CN106756471A - 345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带及其制备方法 - Google Patents

345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属板带生产领域，具体涉及一种345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带及生产方法。其化学成分如下：C：0.10％～0.22％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.40％～1.40％，V：0.01～0.05％，Ti：0.001～0.035％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。板坯加热温度控制在1200～1260℃，精轧入口温度不作要求，终轧温度范围为820～880℃，卷取温度范围为570～630℃。本发明采用钒钛微合金化成分路线，控制炼钢质量，降低P、S含量，充分发挥控轧控冷能力，开发出345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，具有低屈强比、高延展性、高冲击韧性、良好的焊接性能，较窄的强度波动范围，以及明显的屈服平台等性能特点。

Description

345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微合金化、热连轧钢带及其生产方法，特别涉及一种345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带及其制备方法。
背景技术
近年来，由于钢结构建筑具有显著的工业化、绿色化、标准化和可循环化等特征，越来越受各级政府重视，钢结构绿色建筑已上升到国家发展战略层面大力推广。在全国经济下行压力不断加大的大环境和钢铁产能严重过剩、钢铁企业经营形势极为严峻的情况下，发展钢结构绿色建筑无疑成为钢铁行业结构转型、产能升级的重要方向。其中，现代建筑结构用钢对抗震防震要求越来越高。传统建筑结构用钢强调牢固性，主要采用高强度钢材；抗震结构用钢不仅要求具有足够的抗拉强度和屈服强度，而且要求高延性、高韧性、低屈强比、良好的焊接性能、良好的抗层状撕裂性能和较窄的强度波动范围等综合性能。
国际标准ISO 24314-2006《提高建筑物抗震性结构钢交货技术条件》规定了6～125mm厚度规格的抗震结构用中厚板、型钢、热轧钢的成分和性能要求，包括：a)规定了强度波动范围；b)规定了屈强比的上限要求；c)0℃低温冲击功≥27J。我国发布修订的GB50011-2010《建筑抗震设计规范》规定，抗震结构用钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85，应有明显的屈服平台，且伸长率不得小于20％，还必须良好的焊接性能和冲击韧性；抗震结构体系要求“应具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力”。
CN104561778A公开了一种Q345级抗震钢和用炉卷轧机生产Q345级抗震钢的方法。添加Nb、V、Ti等微合金化元素，有效地提高抗震钢的强度和韧性，具体化学成分为：C0.08～0.20％，Si0.35～0.50％，Mn1.10～1.70％，P≤0.035％，S≤0.035％，Nb0.020～0.35％，V0.02～0.05％，Ti0.010～0.050％，N≤0.012％，Als0.015～0.040％，其余为铁及不可避免的杂质。连铸坯加热温度为1210～1240℃，保温120～220min，板坯均热段的时间控制在40～60min；采用压力为15～18MPa的高压水正、反面喷水除磷10～16min；然后在双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度1080～1150℃，进行3～6道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水；延时20～40s，然后使粗轧钢板温度为890～930℃，进行4道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为800～840℃；轧后以10～16℃/s的冷却速度进行层流冷却；控制终冷温度为560～600℃,随即空冷至室温。该发明制备出了具有高强度、高韧性、低屈强比、Z向性能优良的Q345级抗震钢板。但是由于该发明只适用于炉卷轧机，设备和工艺适应性较差。
CN103789681A和CN103780679A公开了一种低屈强比抗震钢板及其制备方法。具体化学成分为：C 0.12～0.16％，Si 0.40～0.60％，Mn 1.30～1.50％，Nb 0.10～0.20％，Ni0.6～0.8％，Cu 0.15～0.25％，Cr 0.4～0.6％，B 0.003～0.005％，Ti 0.03～0.06％，Al0.025～0.045％，P≤0.010％，S≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述的制备方法包括：熔炼铸造，两阶段热轧，道次间空冷，累积压下率大于70％；轧制完成后，以15～25℃/s的冷却速度将轧制形成的钢板迅速冷却至300℃之后空冷即可。该发明制备的抗震钢添加了大量微合金元素，以增加钢板的耐候性、淬透性，合金成本高，同时，该发明未公开设备条件，其设备和工艺适应性较差。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是采用钒钛微合金化成分路线的基础上，充分发挥控轧控冷能力，提供一种345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带。
本发明345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.10％～0.22％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.40％～1.40％，V：0.01～0.05％，Ti：0.001～0.035％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.13％～0.18％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.60％～1.40％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.025％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.16％，Si：0.19％，Mn：1.10％，V：0.03％，Ti：0.025％，P：0.016％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，所述热连轧钢带的屈服强度345～450MPa，抗拉强度490～610MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥22％，0℃纵向冲击功≥34J，屈服平台长度≥2.0％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库的步骤，具体为：
a、板坯加热：将板坯在温度为1200～1260℃的条件下再加热160～350min；
b、粗轧：将a步骤再加热后的板坯进行5道次或7道次粗轧，每道次变形量≥20％，轧制时轧线采用全长、全数除鳞；
c、精轧：将b步骤粗轧后的板坯进行精轧，终轧温度范围为820～880℃；
d、层流冷却：将c步骤精轧后的板坯进行层流冷却，以10～30℃/s的冷却速度冷却到570～630℃卷取。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中a步骤中再加热温度为1220～1250℃，再加热时间为260～320min。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中c步骤中终轧温度为840～860℃。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中d步骤中所述层流冷却为稀疏冷却、分段冷却或后段冷却方式。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：d步骤中冷却速率为15～25℃/s，卷取温度为590～610℃。
本发明的有益效果是：
(1)采用本发明生产的345MPa级钒钛微合金化抗震结构用连轧钢带，充分利用攀西地区特有的V、Ti等合金元素，通过充分发挥热连轧设备的控轧控冷能力，来达到抗震结构用钢板的性能要求，具有合金成本低，工艺简单，一般热连轧均可以生产的特点。
(2)根据工艺-组织-性能的材料设计思路，本发明针对抗震钢具有明显的屈服平台的特点，设计相应的控轧控冷工艺，降低针状化铁素体的比例，提高等轴状多边形铁素体的比例，控制最终铁素体晶粒大小适当，保证345MPa级抗震钢的力学性能。
(3)本发明生产的345MPa级抗震结构用热轧钢带屈服强度345～450MPa，抗拉强度490～610MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥22％，0℃冲击功≥34J，屈服平台长度≥2.0％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。相比于常规产品，具有低屈强比、高延展性、高冲击韧性、窄强度波动范围，良好的焊接性能，明显的屈服平台等特点。
附图说明
图1为实施例1得到的345MPa级抗震钢金相组织；
图2为实施例2得到的345MPa级抗震钢金相组织；
图3为对比例1得到的345MPa级热轧钢金相组织；
图4为对比例2得到的345MPa级热轧钢金相组织的表面组织；
图5为对比例2得到的345MPa级热轧钢金相组织的心部组织。
具体实施方式
本发明345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.10％～0.22％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.40％～1.40％，V：0.01～0.05％，Ti：0.001～0.035％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.13％～0.18％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.60％～1.40％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.025％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，由以下重量百分比成分组成：C：0.16％，Si：0.19％，Mn：1.10％，V：0.03％，Ti：0.025％，P：0.016％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中V的作用：通过在最终铁素体组织中析出，形成弥散细小分布的VN析出物，增加强韧性和抗疲劳性能；
Ti的作用：加入的微量Ti形成Ti(CN)析出物，在板坯加热过程中起到细化晶粒的作用，在最终铁素体组织中析出细小弥散分布的TiC析出物，起到析出强化作用，还能改善成品的焊接性能。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，所述热连轧钢带的屈服强度345～450MPa，抗拉强度490～610MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥22％，0℃纵向冲击功≥34J，屈服平台长度≥2.0％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。
本发明所提供的345MPa级抗震结构用连轧钢带具有低屈强比、高延展性、高冲击韧性、良好的焊接性能，严格的强度范围要求，以及明显的屈服平台，其金相组织为多边形铁素体+珠光体。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库的步骤，具体为：
a、板坯加热：将板坯在温度为1200～1260℃的条件下再加热160～350min，既保证板坯充分受热、化学元素充分固溶，又防止奥氏体晶粒的异常长大；
b、粗轧：将a步骤再加热后的板坯，保温粗轧，根据成品厚度的不同，200～250mm厚的板坯进行5道次或7道次粗轧，每道次变形量必须≥20％，轧制时轧线采用全长、全数除鳞；保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，防止出现混晶组织，影响成品钢板的延展性、冲击韧性；这里根据成品厚度不同，中间坯厚度也不同；
经过粗轧后的钢坯随后进行热卷箱卷取，所述热卷箱例如可以为无芯移送热卷箱；在所述热卷箱中实现中间坯头尾互换，以保证钢坯通长的温度均匀；同时去除二次氧化铁皮以保证钢坯板面光洁；
c、精轧：中间坯经热卷箱卷取之后即进行移位开卷，进入精轧区进行精轧，精轧入口温度不作要求，终轧温度范围为820～880℃；
d、层流冷却：将c步骤精轧后的板坯进行层流冷却，以10～30℃/s的冷却速度冷却到570～630℃卷取；这是为了通过控制层流冷却途径，来达到控制铁素体转变后的形貌、大小和分布状态，以保证产品的强韧性，以及具有明显的屈服平台。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中a步骤中再加热温度为1220～1250℃，再加热时间为260～320min。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中c步骤中终轧温度为840～860℃。
上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其中d步骤中所述层流冷却为稀疏冷却、分段冷却或后段冷却方式。
采用稀疏冷却时，冷却强度较低，铁素体转变速率稳定，能够充分均匀形核长大，形成多边形铁素体；采用后段冷却时，在层流冷却前段时相当于空冷，因此奥氏体充分形核长大，进入层流冷却后段时过冷度低，相变后会形成多边形铁素体；相比之下，采用前段冷却时冷却强度较高，奥氏体稳定性较差，先共析铁素体组织和珠光体组织的转变开始和结束温度都降低，低温相变后易形成针状化铁素体。制备抗震结构用钢时层流冷却速度不能过高，比如采取超快冷的层流冷却工艺时，在钢板表面形成贝氏体组织，由于贝氏体组织中原始可动位错密度较高，C、N元素在位错附近形成的柯氏气团对位错的钉扎作用较低，受拉伸时位错大量脱钉，受力时位错之间作用强烈，导致钢板进行拉伸试验时屈服平台较短甚至不产生屈服平台，对于结构钢抵抗地震、吸收能量不利。
进一步的，上述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：d步骤中冷却速率为15～25℃/s，卷取温度为590～610℃。
本发明涉及的345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热钢带，充分利用攀西地区钒钛资源，采用钒钛微合金化成分路线，工艺简单，热连轧后采用稀疏冷却或分段冷却方式，以10～30℃/s的冷却速度冷却到570～630℃卷取，通过控轧控冷降低针状化铁素体的比例，提高多边形铁素体的比例，控制最终铁素体晶粒大小适当，保证345MPa级抗震结构用钢具有良好的抗震性能。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
10.85mm厚的345MPa级抗震结构用钢，采用钒钛微合金化成分路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.16％C-0.19％Si-1.10％Mn-0.03％V-0.025％Ti-0.016％P-0.004％S；钢坯再加热温度为1245℃，再加热时间280min；粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为26％，27％，29％，30％，30％，中间坯厚度为38mm；精轧为6机架热连轧，各道次压下率分别为35％，34％，0，27％，0，11％，终轧温度为841℃，精轧结束后，采用稀疏冷却方式以16.8℃/s的冷却速度冷却到600℃。
经检测，本实施例所生产的345MPa级抗震钢组织性能为：Rel：395MPa，Rm：543MPa，A：26.0％，Rel/Rm：0.73，0℃纵向冲击功：121J，屈服平台长度：2.1％，碳当量Ceq：0.34％，焊接裂纹敏感性指数Pcm：0.22％，金相组织为多边形铁素体+珠光体(见图1)，晶粒度为11.5级。
实施例2
7.5mm厚的345MPa级抗震结构用钢，采用钒钛微合金化成分路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.15％C-0.13％Si-1.0％Mn-0.04％V-0.026％Ti-0.014％P-0.010％S；钢坯再加热温度为1220℃，再加热时间305min；粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为28％，28％，30％，30％。30％，中间坯厚度为36mm；精轧为6机架热连轧，各道次压下率分别为35％，34％，0，25％，20％，11％，终轧温度为847℃，精轧结束后，采用稀疏冷却方式以17℃/s的冷却速度冷却到605℃。
经检测，本实施例所生产的345MPa级抗震钢组织性能为：Rel：399MPa，Rm：546MPa，A：27.5％，Rel/Rm：0.73，0℃纵向冲击功：131J，屈服平台长度：2.4％，碳当量Ceq：0.34％，焊接裂纹敏感性指数Pcm：0.22％，金相组织为多边形铁素体+珠光体(见图2)，晶粒度为11级。
对比例1
9.5mm厚的345MPa级热轧钢，采用中钛微合金化成分路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.17％C-0.25％Si-0.41％Mn-0.061％Ti-0.015％P-0.006％S；钢坯再加热温度为1190℃，再加热时间253min；粗轧采用5道次轧制，中间坯厚度为36mm，精轧为6机架热连轧，终轧温度为831℃，精轧结束后，采用稀疏冷却方式以19.8℃/s的冷却速度冷却到560℃。
经检测，本对比例所生产的345MPa级热轧钢组织性能为：Rel：462MPa，Rm：599MPa，A：25.0％，Rel/Rm：0.78，0℃纵向冲击功为22J，屈服平台长度：0.3％，碳当量Ceq：0.24％，焊接裂纹敏感性指数Pcm：0.20％，金相组织为针状化铁素体+珠光体(见图3)，晶粒度为11.5级。
对比例2
7.5mm厚的345MPa级热轧钢，采用C-Mn钢成分路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.17％C-0.20％Si-0.68％Mn-0.016％P-0.006％S；钢坯再加热温度为1185℃，再加热时间220min；粗轧采用5道次轧制，中间坯厚度为35mm，精轧为6机架热连轧，终轧温度为840℃，精轧结束后，采用超快冷的冷却方式以50℃/s的冷却速度冷却到540℃。
经检测，本对比例所生产的345MPa级热轧钢组织性能为：Rel：385MPa，Rm：552MPa，A：23.0％，Rel/Rm：0.70，0℃纵向冲击功为33J，屈服平台长度：0％，碳当量Ceq：0.28％，焊接裂纹敏感性指数Pcm：0.21％，表面金相组织为贝氏体(见图4)，心部金相组织为针状化铁素体+珠光体(见图5)，晶粒度为11级。

Claims (9)

1.345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，其特征在于：由以下重量百分比成分组成：C：0.10％～0.22％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.40％～1.40％，V：0.01～0.05％，Ti：0.001～0.035％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，其特征在于：由以下重量百分比成分组成：C：0.13％～0.18％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.60％～1.40％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.025％，P≤0.025％，S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，其特征在于：由以下重量百分比成分组成：C：0.16％，Si：0.19％，Mn：1.10％，V：0.03％，Ti：0.025％，P：0.016％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1～3任一项所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带，其特征在于：所述热连轧钢带的屈服强度345～450MPa，抗拉强度490～610MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥22％，0℃纵向冲击功≥34J，屈服平台长度≥2.0％，碳当量Ceq≤0.45％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.28％。
5.权利要求1～3任一项所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，包括铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库的步骤，其特征在于：
a、板坯加热：将板坯在温度为1200～1260℃的条件下再加热160～350min；
b、粗轧：将a步骤再加热后的板坯进行5道次或7道次粗轧，每道次变形量≥20％，轧制时轧线采用全长、全数除鳞；
c、精轧：将b步骤粗轧后的板坯进行精轧，终轧温度范围为820～880℃；
d、层流冷却：将c步骤精轧后的板坯进行层流冷却，以10～30℃/s的冷却速度冷却到570～630℃卷取。
6.根据权利要求5所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：a步骤中再加热温度为1220～1250℃，再加热时间为260～320min。
7.根据权利要求5所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：c步骤中终轧温度为840～860℃。
8.根据权利要求5所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：d步骤中所述层流冷却为稀疏冷却、分段冷却或后段冷却方式。
9.根据权利要求5或8所述345MPa级钒钛微合金化抗震结构用热连轧钢带的制备方法，其特征在于：d步骤中冷却速率为15～25℃/s，卷取温度为590～610℃。
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