CN114480969B - 一种压缩比≤4高韧性高z向性能特厚钢q460gj的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于宽厚板冶金技术领域，具体涉及一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法，该钢板的厚度为80～100mm，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.1～0.13、Si：0.1～0.3、Mn：1.1～1.3、P≤0.012、S≤0.003、Cr：0.3～0.5、Ti：0.01～0.02、Nb：0.01～0.02、Ni：0.1～0.3、V：0.06～0.07、Als：0.025～0.035，其它为Fe和残留元素。本发明化学成分设计合理，通过洁净钢冶炼、夹杂物Ca化处理获得洁净钢水，采用连铸生产，配合合理的控轧控冷工艺，取消了传统的热处理环节，获得压缩比≤4的80～100mm厚Q460GJ钢，具有屈强比≤0.75，‑60℃冲击韧性≥150J，Z向拉伸断面收缩率≥60％等特点，对降低生产成本、缩短工艺流程，获得具有优良性能的钢板具有积极意义，有良好的市场推广价值。

Description

一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法

技术领域

本发明属于宽厚板冶金技术领域，具体涉及一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法。

背景技术

钢板在X、Y、Z三个方向的性能是不同的，其中纵向性能最为优良，而厚度方向性能最差，主要原因是钢板心部存在着各种夹杂物及偏析带，破坏了厚度1/2位置钢基性能的连续性。钢板在使用过程中，若厚度方向承受过大的拉力，则基体金属会沿着缺陷产生与拉力方向垂直的撕裂，并不断向外扩张，最终形成与轧制面平行的层状开裂，其次高强特厚板在经过焊接后，在承受厚度方向上的拉力时，更容易开裂，主要是因为钢板越厚，心部缺陷越难以焊合，且焊缝也越厚，焊接应力和变形也越大，其次高强特厚板为了保证强度，必然要加入更多的合金元素，形成的C、N析出物，这都会使钢板的Z向性能变差。

因此钢板随着强度的增高，塑韧性变差，Z向性能也降低，且钢板厚度越大，压缩比越小，就造成心部缺陷越多、晶粒越粗大，从而使厚板的韧性、Z向性能更差。在建筑结构行业中，屈强比越大，材料则越脆。材料发生屈服后，很快就会达到抗拉极限。产生的裂纹扩展速度也非常快，瞬时会发生断裂，这给人们预警反应的时间极短。

中国专利CN101323929公开了一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法，CN101613828A公开了一种屈服强度460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及其制造方法，但上述钢板的生产均需要经过严格的热处理工艺，相对来说生产周期长，成本高。

综上，开发一种低成本、小压缩比、高韧性、高Z向性能特厚Q460GJ钢的方法，对于我国钢结构行业的使用安全性，具有非常重大的意义。

发明内容

为解决上述技术目标，本发明的目的是提供一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法，该方法采用连铸小压缩比生产，钢板不需要热处理，轧制后可直接交货使用，具有低成本、生产周期短、性能优异等特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法，该钢板的厚度为80～100mm，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.1～0.13、Si：0.1～0.3、Mn：1.1～1.3、P≤0.012、S≤0.003、Cr：0.3～0.5、Ti：0.01～0.02、Nb：0.01～0.02、Ni：0.1～0.3、V：0.06～0.07、Als：0.025～0.035，其它为Fe和残留元素。

需要说明的是，在成分设计方面：

C元素具有提高淬透性，促进珠光体、贝氏体转变，增加硬相组织比例的作用，且随着C含量的提高，钢水中的Nb、Ti溶解度降低，容易形成析出的[Nb、Ti]C夹杂，对降低屈强比、提高韧性及Z向性能都极为不利，因此为保证强度，同时达到降低屈强比、提高韧性和Z向性能的目的，需要控制C含量在0.1～0.13范围内。

Mn在连铸钢坯的心部易形成Mn富集的偏析带，在钢板控冷后，形成硬脆的贝氏体带状组织，从而与周围的铁素体、珠光体形成组织应力，其次Mn还会与钢水中的S元素形成MnS夹杂物，以上这些都不利于特厚Q460GJ钢板的韧性和Z向性能提高，同时，Mn元素还可以显著提高钢板的屈服强度，但对于抗拉强度提升较小，较高的Mn含量会导致屈强比不断上升，因此必须将Mn含量在1.1～1.3范围内。

由于成分设计中，C、Mn的含量较低，特厚Q460GJ的强度必然降低，为了保证强度，必须添加其他可提高强度的替代元素。根据选分结晶原理，高熔点的元素先凝固，低熔点的元素最后富集偏聚在心部，形成偏析带。而Cr元素的熔点为1907℃，Mn元素的熔点为1241～1247℃，可见Cr元素不会形成严重的偏析带，同时Cr具有一定的淬透性，能够提高珠光体的比例，在一定程度上，Cr元素具有替代C元素的能力，因此加入0.3～0.5的Cr元素来替代C、Mn是非常合适的。

Nb、Ti虽然有提高钢板的再结晶温度，并产生晶粒细化、固溶强化、析出强化的作用。但发明人发现，随着Nb、Ti含量的增加，在轧制过程中，会形成较多的[Nb、Ti]C析出夹杂，这些析出的质点，在机体上施加足够大的应力时，质点周围会形成空穴形核的现象。形核后，持续增长的等效塑性应变和流体应力使空穴不断扩张。开始时各空穴互相独立，但当扩张到一定程度后，相邻空穴就会相互影响并产生聚合，最终串联形成断裂韧窝，所以应尽量避免[Nb、Ti]C析出相的形成，以提高Q460GJ的Z向性能，因此必须控制Ti含量在0.01～0.02、Nb含量在0.01～0.02范围内。

为了保证钢板的细晶强化、固溶强化，可通过提高钢板的V含量来实现。根据溶度积公式，如下：

lg[Nb][C]＝2.26-6770/T   [1]

lg[V][C]＝6.72-9500/T   [2]

lg[Ti][C]＝2.75-7000/T   [3]

可见，在相同温度、相同C含量的情况下，VC的溶解度远高于NbC、TiC，而不会产生较多的VC析出，所以成分设计中设置0.06～0.07的V来替代Nb、Ti是比较合理的。

Ni元素既具有弱淬透性，又可以提高钢板的强度与冲击韧性。本发明人发现，0.1～0.3的Ni就可以保证特厚Q460GJ钢板的-60℃冲击韧性。

上述压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法包括如下步骤：

a.加热：铸坯采用“低温长保”工艺，一阶段加热≤1000℃，二阶段加热1220～1240℃，均热段1180～1200℃，总加热时间按11～13min/cm控制，其中均热段时间不低于总加热的时间的1/4；

b.控轧控冷：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度≥1020℃，道次压下量30～40mm，累计压下率≥50％；精轧采用“中温小压下”，开轧温度800～820℃，道次压下率≤15％，终轧温度790～810℃；轧制结束采用SUPIC冷却，冷速控制在8～10℃/S，返红温度530～550℃；需要特别说明的是，研究发现，在精轧过程中，精轧温度越高，NbC、TiC的溶解度越高，析出就越少，钢板冲击性能越差，同时精轧形变量越小，NbC、TiC的溶解度越大，析出相越少，因此在精轧过程中，道次压下量不能过大；此外，采用SUPIC(超密度快速冷却)，相对于传统的ACC层流冷却，冷却能力提高50％以上，冷速越快，钢板的组织越均匀细小，并且可以减轻心部偏析，这对提高钢板的韧性和Z向性能是非常有利的。

c.堆冷：钢板经矫直机矫直后，入缓冷坑堆冷，堆冷温度400～500℃，堆冷时间30～40h。需要说明的是，保温的主要目的是消除钢板残余的形变应力、组织应力及温度应力，而应力越大，Z向性能就越差，其次保温还可以消除钢板中残余的H含量，避免H原子聚集形成H2，导致钢板氢致开裂。

通过上述方法获得的成品钢板压缩比≤4，屈强比≤0.75，-60℃冲击韧性≥150J，Z向拉伸断面收缩率≥60％。

采用该方法生产的特厚Q460GJ钢，采用连铸小压缩比生产，钢板不需要热处理，轧制后可直接交货使用，具有低成本、生产周期短、性能优异等特点，具有良好的市场推广价值。

本发明化学成分设计合理，通过洁净钢冶炼、夹杂物Ca化处理获得洁净钢水，采用连铸生产，配合合理的控轧控冷工艺，取消了传统的热处理环节，获得压缩比≤4的80～100mm厚Q460GJ钢，具有屈强比≤0.75，-60℃冲击韧性≥150J，Z向拉伸断面收缩率≥60％等特点，对降低生产成本、缩短工艺流程，同时获得具有优良性能的钢板具有积极意义，有良好的市场推广价值。

附图说明

图1为本发明实施实例中获得100mm厚Q460GJ钢板Z向断口的宏观形貌示意图。

图2为本发明实施实例中获得100mm厚Q460GJ钢板Z向断口的微观形貌示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实例100mm厚、压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法，对本方案进行具体说明。

其化学成分及质量百分比按下表控制：

具体生产工艺如下：

a.转炉冶炼：冶炼过程中，向转炉中加入的废钢与目标钢水总重比≤10％，出钢控制P含量≤0.008％，实控加入9吨板边废钢，废钢比例9.5％，出钢P含量0.007％。主要是废钢中含有较多的Pb、Sn、As、Sb、Bi、N等有害元素，不利于钢板的Z向性能控制，所以要严控废钢加入比例，其次P会产生冷脆及形成偏析，破坏钢板的综合力学性能，因此P含量越低越好。

b.LF精炼：LF精炼采用大渣量工艺，白渣保持时间≥25min，控制钢水中的S含量≤0.003％。实控加入12Kg/吨钢水的石灰，白渣保持时间30min，充分造渣脱S，同时加入0.8Kg/吨钢水的钙线，精炼离站S含量0.002％。S会与钢水中的Mn元素，形成长条状的MnS夹杂，破坏钢基在厚度方向上的连续性，因此必须尽可能降低钢水中的S含量，同时加入钙线，使塑性的MnS夹杂改变为非塑性的球状CaS夹杂，避免轧制后长条状的MnS形成应力集中。

c.VD真空精炼：在VD抽真空过程中，麦氏真空仪＜67Pa后，开始保压，保压时间≥20min。VD离站测量钢水中的H含量≤1.0ppm，N含量≤20ppm，O含量≤20ppm。实控保压时间25min，离站测量钢水中的H含量0.8ppm，N含量14ppm，O含量16ppm。充分去除钢水中游离的N、H、O有害气体元素。

d.连铸：采用保护浇铸，避免钢水与空气直接接触，中包的过热度在液相线以上5～20℃范围内低温、恒拉速浇铸300mm厚的铸坯，其液相线为518℃，中包温度测量三次，分别为1536℃，1533℃，1533℃。

e.加热：采用“低温长保”工艺，一加热980℃，二加热1235℃，均热段1196℃，总加热时间30cm*12min/cm＝360min，其中均热段时间105min。

f.控轧控冷：分两阶段轧制，其中粗轧开轧温度≥1020℃，道次压下量30～40mm，粗轧累计压下率≥50％，凉钢厚度150mm；精轧开轧温度805℃，道次压下量、压下率如下表：

轧制结束，钢板进入SUPIC冷却，冷速控制在8～10℃/S，返红温度530～540℃。

g.堆冷：钢板矫直后，快速进入缓冷坑保温，钢板入缓冷坑温度＜500℃，保温时间36h。

采用上述实例获得的钢板，依据GB/T228《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》、GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》及GB/T5313-2010《厚度方向性能钢板》进行取样加工，性能测试结果见下表：

由上表可知：采用本方法获得100mm厚Q460GJ的强度满足要求，压缩比≤4，屈强比0.74，-60℃纵向冲击功≥156J，Z向伸长断面收缩率≥60％。

对实例获得的钢板表面质量检查及内部探伤，合格率均达到100％。

综上所述，本方案提供的特厚Q460GJ钢化学成分合理，采用连铸小压缩比生产，合理的控轧控冷工艺，以及取消了传统的热处理环节，在保证钢板具有低屈强比、高韧性、高Z向性能的基础上，缩短了整个工艺流程，节约了成本，具有良好的市场推广价值。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种压缩比≤4高韧性高Z向性能特厚钢Q460GJ的生产方法，其特征在于：钢板的厚度为80～100mm，压缩比≤4，屈强比≤0.75，-60℃冲击韧性≥150J，Z向拉伸断面收缩率≥60％；

所述钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.1～0.13、Si：0.1～0.3、Mn：1.1～1.3、P≤0.012、S≤0.003、Cr：0.3～0.5、Ti：0.01～0.02、Nb：0.01～0.02、Ni：0.1～0.3、V：0.06～0.07、Als：0.025～0.035，其它为Fe和残留元素；

所述钢板的生产方法包括如下步骤：

a.加热：铸坯采用“低温长保”工艺，一加热≤1000℃，二加热1220～1240℃，均热段1180～1200℃，总加热时间按11～13min/cm控制，其中均热段时间不低于总加热的时间的1/4；

b.控轧控冷：采用两阶段轧制，粗轧开轧温度≥1020℃，道次压下量30～40mm，累计压下率≥50％；精轧采用“中温小压下”，开轧温度800～820℃，道次压下率≤15％，终轧温度790～810℃；轧制结束采用SUPIC冷却，冷速控制在8～10℃/S，返红温度530～550℃；

c.堆冷：钢板经矫直机矫直后，入缓冷坑堆冷，堆冷温度400～500℃，堆冷时间30～40h。

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