CN106756618B - 100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板 - Google Patents

100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种100mm厚Q420GJC/D控轧态交货的高强度结构用钢板及其制备方法，化学成分为，C0.14～0.17％，Si0.30～0.50％，Mn1.40～1.60％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr0.05～0.15％，Mo≤0.30％，Ni0.10～0.30％，Cu≤0.30％，Al0.02～0.04％，V0.10～0.14％，Nb0.04～0.07％，Ti0.01～0.02％，N≤0.006％余量为Fe，碳当量0.44～0.50％的Q420GJC/D牌号；屈服强度为440～460MPa，抗拉强度为570～610MPa，伸长率≥21％；屈强比≤0.83，‑20℃V型冲击功≥80J。本发明生产厚度100mmQ420GJC/D产品的同板性能均匀、稳定，综合性能良好。

Description

100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板
技术领域
本发明属于建筑结构特钢技术领域，具体涉及100mm厚的Q420GJC/D高强度钢板及其制备方法。
背景技术
高层建筑用的钢板要求具有优越抗震性、绿色环保、施工效率高、空间利用率高等多方面特殊的特点，现已成为国际上建筑结构的发展方向。但钢结构建筑对所用钢材有特殊的技术要求：即不仅要具有易焊接、抗震、抗低温冲击等性能；还有屈服强度上限、抗拉强度高(与普碳或低合金结构钢板相比)、碳当量、屈强比等指标要求。我国近年建造了一大批钢结构建筑，通过高层建筑用钢板的应用，极大地适应和支持建筑结构向高层化和大跨度发展的发展。而大跨度框架建筑、桥梁等的建造越来越多，这些结构的受力构件常需要使用420MPa的特厚度钢板。
公开号CN103540848A发明的“一种420MPa级正火态特厚规格结构用钢板及其制造方法”采用400mm特厚连铸坯生产100～120mm特厚板，用铸坯轧制+正火热处理后采用加速冷却。生产周期长、生产成本高，且交货状态为正火。
公开号CN105603310A发明的“一种低屈强比Q420GJ建筑用钢板及其生产方法”。是用300mm连铸坯生产80mm钢板，采用铸坯轧制+轧后加速冷却即控轧控冷；其同块产品钢板性能的均匀性不稳定，差异大，生产成品率低；且生产厚度规格局限为80mm钢板，交货状态为控轧控冷(TMCP)。
发明内容
本发明采用450mm特厚连铸坯生产100mm厚度、交货状态为WCR(控轧)的Q420GJC/D钢板，其综合性能完全能够满足GB/T 19879-2015和高层建筑用钢板的客户要求。即采用的“连铸坯料+控制轧制”工艺技术，产品的同板性能均匀、稳定；生产周期短、生产成本低。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为，C：0.14～0.17％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.40～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：0.05～0.15％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V：0.10～0.14％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.02％，N：≤0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15＝0.44～0.50％的Q420GJC/D牌号；交货状态为WCR控轧态；屈服强度为440～460MPa，抗拉强度为570～610MPa，伸长率≥21％；屈强比≤0.83，-20℃V型冲击功≥80J。钢板综合性能完全能满足GB/T 19879-2015。
钢板金相组织为铁素体(F)+25-30％珠光体(B)；晶粒度为8.5-9.0级。
本发明设计的冶炼成分各元素的主要作用:
C:C元素在Fe中是形成间隙固溶体的溶质元素，其固溶强化效果大于其它元素在Fe中形成置换式固溶体的溶质元素。C在铁中的溶解度很低，而且随着温度的下降而大大下降；但在饱和的固溶体中由于C原子有很好的扩散能力，形成的时效过程可使屈服强度、抗拉强度提高(这是因为C在钢的组织中以渗碳体或珠光体形式存在时能产生很大的相变强化)；但却大大降低了韧性。本发明为超厚规格，需要保证钢板强度的同时，又要具有一定的焊接性能和低温冲击韧性；故将钢中的C含量控制为0.14～0.17％。
Mn:Mn元素在Fe中形成置换式固溶体的溶质元素。Mn主要通过“固溶的Mn具有较强的固溶强化效果、扩大铁的奥氏体区域、Mn含量增加对钢的韧性有显著影响”等多种机制，有效地提高钢的强度。强度的提高意为着珠光体相对量增加，固溶强化及一定程度的细化晶粒所引起。因此，本发明的设计思路始终围绕在细化晶粒上，将Mn控制为1.40～1.60％。
S：在低微合金钢中，S的含量提高将使钢的塑性、韧性下降；因此，优选S含量尽可能低，过低导致生产成本高涨。为此，优选为S为0.002-0.005％。
Nb:能在低合金钢加热时阻止晶粒长大；在轧制过程中通过应变诱导，析出的Nb的碳/氮化物沉淀在晶界和位错上，阻止奥氏体形变再结晶，达到细化晶粒；有沉淀强化作用；能改善钢的显微组织，提高性能。
V：V除了具备Nb元素特性外，Nb-V复合加入时，其强度比单独加Nb的高。同时可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小，有利于韧性的改善。
Ti:它是强化固N元素。在复合低微合金钢中，N将优先与Ti形成TiN。TiN阻止加热时奥氏体晶粒粗化的作用比Nb(CN)大；利用高温析出的TiN和VN阻止奥氏体再结晶晶粒粗化。
Si:Si在钢中不形成碳化物。但它在铁中的固溶度较大，能显著强化铁素体，其固溶强化效果高于Mn。但Si≥0.70％时，则强度增加，韧性下降。故控制其含量0.30-0.50％范围内。
Ni:Ni是非碳化物形成元素。它降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度；降低Ar3转变，使铁素体晶粒变细，提高韧性。
Cr:是中等碳化物形成元素。溶入铁素体中的Cr，产生固溶强化，提高钢的强度。
本申请100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板的制备方法，工艺流程为采用经过脱硫的铁水和优质废钢作为原料，转炉底、顶吹冶炼，全程吹氩，LF炉脱氧、脱硫、去除夹质、调整成分及温度的精炼和RH炉脱气工序；经宽厚板连铸机恒温、恒速及合理的二冷工艺、凝固末端采用动态轻压下、电磁搅拌生产出450mm坯料；按钢板尺寸的组坯规则，将坯料定尺；坯料下线堆缓冷48小时以上；将精整合格的坯料按生产计划发送轧钢生产；加热工艺：加热炉的预热段温度：600-900℃、加热一段温度：1000-1180℃、加热二段温度：1200-1250℃、均热段温度：1160-1230℃；加热总时间≥580分钟，为确保坯料的加热均匀，坯料在炉内各段应匀速步进，坯料出炉后和轧制过程中，经粗除鳞机和精除鳞机除去表面氧化铁皮；粗除鳞和精除鳞水压≥20MPa；轧制分二阶段：粗轧控制轧制和精轧控制轧制，粗轧的控制轧制：开轧温度980-1100℃，经7-11道次轧制，待温厚度180-200mm，粗轧前5道次中至少有2道次的压下量≥38mm或压下率10-18％；精轧的控制轧制：待温后开轧温度810±20℃，终轧温度为780-810℃，经5-7道次轧制，精轧后三道累计压下率≥35％；轧制完成后直送热矫机矫直，轧件热矫温度≥550℃；之后送冷床自然冷却，冷却至300-400℃则转下线堆缓冷，堆缓冷≥300℃，其时间≥36小时；经探伤检验、表观质量检验、理化性能检验、剪切、入库。
本申请完全能生产出厚度100mm交货状态为WCR(控轧)的Q420GJC/D钢板；其屈服强度440～460MPa，抗拉强度570～610MPa，伸长率≥21％；屈强比≤0.83，-20℃V型冲击功≥80J的高强度建筑用钢板产品。其综合性能完全能满足GB/T 19879-2015和高层建筑用钢板的客户要求。
针对该特钢的生产本发明采用连铸坯料+控制轧制，轧后不用浇水(ACC)快速冷却而采用冷床自然冷却至350℃左右的工艺技术，产品的同板性能均匀、稳定；生产周期短、生产成本低。
本发明能满足高层建筑、超高层建筑、大跨度体育场馆、机场、会展中心以及钢结构厂房等大型建筑工程需求的建筑用钢板；且降低生产成本,缩短制造周期。
附图说明
图1为本发明实施例中钢板1/2厚度处的金相组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
采用经过脱硫的铁水和优质废钢作为原料，转炉底和炉顶吹冶炼，全程吹氩，LF炉脱氧、脱硫、去除夹质、调整成分及温度的精炼和RH炉脱气工序；最终得到钢水的重量百分比为以Fe为基础元素并包含如下元素成分：C：0.14～0.17％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.40～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：0.05～0.15％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V：0.10～0.14％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.02％，N：≤0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量≤0.50％的Q420GJC/D。
钢水经宽厚板连铸机恒温、恒速及合理的二冷工艺、凝固末端动态轻压下、电磁搅拌生产出450mm连铸坯料。按合同订单钢板尺寸的组坯规则，将坯料定尺；坯料下线堆缓冷≥48小时。将精整合格的坯料按生产计划发送轧钢生产。加热工艺：加热炉的预热段温度：600-900℃、加热一段温度：1000-1180℃、加热二段温度：1200-1250℃、均热段温度：1160-1230℃；加热总时间≥580分钟。为确保坯料的加热均匀，坯料在炉内各段应匀速步进。坯料出炉后和轧制过程中，经粗除鳞机和精除鳞机除去氧化铁皮；粗除鳞水压≥20MPa(包括精除鳞)。轧制分二阶段：粗轧控制轧制和精轧控制轧制。粗轧的控制轧制：开轧温度980-1100℃，经7-11道次，待温厚度180-200mm。粗轧前5道次中至少保证2道次在轧机能力允许下，压下量≥38mm或压下率在10-18％。精轧的控制轧制：待温后开轧温度810±20℃，终轧温度为780-810℃，开轧和终轧温度接近；经5-7道次轧制，精轧后三道累计压下率≥35％。轧制完成后直送热矫机矫直，轧件热矫温度≥550℃；之后送冷床自然冷却；冷却至350℃左右则下线堆缓冷，堆缓冷温度≥300℃，堆缓冷时间≥36小时。再探伤检验、表观质量检验、理化性能检验、剪切(切割)、入库。
实施例
本实施例设计的钢板化学成分为C：0.16％，Si：0.42％，Mn：1.56％，P：0.012％，S：0.003％，Cr：0.11％，Ni：0.18％，Al：0.029％，V：0.13％，Nb：0.056％，Ti：0.016％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量为0.48％的Q420GJC/D厚450mm连铸坯料，生产轧制100mm厚度钢板实例。用连铸坯450×2300×3200mm，轧制成品板100×2500×L(长度)mm。坯料冷装入加热炉，加热炉的预热段温度：850-900℃、加热一段温度：1000-1100℃、加热二段温度：1210-1230℃、均热段温度：1200-1210℃；加热总时间590分钟。除鳞后进行轧制，粗轧轧制9道次，待温厚度200mm，轧前5道次中至少保证2道次在轧机能力允许下，压下量≥38mm，待温后精轧机开轧温度805℃，精轧经6道次轧制，终轧温度790℃，后三道累计压下率≥35％；轧制完成后轧件不用(浇水即Acc)加速冷却，而在冷床上自然冷却，冷却至350℃下线堆缓冷；经42小时后取样、理化检验及质量检验。理化性能检验结果见表1、金相组织(组织为：铁素体(F)+25-30％珠光体(B)；晶粒度为8.5-9.0级，如图1所示。
钢板在1/4、1/2厚度处的性能检验结果见表1
表1
本发明的“450mm厚连铸坯料+控制轧制”工艺技术。采用450mm厚度连铸坯，生产厚度100mm的交货状态为WCR(控轧)Q420GJC/D建筑用钢板，比采用“钢锭+正火热处理”、或采用“连铸坯料+正火热处理后用加速冷却”生产的Q420GJC/D建筑用钢板，生产周期短、生产成本低；工序少，操作便利；产品的屈服强度440-460MPa，抗拉强度570～610MPa，伸长率≥21％；屈强比≤0.83，-20℃V型冲击功≥80J；产品的同板性能均匀、稳定，综合性能完全能满足GB/T 19879-2015和高层建筑用钢板的客户要求。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为，C：0.14～0.17％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.40～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：0.05～0.15％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V：0.10～0.14％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.02％，N：≤0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15＝0.44～0.50％的Q420GJC/D牌号；交货状态为WCR控轧态；屈服强度为440～460MPa，抗拉强度为570～610MPa，伸长率≥21％；屈强比≤0.83，-20℃V型冲击功≥80J；
钢板的制造工艺流程，采用经过脱硫的铁水和优质废钢作为原料，转炉底、顶吹冶炼，全程吹氩，LF炉脱氧、脱硫、去除夹质、调整成分及温度的精炼和RH炉脱气工序；经宽厚板连铸机恒温、恒速及合理的二冷工艺、凝固末端采用动态轻压下、电磁搅拌生产出450mm坯料；按钢板尺寸的组坯规则，将坯料定尺；坯料下线堆缓冷48小时以上；将精整合格的坯料按生产计划发送轧钢生产；加热工艺：加热炉的预热段温度：600-900℃、加热一段温度：1000-1180℃、加热二段温度：1200-1250℃、均热段温度：1160-1230℃；加热总时间≥580分钟，为确保坯料的加热均匀，坯料在炉内各段应匀速步进，坯料出炉后和轧制过程中，经粗除鳞机和精除鳞机除去表面氧化铁皮；粗除鳞和精除鳞水压≥20MPa；轧制分二阶段：粗轧控制轧制和精轧控制轧制，粗轧的控制轧制：开轧温度980-1100℃，经7-11道次轧制，待温厚度180-200mm，粗轧前5道次中至少有2道次的压下量≥38mm或压下率10-18％；精轧的控制轧制：待温后开轧温度810±20℃，终轧温度为780-810℃，经5-7道次轧制，精轧后三道累计压下率≥35％；轧制完成后直送热矫机矫直，轧件热矫温度≥550℃；之后送冷床自然冷却，冷却至300-400℃则转下线堆缓冷，堆缓冷≥300℃，其时间≥36小时；经探伤检验、表观质量检验、理化性能检验、剪切、入库。
2.根据权利要求1所述的100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板，其特征在于：钢板综合性能完全能满足GB/T 19879-2015。
3.根据权利要求1所述的100mm厚Q420GJC/D控轧态高强度结构用钢板，其特征在于：钢板金相组织为铁素体(F)+25-30％珠光体(B)；晶粒度为8.5-9.0级。
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