CN103469074A - 一种q345的z向特厚低合金高强度结构钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚度为50～70mm的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板，钢板中钢的化学成分重量百分数为：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014、其余为Fe；碳当量：0.40～0.42。同时，本发明还公开了一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法。本发明具有产品综合性能好，冲击韧性高，尤其具有较好的Z向性能，产品质量稳定，产品合格率高等优点。

Description

一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金行业钢板及其加工工艺技术领域，具体涉及到一种Q345系列厚度在50～70mm的普通碳素结构钢板及其生产方法。

 

背景技术

焊接连接的钢结构中，当钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚度方向的拉力时，为避免焊接时产生层状撕裂，需采用抗层状撕裂的钢材（通常简称为“Z向钢”）。厚板存在层状撕裂问题，故要提出Z向性能测试。钢板和型钢经过滚轧成型的，一般多高层钢结构所用钢材为热轧成型，热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒。钢锭浇筑时形成的气泡和裂纹，可在高温和压力作用下焊合，从而使钢材的力学性能得到改善。然而这种改善主要体现在沿轧制方向上，因钢材内部的非金属夹杂物(主要为硫化物、氧化物、硅酸盐等)经过轧压后被压成薄片，仍残留在钢板中(一般与钢板表面平行)，而使钢板出现分层（夹层）现象。这种非金属夹层现象。使钢材沿厚度方向受拉的性能恶化。因此钢板在三个方向的机械性能是有差别的：沿轧制方向最好；垂直于轧制方向的性能稍差；沿厚度方向性能又次之。一般厚钢板较易产生层状撕裂，因为钢板越厚，非金属夹杂缺陷越多，且焊缝也越厚，焊接应力和变形也越大。为解决这个问题，最好采用Z向钢。这种钢板是在某一级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊冶练、处理的钢材，其含硫量为一般钢材的1／5以下，断面收缩率在15%以上。钢板沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为Z向性能。钢板的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到，一般用断面收缩率来度量。我国生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25、Z35，Z字后面的数字为断面收缩率(%)的指标。

厚度在50～70mm的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板广泛用于造船、机械、建筑、压力容器、锅炉和大型结构等，随着我国国民经济的迅速发展，对Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的需求也不断增加。特厚钢板是指厚度≥50mm的钢板，从国内外其他企业生产Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的经验来看，无论是炼钢环节还是轧钢环节，特厚钢板的生产具有很大的难度。对于炼钢环节，铸坯厚度越大，板坯质量特别是中心偏析和有害气体含量的控制难度越大。对于轧钢环节，随着钢板厚度的增加，轧制送厚比（控轧厚度与成品厚度的比值，送厚比=控轧厚度÷成品厚度，下同）的减小，轧制过程中降温慢、轧后冷却强度难于提高等因素，导致特厚钢板的控轧难度增加，产品冲击韧性有逐渐恶化的趋势，产品性能质量不稳定，初试性能合格率不到90％。如何保证产品强度性能和改善产品冲击韧性，保障产品性能质量稳定，提高产品合格率，也是本领域急需要解决的问题。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种屈服强度≥325Mpa，抗拉强度470～630Mpa，延伸率≥21%，冲击韧性（20℃、0℃纵向AKV）≥38J，断面收缩率≥15%，厚度50～70mm的钢板及其生产方法，并能达到产品性能质量稳定和合格率高的要求。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板，该钢板的厚度在50～70mm，该钢板包含如下质量百分比的化学成分（本发明的化学成分均指质量百分比，以下不在重复阐述）：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014；其余为Fe；碳当量：0.40～0.42，碳当量的含义及其计算符合GB/T 1591的规定。

本发明还提供了一种生产上述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，该方法包括钢坯加热、高压水除鳞、钢坯粗轧、钢坯精轧、轧后冷却和热处理工序；钢坯加热工序中，加热炉的出钢温度控制在1050～1200℃；在高压水除鳞工序中，钢坯加热出炉后，利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化铁皮和其他附着物；在钢坯粗轧工序中，粗轧完成的钢坯厚度为成品厚度的2倍以上；在钢坯精轧工序中，精轧控轧温度控制在≤860℃，精轧终轧温度控制在800～830℃；在轧后冷却工序中，采用堆冷工艺，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥72小时，正火温度890～910℃，加热系数1.2～1.5min/mm。

作为本发明的优选方案，在上述生产方法的钢坯精轧工序中，精轧终轧温度控制在800～820℃。

作为本发明的优选方案，在上述生产方法的钢坯粗轧工序中，所述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的厚度在50～60mm时，控轧厚度为成品厚度的3倍以上。

以上内容中，粗轧完成的钢坯厚度也就是粗轧工序结束时的钢坯厚度，即为送入精轧工序的精轧开轧厚度；控制轧制是在精轧阶段进行的，钢坯进入控制轧制阶段的钢坯厚度即为控轧厚度。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、控制碳当量，控制S含量，保证了产品强度性能，改善了产品冲击韧性；产品综合性能良好，屈服强度达到315～405Mpa，抗拉强度达到500～555Mpa，延伸率达到24.5%～34.5%，冲击韧性：20℃纵向AKV达到207～279J，0℃纵向AKV到达187～283J；断面收缩率到达62.5～74.3%。

2、通过钢板化学成分的优化设计、轧制工艺和冷却方案的合理制定，保障产品性能质量稳定，初试性能合格率为90%～95.24%。

 

附图说明

图1是Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的碳当量与抗拉强度的关系图；

图2是Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的碳当量与延伸率的关系图；

图3是Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的S含量与冲击韧性（20℃、0℃纵向AKV）的关系图；

图4是Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的送厚比与屈服强度的关系图；

图5是Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的送厚比与抗拉强度的关系图。

 

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的厚度在50～70mm，该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014；其余为Fe；碳当量：0.40～0.42，碳当量的含义及其计算符合GB/T 1591的规定。

生产上述的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，该方法包括钢坯加热、高压水除鳞、钢坯粗轧、钢坯精轧、轧后冷却和热处理工序。

在上述生产方法的钢坯加热工序中，充分利用蓄热式步进加热炉的设备技术优势，严格控制加热质量，确保钢坯加热的均匀性。根据轧机力能情况，同时保证钢坯具有较小尺寸的原始奥氏体晶粒，加热炉的出钢温度控制在1050～1200℃。

在上述生产方法的高压水除鳞工序中，钢坯加热出炉后，利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化铁皮和其他附着物，为确保钢板具有良好的表面质量奠定基础。

在上述生产方法的钢坯粗轧工序中，有效利用粗轧机轧制力大的优势，在兼顾设备安全的同时，遵循“尽可能增大单道次压下量，缩减道次数”的道次分布和轧制原则，根据成品厚度和钢坯精轧工序要求，严格控制好粗轧阶段完成的钢坯厚度，粗轧完成的钢坯厚度为成品厚度的2倍以上，为精轧机的控制轧制创造良好条件。对于薄规格的钢板，如厚度为50～60mm，最终完成的钢坯厚度为成品厚度的3倍以上。

在上述生产方法的钢坯精轧工序中，为了保证产品具有良好的综合性能，钢板进行更为有效的控制轧制，控制方法为“尽可能增大单道次压下量，缩减道次数”的道次分布,体现“大轧力、少道次”的工艺要求。精轧控轧温度控制在≤860℃，精轧终轧温度控制在800～830℃，精轧终轧温度优选控制在800～820℃。

在上述生产方法的后冷却工序中，为了提高钢板强度性能而采用对钢板进行ACC强水冷却，但与此同时，将会对钢板的塑性指标如延伸率和冲击韧性带来不良影响，因此采用堆冷工艺，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥72小时。

在上述生产方法的热处理工序中，为了消除不均匀组织对钢板的力学性能造成的不利影响，使钢板具有良好的强韧性、减小各项异性，正火温度890～910℃，加热系数1.2～1.5min/mm。

以下为本发明20个实施例。

表1为本发明实施例的钢板厚度和化学成分。

表1本发明实施例的钢板厚度和化学成分（质量百分比：%）

表2为实施例的生产方法的工艺参数

表2 本发明实施例的生产方法的工艺参数

对各实施例试验钢板取样，按照GB/T 13239-2006标准，采用MTS NEW810型拉伸试验机，以3mm/min恒定的夹头移动速率进行拉伸，测试横向拉伸性能，取样部位为板厚的1/4处，试验结果取2个试样的平均值。按照GB/T 229-2007标准，采用NCS系列500J仪器化摆锤式冲击试验机，测试冲击韧性（20、0℃纵向AKV），取样部位为板厚的1/4处，试验结果取3个试样的平均值。实施例的力学性能测试结果见表3。

表3 本发明实施例的力学性能测试结果

由表1和表3可以看到，随着碳当量的增大，抗拉强度也增大（如图1所示），但延伸率降低（如图2所示）；实施例6和实施例7的碳当量均为0.39，对应的抗拉强度（MPa）分别为485和480，为了保证抗拉强度具有一定的富余量，建议碳当量不得低于0.40%；实施例4的碳当量为0.43%，对应的延伸率（%）为20，因此，建议碳当量应不高于0.42%；综上所述，为了保证有富余的抗拉强度和延伸率，碳当量应控制在0.40～0.42%。

由表1和表2可以看到，随着S（硫）含量的增大，将降低冲击韧性(0℃纵向AKV)，实施例14和实施例18的S（硫）含量分为0.008%，对应的冲击韧性(0℃纵向AKV)分别为120J和98J，对应的Z向断面收缩率分别为32.1%和30%，为了保证有富余的冲击韧性(0℃纵向AKV)和Z向断面收缩率，S（硫）含量应控制在S≤0.007%。

由表2和表3可以看到，实施例11、16和19的精轧终轧温度为810～840℃，对应的屈服强度（MPa）分别为320、325和325，对应的延伸率（%）分别为22、21和21.5，屈服强度和延伸率均比较低，因此，优选精轧终轧温度为800～830℃。

由表1、2和3可知道，随着送厚比的增大，屈服强度和抗拉强度也呈现增大的趋势，送厚比为2～2.5的屈服强度（MPa）和抗拉强度（MPa）的平均值分别为331和504，送厚比为≥2.5的屈服强度（MPa）和抗拉强度（MPa）的平均值分别为365和529，送厚比为≥2.5比送厚比为2～2.5的屈服强度（MPa）和抗拉强度（MPa）分别平均高10%和5%，因此，要求钢板的控轧厚度应为成品厚度的2.5倍以上。

采用本发明的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板及其生产方法，共生产厚度为50～70mm的产品171批，产品合格率为95.24%，产品综合性能良好，屈服强度达到315～405Mpa，抗拉强度达到500～555Mpa，延伸率达到24.5%～36%，冲击韧性：冲击韧性：0℃纵向AKV达到187～283J，20℃纵向AKV达到207～279J，具体结果见下表4所示：

表4 钢板性能统计

在上述表4中，内控指内控性能指标；实物指实际产品，也就是采用本发明的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板及其生产方法实际生产出的产品。

由此表4可看出，按照本发明生产的钢板，屈服强度达到315～405Mpa，抗拉强度达到500～555Mpa，延伸率达到24.5%～36%，冲击韧性：0℃纵向AKV达到187～283J，20℃纵向AKV达到207～279J。

Claims (4)

1.一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板，其特征在于：所述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的厚度在50～70mm，所述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板包含如下质量百分比的化学成分：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014；其余为Fe；碳当量：0.40～0.42。

2.一种如权利要求1所述的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，其特征在于：该方法包括钢坯加热、高压水除鳞、钢坯粗轧、钢坯精轧、轧后冷却和热处理工序；钢坯加热工序中，加热炉的出钢温度控制在1050～1200℃；在高压水除鳞工序中，钢坯加热出炉后，利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化铁皮和其他附着物；在钢坯粗轧工序中，粗轧完成的钢坯厚度为成品厚度的2倍以上；在钢坯精轧工序中，精轧控轧温度控制在≤860℃，精轧终轧温度控制在800～830℃；在轧后冷却工序中，采用堆冷工艺，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥72小时，正火温度890～910℃，加热系数1.2～1.5min/mm。

3.如权利要求2所述的一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，其特征在于：在钢坯精轧工序中，精轧终轧温度控制在800～820℃。

4.如权利要求2所述的一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，其特征在于：在钢坯粗轧工序中，所述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的厚度在50～60mm时，控轧厚度为成品厚度的3倍以上。

Images