CN116640998A - 一种高层建筑用钢q550gj钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高层建筑用钢Q550GJ钢板及其制造方法，属于冶金材料技术领域。本发明高层建筑用钢Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08～0.12％，Si：0.16～0.30％，Mn：1.40～1.70％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.20～0.34％，Mo：0.15～0.25％，Nb：0.020～0.034％，V：0.02～0.04％，Ti：0.009～0.020％，Al：0.020～0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。本发明制得的高层建筑用Q550GJ钢板综合性能优异，具有低屈强比、高强度、高延伸和高低温韧性。

Description

一种高层建筑用钢Q550GJ钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金材料技术领域，具体涉及一种高层建筑用钢Q550GJ钢板及其制造方法。
背景技术
随着世界经济的持续快速发展，城市化建设也迈出了前所未有的步伐，为了节约土地，有效利用空间，城市建筑自然向高层化、大型化方向发展，钢结构因为具有强度高、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，所以备受市场推崇。随着国内建筑结构高层化、大型化、绿色化发展，550MPa甚至更高级别超高强度高层建筑钢的应用前景广阔。
目前对于屈服强度550MPa级超高强度中厚钢板的生产工艺以调质工艺为主，例如，公开号为CN112813354的发明专利公开了一种高层建筑用550MPa级高强度大线能量焊接用厚钢板及制备方法，为了满足优异低温韧性，成分设计中添加0.8％～1.2％Ni，元素成本较高，同时工艺上采用淬火+高温回火工艺生产屈服强度550MPa级高层建筑用钢板，工艺流程相对复杂、成本相对较高，因此该专利所发明的550MPa级高层建筑用钢板综合成本较高。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种成本低、工艺简单、综合性能优异的高层建筑用钢Q550GJ钢板，并且，本发明还提供了该高层建筑用钢Q550GJ钢板的制造方法。
技术方案：本发明所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08～0.12％，Si：0.16～0.30％，Mn：1.40～1.70％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.20～0.34％，Mo：0.15～0.25％，Nb：0.020～0.034％，V：0.02～0.04％，Ti：0.009～0.020％，Al：0.020～0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
进一步地，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08％，Si：0.17％，Mn：1.41％，P：0.014％，S：0.005％，Cr：0.22％，Mo：0.16％，Nb：0.021％，V：0.025％，Ti：0.017％，Al：0.021％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
进一步地，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.10％，Si：0.25％，Mn：1.52％，P：0.012％，S：0.004％，Cr：0.30％，Mo：0.20％，Nb：0.028％，V：0.031％，Ti：0.019％，Al：0.031％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
进一步地，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.12％，Si：0.27％，Mn：1.68％，P：0.011％，S：0.003％，Cr：0.34％，Mo：0.25％，Nb：0.034％，V：0.039％，Ti：0.011％，Al：0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
进一步地，所述Q550GJ钢板的厚度为24～50mm，金相组织为：以贝氏体为主+少量铁素体组织。
本发明所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板的制造方法包括以下工序：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、轧制、冷却和回火热处理。
进一步地，所述加热工序中，加热温度为1210～1230℃，在炉总时间为0.9～14min/cm，钢内部获得均匀的原始奥氏体组织。
进一步地，所述轧制工序中，采用控轧控冷工艺，为两阶段控制轧制，即奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区轧制，总压缩比大于3倍；粗轧开轧温度≥1000℃，该阶段采用大压下量方式；精轧开始温度为850～880℃，待温坯厚度不小于成品厚度3.0倍，该阶段通过保证足够的变形量使得奥氏体晶粒被沿着轧制方向拉伸以及变形，同时通过添加的Nb、V等微合金元素，在该变形过程中应变诱导析出碳氮化物粒子，起到钉扎奥氏体晶粒阻止其长大，从而使得相变后的组织得到细化；终轧温度为820～840℃。
进一步地，所述冷却工序中，轧后经过层流冷却，入水温度为800～820℃，终冷返红温度480℃～540℃，随后空冷至室温。
进一步地，所述回火热处理工序中，回火温度为500～540℃，保温时间为20～40min；轧后通过回火的热处理工艺以消除高层建筑用Q550GJ钢板因强控轧、控冷情况下产生的残余应力、均匀化超高强钢组织，同时获得稳定优异的力学性能。
进一步地，所述工序还包括钢板矫直、检验和入库。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明提供的高层建筑用Q550GJ钢板采用低C低碳当量、微合金化，同时添加少量Cr、Mo元素成分设计，Nb、V等微合金元素使其在两阶段轧制过程中沉淀析出起到钉扎奥氏体晶粒、抑制奥氏体晶粒长大而起到细化晶粒尺寸作用；少量的Cr、Mo元素显著提高钢板的淬透性，通过固溶于基体中显著提高钢的固溶强化作用；同时通过添加少量的Mo元素可以起到抑制回火脆性，确保钢板在随后的回火热处理工艺下仍保证其优异的韧性；
(2)本发明提供的高层建筑用Q550GJ钢板采用控轧控冷+回火的生产工艺，严格控制两阶段轧制过程温度以及压缩比的轧制工艺辅以控制冷却的方式，轧后采用回火的热处理工艺消除残余应力、均匀化超高强钢组织，同时获得稳定优异的力学性能，生产工艺流程短、制备方法简单；
(3)本发明所述的Q550GJ高层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，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为本发明实施例1制得的高层建筑用Q550GJ钢板的显微组织的OM图。
具体实施方式
下面，结合具体实施例和附图进一步对本发明进行说明。
实施例1：本发明所述的高层建筑用Q550GJ钢板的化学成分各元素质量百分比为：C：0.08％，Si：0.17％，Mn：1.41％，P：0.014％，S：0.005％，Cr：0.22％，Mo：0.16％，Nb：0.021％，V：0.025％，Ti：0.017％，Al：0.021％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
厚度为24mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1210℃，在炉总时间220min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1050℃，待温坯厚度72mm，精轧开始温度为860℃，终轧温度为820℃，轧成厚度24mm钢板，总压缩比显著高于3倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为800℃，终冷返红温度540℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经500℃回火，保温时间20min，出炉后空冷至室温，其显微组织的OM图如图1所示，由图1可见，钢板的组织类型以贝氏体为主+少量铁素体。
厚度为50mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1210℃，在炉总时间220min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1050℃，待温坯厚度150mm，精轧开始温度为850℃，终轧温度为824℃，轧成厚度50mm钢板，总压缩比5.5倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为807℃，终冷返红温度530℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经500℃回火，保温时间20min，出炉后空冷至室温。
实施例2：本发明所述的高层建筑用Q550GJ钢板的化学成分各元素质量百分比为：C：0.10％，Si：0.25％，Mn：1.52％，P：0.012％，S：0.004％，Cr：0.30％，Mo：0.20％，Nb：0.028％，V：0.031％，Ti：0.019％，Al：0.031％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
厚度为24mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1210℃，在炉总时间200min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度74mm，精轧开始温度为880℃，终轧温度为840℃，轧成厚度24mm钢板，总压缩比显著高于3倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为820℃，终冷返红温度510℃，随后空冷至室温。
(5)钢板经520℃回火，保温时间30min，出炉后空冷至室温。
厚度为50mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1220℃，在炉总时间198min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度152mm，精轧开始温度为850℃，终轧温度为820℃，轧成厚度50mm钢板，总压缩比5.5倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为805℃，终冷返红温度500℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经520℃回火，保温时间30min，出炉后空冷至室温。
实施例3：本发明所述的高层建筑用Q550GJ钢板的化学成分各元素质量百分比为：C：0.12％，Si：0.27％，Mn：1.68％，P：0.011％，S：0.003％，Cr：0.34％，Mo：0.25％，Nb：0.034％，V：0.039％，Ti：0.011％，Al：0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
厚度为24mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1230℃，在炉总时间286min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1100℃，待温坯厚度75mm，精轧开始温度为870℃，终轧温度为835℃，轧成厚度24mm钢板，总压缩比显著高于3倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为815℃，终冷返红温度500℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经540℃回火，保温时间35min，出炉后空冷至室温。
厚度为50mm的高层建筑用Q550GJ钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1230℃，在炉总时间286min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度155mm，精轧开始温度为880℃，终轧温度为839℃，轧成厚度50mm钢板，总压缩比5.5倍；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为820℃，终冷返红温度480℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经540℃回火，保温时间40min，出炉后空冷至室温。
对比例1：本对比例提供一种550MPa级钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.07％，Si：0.27％，Mn：1.65％，P：0.011％，S：0.003％，Cr：0.34％，Mo：0.10％，Nb：0.025％，V：0.039％，Ti：0.013％，Al：0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
厚度为24mm的550MPa级钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1230℃，在炉总时间286min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1100℃，待温坯厚度75mm，精轧开始温度为870℃，终轧温度为835℃，轧成厚度24mm钢板；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为815℃，终冷返红温度500℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经520℃回火，保温时间35min，出炉后空冷至室温。
厚度为250mm的550MPa级钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1230℃，在炉总时间286min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度155mm，精轧开始温度为880℃，终轧温度为839℃，轧成厚度50mm钢板；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为820℃，终冷返红温度480℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经520℃回火，保温时间40min，出炉后空冷至室温。
对比例2：本对比例提供一种550MPa级钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.11％，Si：0.25％，Mn：1.55％，P：0.012％，S：0.004％，Cr：0.30％，Mo：0.20％，Nb：0.028％，V：0.031％，Ti：0.019％，Al：0.031％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
厚度为24mm的550MPa级钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1210℃，在炉总时间200min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度74mm，精轧开始温度为880℃，终轧温度为840℃，轧成厚度24mm钢板；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为820℃，终冷返红温度510℃，随后空冷至室温。
(5)钢板经480℃回火，保温时间30min，出炉后空冷至室温。
厚度为50mm的550MPa级钢板的制造方法，包括以下工序：
(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220mm；
(2)板坯置于加热炉加热，加热温度为1220℃，在炉总时间198min；
(3)采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1000℃，待温坯厚度152mm，精轧开始温度为850℃，终轧温度为820℃，轧成厚度50mm钢板；
(4)轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为805℃，终冷返红温度500℃，随后空冷至室温；
(5)钢板经580℃回火，保温时间30min，出炉后空冷至室温。
实施例1～实施例3及对比例1～对比例2中钢板的化学成分各元素质量百分比见表1，对钢板的力学性能进行测试，结果见表2。
表1实施例1～实施例3及对比例1～对比例2中钢板的化学成分各元素质量百分比
表2实施例1～实施例3及对比例1～对比例2制得的钢板的力学性能表
由表2可知，实施例1～实施例3制得的钢板的力学性能屈服强度≥557MPa，抗拉强度≥687MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.83，-40℃低温冲击值≥254J，Z向断面收缩率≥55％，均高于标准GB/T 19879-2015所规定的的要求，性能稳定性好，可满足高层建筑结构设计要求；对比例1中由于C、Mo含量低于本发明下限值，采用相同的生产工艺后强度和韧性显著降低；对比例2中采用相似的成分设计由于回火温度低于和高于本发明回火温度范围，屈服强度未能达到目标要求。

Claims (10)

1.一种高层建筑用钢Q550GJ钢板，其特征在于，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08～0.12％，Si：0.16～0.30％，Mn：1.40～1.70％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.20～0.34％，Mo：0.15～0.25％，Nb：0.020～0.034％，V：0.02～0.04％，Ti：0.009～0.020％，Al：0.020～0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板，其特征在于，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.08％，Si：0.17％，Mn：1.41％，P：0.014％，S：0.005％，Cr：0.22％，Mo：0.16％，Nb：0.021％，V：0.025％，Ti：0.017％，Al：0.021％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板，其特征在于，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.10％，Si：0.25％，Mn：1.52％，P：0.012％，S：0.004％，Cr：0.30％，Mo：0.20％，Nb：0.028％，V：0.031％，Ti：0.019％，Al：0.031％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板，其特征在于，所述Q550GJ钢板的化学成分质量百分比为：C：0.12％，Si：0.27％，Mn：1.68％，P：0.011％，S：0.003％，Cr：0.34％，Mo：0.25％，Nb：0.034％，V：0.039％，Ti：0.011％，Al：0.040％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求1所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板，其特征在于，所述Q550GJ钢板的厚度为24～50mm，金相组织为：以贝氏体为主+少量铁素体组织。
6.一种权利要求1所述的高层建筑用钢Q550GJ钢板的制造方法，其特征在于，包括以下工序：转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、轧制、冷却和回火热处理。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述加热工序中，加热温度为1210～1230℃，在炉总时间为0.9～14min/cm。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述轧制工序中，采用控轧控冷工艺，为两阶段控制轧制，总压缩比大于3倍；粗轧开轧温度≥1000℃，该阶段采用大压下量方式；精轧开始温度为850～880℃，终轧温度为820～840℃。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述冷却工序中，轧后经过层流冷却，入水温度为800～820℃，终冷返红温度480℃～540℃，随后空冷至室温。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述回火热处理工序中，回火温度为500～540℃，保温时间为20～40min。
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