CN115341139A - 一种100mm以上特厚Q460GJ钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种100mm以上特厚Q460GJ钢板及其制造方法，所述钢板的化学成分按质量百分数计为C：0.14%~0.19%，Si：0.20%~0.40%，Mn：1.50%~1.70%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.041%~0.055%，V：0.065%~0.085%，Ti：0.010~0.020%，Al：0.01~0.04%，N：<0.0060%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；其制造方法包括转炉冶炼、炉外精炼、钢水浇筑连铸坯；连铸坯依次经过板坯加热炉加热、宽厚板轧机控制轧制、控制冷却、钢板矫直、正火、控制冷却、检验及入库工序，可满足高层大型化建筑设计的需求。

Description

一种100mm以上特厚Q460GJ钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种建筑用钢板及其制造方法，尤其涉及一种100mm以上特厚Q460GJ钢板及其制造方法。
背景技术
钢结构由于具有强度高、自重轻、抗震性能好，易于建成大跨度、大空间，建造周期短、质量更可靠、环保和可再利用等特点，目前备受市场推崇。随着建筑结构逐步向高层化、大跨度、大型化、绿色化发展，建筑结构用钢也在朝着大厚度、高强度、高韧性方向发展，低成本大厚度460MPa高强度级别建筑钢应用前景广阔。
正火态钢板由于其具有良好的强韧性、组织均匀以及稳定的力学性能等优点，大型高层建筑结构以及钢结构建筑的关键部位对钢板厚度以及性能要求较高，因此会选择正火态交货的大厚度钢板。正火态钢板的组织主要为铁素体+珠光体，正火后强度明显下降，难以满足高强度级别的要求，因此为了达到正火后仍满足高强度要求，现有工艺下需要添加大量合金元素以弥补正火后强度的损失。例如，公开号CN104805374的“一种厚度超过120mm的Q460E钢板及其制造方法”，采用正火工艺生产了460MPa级结构钢，该专利通过添加0.25～0.35％Cu、0.15～0.25％Ni以及少量Mo和Cr等贵重金属元素，以达到正火后高强高韧性的要求，生产成本较高；公开号CN101613828的“屈服强度460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及制造方法”采用低成本的成分设计，生产工艺为两相区淬火+高温回火的方式生产出厚度≥80mm建筑用钢板，生产工艺复杂且成本相对较高。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种具有低屈强比、高强度、高延伸、高低温韧性的优异的综合性能的100mm以上特厚Q460GJ钢板；本发明的另一目的旨在提供一种操作简便，成本低廉的所述钢板的制造方法。
技术方案：本发明所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板，其化学成分中各元素质量百分数为：C：0.14％～0.19％，Si：0.20％～0.40％，Mn：1.50％～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Nb：0.041％～0.055％，V：0.065％～0.085％，Ti：0.010～0.020％，Al：0.01～0.04％，N：<0.0060％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
优选地，所述钢板的化学成分中各元素质量百分数为：C：0.14～0.18％，Si：0.21～0.35％，Mn：1.51～1.68％，P：0.011～0.015％，S：0.008～0.010％，Nb：0.042～0.054％，V：0.066～0.083％，Ti：0.012～0.017％，Al：0.013～0.038％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
所述100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，包括将与所述Q460GJ钢具有相同组分的钢坯依次经过转炉冶炼工序、炉外精炼工序、钢水浇筑连铸坯工序生产出目标成分的Q460GJ钢连铸坯；连铸坯依次经过板坯加热炉加热工序、宽厚板轧机控制轧制、控制冷却、钢板矫直、正火、控制冷却、检验以及入库工序。
优选地，所述板坯加热炉加热工序为控制加热温度为1160～1200℃，在炉总时间9～13min/cm，钢内部获得均匀的原始奥氏体组织。
优选地，所述轧制工序采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制：粗轧开轧温度为1120～1160℃，该阶段采用大压下量方式，第一道次压下量≥30mm，该阶段为奥氏体再结晶区控制轧制，对原奥氏体晶粒进行反复轧制，第一道次采用大压下使原奥氏体晶粒产生大变形，使之产生一定的临界应变从而继续发生再结晶起到减小再结晶后晶粒尺寸的效果；精轧开始温度为790～810℃，待温坯厚度不小于成品厚度1.5倍，该阶段为奥氏体未再结晶区控制轧制，奥氏体晶粒被沿着轧制方向拉伸，晶粒内部会产生明显的变形带，通过添加适量的Nb、V、Ti等微合金元素，在轧制过程中通过应变诱导析出微合金元素的碳氮化物粒子，起到钉扎奥氏体晶粒的作用，从而进一步细化相变后的组织；终轧温度为780～800℃。
优选地，所述冷却工序为轧后经过层流冷却，入水温度为760～780℃，终冷返红温度600℃～640℃，随后空冷至室温。
优选地，所述热处理工艺为将钢板正火温度控制在Ac3+(20～40)℃，保温时间30～45min，出炉后控制冷却，冷却至返红温度460～540℃，然后空冷至室温。
本发明所述的100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板，水冷后钢板获得晶粒尺寸细小的铁素体+珠光体+少量贝氏体组织，且铁素体和珠光体散乱分布，不呈现明显的带状特征，细晶强化作用显著；对于厚板来说，空冷冷却速度较慢，精确控制适宜的返红温度可以起到自回火的效果，微合金元素Nb和V在此过程中以碳氮化物形式充分析出，进一步起到析出强化作用以弥补正火后强度损失，钢板具有优异的综合性能，钢板性能稳定、综合成本低。
本发明通过低成本的成分设计，正火后采用控制冷却的生产工艺，冷却至适宜温度以达到显著细化晶粒尺寸效果，同时通过自回火的方式稳定钢板组织性能，让微合金元素Nb和V在此过程中以碳氮化物形式充分析出，进一步起到析出强化作用以弥补正火后强度损失，开发出性能优异的100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)钢板成分采用中碳、微合金化成分设计，合金成本较低，通过控轧控冷的轧制方式以达到显著细化原奥氏体晶粒尺寸的效果；(2)制造方法采用正火+控制冷却的生产工艺，正火温度Ac3+(20～40)℃，保温时间30～45min，出炉后控制冷却，冷却至返红温度460～540℃，然后空冷至室温，正火后控制冷却+厚板冷速慢的特点以起到充分自回火的方式达到低成本生产大厚度Q460GJ钢的效果；(3)所述的100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板具有低屈强比、高强度、高延伸、高低温韧性的优异的综合性能，同时，所述的钢板具有性能稳定性好的特点，对于高层、超高层、大型化建筑钢结构建筑的发展具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中100mm厚Q460GJ建筑用钢板显微组织的OM照片；
图2为本发明中120mm厚Q460GJ建筑用钢板显微组织的OM照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.14％，Si：0.25％，Mn：1.51％，P：0.013％，S：0.009％，Nb：0.042％，V：0.066％，Ti：0.015％，Al：0.027％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素(如表1所示)。
1.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1160℃，在炉总时间288min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1130℃，第一道次压下量30mm，待温坯厚度180mm，精轧开始温度为800℃，终轧温度为780℃，轧制钢板厚度100mm；所述钢板显微组织的OM照片如图1所示；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为760℃，终冷返红温度640℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+20℃，保温时间30min，出炉后控制冷却，水冷到540℃后空冷至室温。
1.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1160℃，在炉总时间320min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1130℃，第一道次压下量30mm，待温坯厚度190mm，精轧开始温度为790℃，终轧温度为780℃，轧制钢板厚度120mm；所述钢板显微组织的OM照片如图2所示；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为760℃，终冷返红温度620℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+20℃，保温时间45min，出炉后控制冷却，水冷到460℃后空冷至室温。
实施例2
一种100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.16％，Si：0.21％，Mn：1.60％，P：0.015％，S：0.010％，Nb：0.046％，V：0.075％，Ti：0.017％，Al：0.013％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素(如表1所示)。
2.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1180℃，在炉总时间320min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1140℃，第一道次压下量32mm，待温坯厚度160mm，精轧开始温度为805℃，终轧温度为795℃，轧制钢板厚度100mm；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为770℃，终冷返红温度615℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+30℃，保温时间18min，出炉后控制冷却，水冷到520℃后空冷至室温。
2.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1180℃，在炉总时间380min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1145℃，第一道次压下量31mm，待温坯厚度180mm，精轧开始温度为800℃，终轧温度为790℃，轧制钢板厚度120mm；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为770℃，终冷返红温度600℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+30℃，保温时间40min，出炉后控制冷却，水冷到470℃后空冷至室温。
实施例3
一种100mm以上特厚Q460GJ建筑用钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.18％，Si：0.35％，Mn：1.68％，P：0.011％，S：0.008％，Nb：0.054％，V：0.083％，Ti：0.012％，Al：0.038％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素(如表1所示)。
3.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1200℃，在炉总时间380min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1160℃，第一道次压下量30mm，待温坯厚度170mm，精轧开始温度为810℃，终轧温度为800℃，轧制钢板厚度100mm；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为780℃，终冷返红温度600℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+40℃，保温时间40min，出炉后控制冷却，水冷到500℃后空冷至室温。
3.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度320mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1200℃，在炉总时间416min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1160℃，第一道次压下量32mm，待温坯厚度185mm，精轧开始温度为810℃，终轧温度为800℃，轧制钢板厚度120mm；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为780℃，终冷返红温度610℃，随后空冷至室温；
(5)钢板进行正火热处理工序，钢板正火温度Ac3+40℃，保温时间35min，出炉后控制冷却，水冷到480℃后空冷至室温。
表1Q460GJ建筑用钢化学成分质量百分比(wt.％)
C Si Mn P S Nb V Ti Al Fe
实施例1 0.14 0.25 1.51 0.013 0.009 0.042 0.066 0.015 0.027 余量
实施例2 0.16 0.21 1.60 0.015 0.010 0.046 0.075 0.017 0.013 余量
实施例3 0.18 0.35 1.68 0.011 0.008 0.054 0.083 0.012 0.038 余量
表2Q460GJ建筑用钢力学性能
Figure BDA0003754978940000051
Figure BDA0003754978940000061
由表2可知，实施例1～3力学性能屈服强度≥464MPa，抗拉强度≥611MPa，延伸率≥20％，屈强比≤0.79，-20℃低温冲击值≥81J，Z向断面收缩率≥51％，均高于标准GB/T19879-2015所规定的的要求，性能稳定性好，可满足我国高层建筑结构设计要求。

Claims (7)

1.一种100mm以上特厚Q460GJ钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分中各元素质量百分数为：C：0.14%~0.19%，Si：0.20%~0.40%，Mn：1.50%~1.70%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，Nb：0.041%~0.055%，V：0.065%~0.085%，Ti：0.010~0.020%，Al：0.01~0.04%，N：<0.0060%，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分中各元素质量百分数为：C：0.14~0.18%，Si：0.21~0.35%，Mn：1.51~1.68%，P：0.011~0.015%，S：0.008~0.010%，Nb：0.042~0.054%，V：0.066~0.083%，Ti：0.012~0.017%，Al：0.013~0.038%，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
3.一种权利要求1所述100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，其特征在于，包括将与所述Q460GJ钢具有相同组分的钢坯依次经过转炉冶炼工序、炉外精炼工序、钢水浇筑连铸坯工序生产出目标成分的Q460GJ钢连铸坯；连铸坯依次经过板坯加热炉加热工序、宽厚板轧机控制轧制、控制冷却、钢板矫直、正火、控制冷却、检验以及入库工序。
4.根据权利要求3所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯加热炉加热工序为控制加热温度为1160~1200℃，在炉总时间9~13min/cm，钢内部获得均匀的原始奥氏体组织。
5.根据权利要求3所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，其特征在于，所述轧制工序采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制：粗轧开轧温度为1120~1160℃，该阶段采用大压下量方式，第一道次压下量≥30mm；精轧开始温度为790~810℃，待温坯厚度不小于成品厚度1.5倍；终轧温度为780~800℃。
6.根据权利要求3所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，其特征在于，所述冷却工序为轧后经过层流冷却，入水温度为760~780℃，终冷返红温度600℃~640℃，随后空冷至室温。
7.根据权利要求3所述的100mm以上特厚Q460GJ钢板的制造方法，其特征在于，所述热处理工艺为将钢板正火温度控制在Ac3+(20~40)℃，保温时间30~45min，出炉后控制冷却，冷却至返红温度460~540℃，然后空冷至室温。
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