焊接性能，并对钢板的韧性影响较大，因此将碳含量控制在0.17％～0.20％之间。
Si：0.30％～0.40％，Si是钢中有效的脱氧元素，以固溶强化的方式提高钢的强度。但是Si的含量过高时，会降低钢板的焊接性能，降低钢板的塑性和韧性。
Mn:1.45％～1.60％，Mn是钢中的固溶强化元素，降低钢中的临界转变温度从而细化珠光体晶粒，在一定程度上消除或者减弱S元素引起的钢的热淬性，提高钢板的强度、硬度及热加工性能。
P:P≤0.015％，P是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性、降低焊接性能以及降低钢板的塑形、韧性，因此在冶炼中应将P元素控制在较低的范围内。
S：S≤0.003％，S易使钢产生热脆性、与Mn结合形成MnS类夹杂物以及降低钢的韧性与延展性，进而应将S含量控制在较低的范围内。
Nb：0.025％～0.040％，固溶强化作用，是钢中细晶强化的主要元素之一，Nb的碳氮化物颗粒阻碍奥氏体晶界的迁移，起到固定奥氏体晶界作用进而阻止奥氏体晶粒长大，有效的提升钢板强度以及低温冲击韧性。
Ti：0.020％～0.030％，与C、N具有较强的亲和力，TiN固溶温度达1150℃，在加热过程中可以有效阻止奥氏体晶粒长大，且TiN在高温下的未溶解性，在一定程度上阻止热影响区晶粒粗化，提升钢板的韧性以及焊接性能。
Als：0.015％～0.050％，钢中有效的脱氧元素，对晶粒细化、提升低温冲击韧性有显著作用，但是含量过高时会降低热加工性能及焊接性能，因此将Als含量控制在0.015％～0.050％。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用微合金化成分设计，添加少量Nb、Ti等合金元素，合金含量少，生产成本低；
(2)本发明制得钢板屈服强度、抗拉强度波动范围窄，波动幅度≤30MPa，性能波动性小，质量稳定；
(3)本发明采用TMCP工艺生产，生产周期短，成本低；
(4)本发明在轧制粗轧前坯板表面水冷，在每道次压下量≥10％压下率下，使变形渗透到钢板心部，减少粗轧对轧机道次大压下率的依赖，厚度方向组织均匀，断面收缩率大。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板厚度为80mm，化学成分及百分比含量为：C：0.17％、Si：0.30％、Mn：1.47％、P：0.013％、S：0.002％、Nb：0.028％、Ti：0.021％、Als：0.024％，余量为Fe及其他不可避免杂质；且，碳当量Ceq：0.44。
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)冶炼：冶炼铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，禁止点吹出钢，确保出钢终点氧≤40ppm，C≤0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，出钢后保证钢水镇定时间大于10min；
(2)精炼：采用LF+RH双联处理，LF造渣材料为萤石、碳化钙、石灰、铝制脱氧剂，保证终渣为黄白渣，加热次数小于2次；确保RH处理时真空度＝165Pa，环流气体流量＝85m3/h，保压时间13min，纯脱气时间10min，软吹时间12min，总处理时长＞30min；
(3)连铸：在保护渣的保护下浇注，过热度控制在20℃，中间包覆盖剂为高碱度，结晶器锥度为1.15％，结晶器宽面参考目标水量为4589L/min，结晶器窄面参考目标水量为415L/min并保持浇注速度的稳定性，波动幅度不超过±0.1°，连铸坯下线后，缓冷51小时；
(4)加热：连铸后铸坯厚度为300mm，进入加热炉加热，温度控制在1219℃，为确保加热的均匀性与加热充分性，保温时间370min，加热系数12.3min/cm；
(5)轧制：粗轧前用水冷却将坯板冷却至表面微呈硬壳状，坯板内部与外部形成100℃温度差，随后采用横-纵向轧制工艺，加大每道次轧制压下量，使每道次压下量≥10％，将中间坯厚度与成品坯厚度比率控制在3.0。精轧阶段采用两阶段轧制法，精轧开轧温度956℃，终轧温度818℃。钢板经过再结晶区轧制后晶粒发生了一定程度上的细化，随着轧制温度的降低，经过未再结晶区时，在晶内产生了变形与位错，增加了铁素体形核位置和位错密度，而形成细小的铁素体晶粒提升钢板的塑韧性，因此最后几个轧制道次应处于奥氏体未再结晶区轧制；
(6)冷却：为确保厚度≥50mm钢板性能，采用水冷，水冷开始温度798℃，终冷温度634℃，冷速控制在5℃/s；
(7)矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力；
(8)冷却：钢板下线后堆冷冷却。
实施例2
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板厚度为40mm，化学成分及百分比含量为：C：0.17％、Si：0.28％、Mn：1.49％、P：0.013％、S：0.003％、Nb：0.029％、Ti：0.022％、Als：0.027％，余量为Fe及其他杂质；且，碳当量含量Ceq：0.43。
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)冶炼：冶炼铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，禁止点吹出钢，确保出钢终点氧≤40ppm，C≤0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，出钢后保证钢水镇定时间大于10min；
(2)精炼：采用LF+RH双联处理，LF造渣材料为萤石、碳化钙、石灰、铝制脱氧剂，保证终渣为黄白渣，加热次数小于2次；确保RH处理时真空度143Pa，环流气体流量86m3/h，保压时间15min，纯脱气时间9min，软吹时间11min，总处理时长＞30min；
(3)连铸：在保护渣的保护下浇注，过热度控制在18℃，中间包覆盖剂为高碱度，结晶器锥度为1.15％，结晶器宽面参考目标水量为4615L/min，结晶器窄面参考目标水量为451L/min并保持浇注速度的稳定性，波动幅度不超过±0.1°，连铸坯下线后，缓冷49小时；
(4)加热：连铸后铸坯厚度为300mm，进入加热炉加热，温度控制在1211℃，为确保加热的均匀性与加热充分性，保温时间368min，加热系数12.2min/cm；
(5)轧制：粗轧前用水冷却将坯板冷却至表面微呈硬壳状，坯板内部与外部形成100℃温度差，随后采用横-纵向轧制工艺，加大每道次轧制压下量，使每道次压下量≥10％，将中间坯厚度与成品坯厚度比率控制在3.0。精轧阶段采用两阶段轧制法，精轧开轧温度957℃，终轧温度825℃。钢板经过再结晶区轧制后晶粒发生了一定程度上的细化，随着轧制温度的降低，经过未再结晶区时，在晶内产生了变形与位错，增加了铁素体形核位置和位错密度，而形成细小的铁素体晶粒提升钢板的塑韧性，因此最后几个轧制道次应处于奥氏体未再结晶区轧制；
(6)矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力；
(7)冷却：钢板下线后堆冷冷却。
实施例3
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板厚度为10mm，化学成分及百分比含量为：C：0.17％、Si：0.28％、Mn：1.49％、P：0.015％、S：0.003％、Nb：0.029％、Ti：0.022％、Als：0.027％，余量为Fe及其他杂质；且，碳当量Ceq：0.43。
本实施例所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)冶炼：冶炼铁水经KR脱硫预处理后，采用洁净钢冶炼技术严格控制成分及气体含量，禁止点吹出钢，确保出钢终点氧≤40ppm，C≤0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％，采用转炉全程吹氩底吹、滑板挡渣，严禁转炉下渣，出钢后保证钢水镇定时间大于10min；
(2)精炼：采用LF+RH双联处理，LF造渣材料为萤石、碳化钙、石灰、铝制脱氧剂，保证终渣为黄白渣，加热次数小于2次；确保RH处理时真空度131Pa，环流气体流量87m3/h，保压时间12min，纯脱气时间10min，软吹时间13min，总处理时长＞30min；
(3)连铸：在保护渣的保护下浇注，过热度控制在25℃，中间包覆盖剂为高碱度，结晶器锥度为1.15％，结晶器宽面参考目标水量为4538L/min，结晶器窄面参考目标水量为463L/min并保持浇注速度的稳定性，波动幅度不超过±0.1°，连铸坯下线后，缓冷57小时；
(4)加热：连铸后铸坯厚度为200mm，进入加热炉加热，温度控制在1226℃，为确保加热的均匀性与加热充分性，保温时间247min，加热系数12.3min/cm；
(5)轧制：粗轧前用水冷却将坯板冷却至表面微呈硬壳状，坯板内部与外部形成100℃温度差，随后采用横-纵向轧制工艺，加大每道次轧制压下量，使每道次压下量≥10％，将中间坯厚度与成品坯厚度比率控制在3.0。精轧阶段采用两阶段轧制法，精轧开轧温度958℃，终轧温度854℃。钢板经过再结晶区轧制后晶粒发生了一定程度上的细化，随着轧制温度的降低，经过未再结晶区时，在晶内产生了变形与位错，增加了铁素体形核位置和位错密度，而形成细小的铁素体晶粒提升钢板的塑韧性，因此最后几个轧制道次应处于奥氏体未再结晶区轧制；
(6)矫直：经热矫直机矫正钢板板型，消除内应力及残余应力；
(7)冷却：钢板下线后堆冷冷却。
本发明实施例1-3所制得钢板力学性能测试数据如表1所示。
表1实施例1-3所制得钢板力学性能测试数据
Figure BDA0003358102200000091
由表1可以看出，本发明所制得钢板屈服强度450-480MPa，抗拉强度630-660MPa，断后伸长率≥20％，屈强比≤0.76，-20℃低温冲击功≥200J，力学性能优异，同时本发明制得钢板屈服强度、抗拉强度波动范围窄，波动幅度≤30MPa，性能波动性小，质量稳定。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种屈服强度≥390MPa结构用钢板，其特征在于，包括如下百分含量的成分：C：0.17％～0.20％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.45％～1.60％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.025％～0.040％、Ti：0.020％～0.030％、Als：0.015％～0.050％，余量为Fe及其他不可避免杂质；且，碳当量Ceq：0.40～0.45。
2.如权利要求1所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度450-480MPa，抗拉强度630-660MPa，断后伸长率≥20％，屈强比≤0.76，-20℃低温冲击功≥200J，厚度≤80mm。
3.一种权利要求1所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)冶炼：
(2)精炼：转炉出钢钢水经LF+RH双联精炼，RH处理时真空度≤200Pa，环流气体流量≥80m3/h，保压时间≥10min，脱气时间≥7min，软吹时间不小于10min；
(3)连铸：精炼后钢水浇注，过热度控制在15-30℃，连铸机结晶器锥度为1.15％，结晶器宽面参考目标水量为4500-4700L/min，结晶器窄面参考目标水量为450-470L/min，连铸机拉速在浇注过程中波动幅度不超过±0.1°；
(4)加热：连铸后所得坯板加热，加热温度控制在1170℃-1230℃，加热系数≤15min/cm；
(5)轧制：轧制前坯板表面进行水冷；轧制首先进行粗轧，粗轧采用横-纵向轧制工艺，增加每轧制道次压下量，每道次压下量≥10％，将中间坯厚度与成品坯厚度比率控制在3.0；再进行精轧，精轧开轧温度控制在≤960℃，终轧温度≤840℃；
(6)矫直；
(7)冷却：堆冷冷却。
4.如权利要求3所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，冶炼时铁水进行脱硫预处理，脱硫采用KR法脱硫。
5.如权利要求3所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，冶炼出钢终点氧≤40ppm，C≤0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％。
6.如权利要求3所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，LF处理时LF造渣材料为萤石、碳化钙、石灰、铝制脱氧剂，终渣为黄白渣。
7.如权利要求3所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，轧制前坯板表面经水冷后，坯板内部与外部形成100℃温差。
8.如权利要求3所述的屈服强度≥390MPa结构用钢板的制备方法，其特征在于，轧制后钢板进行水冷，水冷开始温度780℃-830℃，终冷温度600℃-640℃，冷速控制在3-6℃/s。
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