CN114525456A - 一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于中厚板制造领域，提供了一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板及其生产方法。其生产方法包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。该方法采用250mm厚的连铸坯能够生产8～60mm的35Kg级建筑结构钢板，其最高碳含量为0.14wt％，不仅能够保证钢板强度符合要求，屈强比≤0.80，‑40℃低温冲击韧性能够保证≥120J，远远超出国标的基本要求，还能够保证Z35厚度方向性能、探伤性能和焊接性能。

Description

一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于中厚板制造领域，特别涉及一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板及其生产方法。
背景技术
随着我国钢材供应量和技术、质量水平的不断提高，建筑物使用的材料正在由混凝土向钢结构转变。与混凝土结构相比，钢结构具有重量轻、跨度大、建造周期短、可在工厂进行预制、可方便回收等一系列优势。我国的高层建筑、大跨度会展中心、火车站、工业厂房等建筑采用钢结构越来越多，对钢板的技术要求也越来越高。
为保证建筑结构的安全性，GB19879要求建筑结构钢板在保证强度的前提下，要求具有较高的韧性，还要保证屈强比不超过一定的值，这都是为提高建筑的安全性而提出的要求。具体到35Kg级的Q345GJE级钢板要求屈服强度不低于345MPa，抗拉强度490～610MPa，-40℃冲击功不低于47J，屈强比不高于0.80。同时，由于建造建筑结构的梁、柱均在工厂进行预制，采用建筑结构钢板焊接而成，为提高预制的焊接效率，大多采用较大的输入线能量，这就要求钢板具有较高的可焊接性。
采用较低的碳含量(C≤0.14wt％)，能够显著提高钢板的低温冲击韧性，同时钢的碳当量和焊接裂纹敏感性指数较低，便于实施大线能量焊接。但较低碳含量会导致铁素体含量提高而珠光体含量降低，明显提高屈强比，要保证屈强比≤0.80难度较大。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种安全性和加工制造效率均高于常规产品的高韧性35Kg级建筑结构用钢板及其生产方法。本发明采用低碳成分体系，适当添加了微合金元素，并对轧制、矫直和水冷工艺进行的创新性设计，通过远高于国标要求的低温冲击韧性和较低的屈强比，来提高钢板的安全性；通过降低碳当量和焊接裂纹敏感系数，适应较大热输入能量，提高建筑钢结构的加工制作效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板，钢板化学成分质量百分比为：C：0.10～0.14％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.25～1.40％，P≤0.020％，S≤0.007％，Als：0.020～0.050％，Nb：0.025～0.040％，V：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.38％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.23％。
进一步的，所述钢板屈服强度345～455MPa，抗拉强度490～610MPa，断后伸长率≥22％，屈强比≤0.80，-40℃纵向冲击功≥120J；钢板厚度范围为[8,60]mm。
本发明还公开了上述高韧性35Kg级建筑结构用钢板的生产方法，具体包括高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
进一步的，上述方法具体步骤如下：
(1)铁水预脱硫，使得入炉铁水S≤0.003wt％；
(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼，合理控制终点碳、磷及温度，使成品成分质量分数满足要求；
(3)精炼：钢水经LF、VD精炼，满足[P]≤180ppm，[S]≤60ppm，[N]≤45ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm，VD保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟；
(4)板坯连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，钢水过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
(5)连铸坯再加热，保证出炉温度控制在1150～1190℃；
(6)连铸坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1130℃以上，粗轧阶段提高道次压下量；待温厚度为成品厚度的1.5倍以上；精轧开轧温度控制在910℃以下，终轧温度控制在820～860℃之间；
(7)轧后钢板不立即进行加速冷却，先送到矫直机，进行两道次矫直，再开回水冷区之前，重新进入水冷区进行加速冷却。选择适当的辊道速度和矫直机冷却水量，保证钢板入水温度控制在730～750℃之间；返红温度630～670℃，冷却速率控制在4～15℃/s。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种安全性和加工制造效率均高于常规产品的建筑结构用钢板。通过远高于国标要求的低温冲击韧性和较低的屈强比，来提高钢板的安全性；通过降低碳当量和焊接裂纹敏感系数，以适应较大热输入能量，提高建筑钢结构的加工制造效率。
为实现上述主要目的，本发明采用低碳成分体系，并适当添加了微合金元素。低碳成分能够显著提高低温冲击韧性、改善焊接性，但对于控制钢板的屈强比带来较大难度。
为此本发明又采用了创新性的轧制、矫直与水冷工艺，通过严格控制钢板的终轧温度和入水温度、增加水冷前矫直等措施，使轧后钢板首先完成部分铁素体相变后，再进入水冷区进行加速冷却。这样入水前先析出的是强度硬度较低的多边形铁素体，而加速冷却过程中剩余的奥氏体相变后形成的是强度硬度较高的准多边形铁素体、粒状贝氏体和珠光体组织。采用这一生产工艺，能够获得合理的铁素体和珠光体比例，保证了钢板的低温冲击韧性和焊接性，实现了在降低碳含量的情况下，保证-40℃冲击功达到120J以上，远远超出国标的基本要求，同时仍能保证屈强比≤0.80。还能够获得满意的Z35厚度方向性能、探伤性能和焊接性能。
在钢板入水温度控制方面，本发明采用先进行矫直再入水冷区的创新性措施。与常规工艺相比有两个优点：第一，是经矫直后的钢板再进入冷却区，能够使整个板面的冷却更加均匀，性能更稳定；第二，使等待冷却的钢板远离轧机，避免了等待冷却的钢板与正常轧制钢板的互相干扰。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板1/4厚度处的金相组织(100×)；
图2为本发明实施例2钢板1/4厚度处的金相组织(100×)；
图3为本发明实施例3钢板1/4厚度处的金相组织(100×)。
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。
本发明公开了一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板，所述钢板厚度规格为[8,60]mm，钢板化学成分质量百分比为：C：0.10～0.14％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.25～1.40％，P≤0.020％，S≤0.007％，Als：0.020～0.050％，Nb：0.025～0.040％，V：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.38％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.23％。
本发明的高韧性35Kg级建筑结构用钢板的生产方法为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
具体工艺条件为：
(1)铁水预脱硫，使得入炉铁水S≤0.003wt％；
(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼，合理控制终点碳、磷及温度，使成品成分质量分数满足要求：C：0.10～0.14％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.25～1.40％，P≤0.020％，S≤0.007％，Als：0.020～0.050％，Nb：0.025～0.040％，V：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.38％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.23％；
(3)精炼：钢水经LF、VD精炼，满足[P]≤180ppm，[S]≤60ppm，[N]≤45ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm，VD保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟，控制好软吹压力，最大程度的使钢水中的夹杂物上浮；
(4)板坯连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，钢水过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
(5)连铸坯再加热：热装炉或冷装炉均可，保证出炉温度控制在1150～1190℃；
(6)连铸坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1130℃以上，粗轧阶段提高道次压下量；待温厚度为成品厚度的1.5倍以上；精轧开轧温度以保证终轧温度为准，但应控制在910℃以下，终轧温度控制在820～860℃之间；
(7)轧后钢板不立即进行加速冷却，先送到矫直机，进行两道次矫直，再开回水冷区之前，重新进入水冷区进行加速冷却。通过选择适当的辊道速度和矫直机冷却水量，保证钢板入水温度控制在730～750℃之间；返红温度630～670℃，冷却速率控制在4～15℃/s；
通过以上控轧控冷工艺获得铁素体+珠光体+少量贝氏体组织。
以下通过3个实施例进行生产工艺的详细描述。
实施例1
本实施例钢板的生产流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
具体的：在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯；连铸坯再加热出炉温度1162℃；连铸坯出炉后轧制：粗轧开轧温度1141℃，终轧温度1036℃，中间坯厚度为70mm；精轧开轧温度为906℃，终轧温度854℃，轧制成20mm的钢板；钢板入水温度744℃，返红温度654℃。
成品钢板的化学质量成分为：C：0.11％，Si：0.27％，Mn：1.28％，P：0.017％，S：0.006％，Als：0.039％，Nb：0.028％，V：0.018％，Ti：0.017％，Ceq：0.329％，Pcm：0.185％。
成品钢板的性能情况见表1：
表1
Figure BDA0003521130790000061
钢板厚度1/4处的金相组织(100×)如图1。
实施例2
本实施例钢板的生产流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
具体的：在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯；连铸坯再加热出炉温度1164℃；连铸坯出炉后轧制：粗轧开轧温度1149℃，终轧温度1051℃，中间坯厚度为82mm；精轧开轧温度为862℃，终轧温度838℃，轧制成36mm的钢板；钢板入水温度746℃，返红温度645℃。
成品钢板的化学质量成分为：C：0.12％，Si：0.36％，Mn：1.35％，P：0.014％，S：0.005％，Als：0.029％，Nb：0.034％，V：0.023％，Ti：0.020％，Ceq：0.352％，Pcm:0.202％。
成品钢板的性能情况见表2：
Figure BDA0003521130790000071
钢板厚度1/4处的金相组织(100×)如图2。
实施例3
本实施例钢板的生产流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
具体的：在120t转炉上冶炼钢水，将钢水浇铸成250mm厚板坯；连铸坯再加热出炉温度1164℃；连铸坯出炉后轧制：粗轧开轧温度1145℃，终轧温度1043℃，中间坯厚度为110mm；精轧开轧温度为831℃，终轧温度826℃，轧制成60mm的钢板；钢板入水温度747℃，返红温度638℃。
成品钢板的化学质量成分为：C：0.13％，Si：0.36％，Mn：1.35％，P：0.015％，S：0.004％，Als：0.038％，Nb：0.036％，V：0.026％，Ti：0.018％，Ceq：0.362％,Pcm：0.213％。
成品钢板的性能情况见表3：
Figure BDA0003521130790000081
钢板1/4厚度处的金相组织(100×)如图3。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (4)

1.一种高韧性35Kg级建筑结构用钢板，其特征在于：钢板化学成分质量百分比为：C：0.10～0.14％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.25～1.40％，P≤0.020％，S≤0.007％，Als：0.020～0.050％，Nb：0.025～0.040％，V：0.015～0.030％，Ti：0.008～0.025％，余量为Fe以及不可避免的杂质，同时满足碳当量CEV≤0.38％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.23％。
2.如权利要求1所述的高韧性35Kg级建筑结构用钢板，其特征在于：所述钢板屈服强度345～455MPa，抗拉强度490～610MPa，断后伸长率≥22％，屈强比≤0.80，-40℃纵向冲击功≥120J；钢板厚度范围为[8,60]mm。
3.如权利要求1所述的高韧性35Kg级建筑结构用钢板的生产方法，其特征在于：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→脱氧合金化→LF精炼→VD精炼→板坯连铸→板坯再加热→板坯除鳞→3500轧机轧制→矫直→层流冷却→矫直→空冷→成品取样检验→入库。
4.如权利要求3所述的高韧性35Kg级建筑结构用钢板的生产方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)铁水预脱硫，使得入炉铁水S≤0.003wt％；
(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼，合理控制终点碳、磷及温度，使成品成分质量分数满足要求；
(3)精炼：钢水经LF、VD精炼，满足[P]≤180ppm，[S]≤60ppm，[N]≤45ppm、[O]≤25ppm、[H]≤1.5ppm，VD保真空时间≥10分钟，脱气结束后软吹时间≥12分钟；
(4)板坯连铸采用全过程保护浇注，稳定中包液面，钢水过热度控制在10～25℃之间，拉速稳定在1.05m/min，铸成250mm厚板坯；
(5)连铸坯再加热，保证出炉温度控制在1150～1190℃；
(6)连铸坯出炉后轧制，粗轧开轧温度1130℃以上，粗轧阶段提高道次压下量；待温厚度为成品厚度的1.5倍以上；精轧开轧温度控制在910℃以下，终轧温度控制在820～860℃之间；
(7)轧后钢板不立即进行加速冷却，先送到矫直机，进行两道次矫直，再开回水冷区之前，重新进入水冷区进行加速冷却；选择适当的辊道速度和矫直机冷却水量，保证钢板入水温度控制在730～750℃之间；返红温度630～670℃，冷却速率控制在4～15℃/s。
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