CN113088824B - 一种高建钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高建钢，其化学成分的重量百分比如下：C：0.05～0.20%，N≤0.025%，Si：0.05～0.30%，Mn:0.50～0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%，Cr:3.5～4.5%，Ni:1.0～2.0%，B:0.0003～0.0010%，Al:0.4～0.6%，Cu：0.04～0.06%，余量为铁及不可避免杂质。本发明通过调整常规高建钢成分的数值范围，同时增加了Cr、Ni元素含量，提升Al的含量为原来的十倍以上，降低Cu的用量，使产品的表面加工质量以及强度得到保障，从而提高了高建钢的成品率并使高建钢厚度可以减薄。

Description

一种高建钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及不锈钢冶炼工艺，尤其涉及一种高建钢及其制造方法。
背景技术
高建钢因其良好的物理性能大大节省了材料使用量，同时可以保证建筑结构的安全，是当今建材的潮流。用于高层建筑结构的材料一般都要求具有较高的强度及韧性，同时还要要求良好的焊接性，要能做到焊前不预热、焊后不需要消应处理，如果具有一定的耐热性，应用领域可进一步拓宽。
目前，建筑高强结构钢主要包括Q550GJ，Q620GJ，Q690GJ这几种型号钢，其屈服强度最大值为690，抗拉强度范围为690～860，断后延伸≥14，强度随厚度的增加而提升但会导致延伸性能变差，为了保证钢板的力学性能，通常高层建筑用结构钢板的厚度通常不低于8mm，导致其重量无法进一步减轻。同时，国内大多数钢厂生产高层建筑用钢连铸坯时表面容易产生裂纹，此种裂纹在轧钢加热及轧制过程中会放大，产生较大的裂纹，降低钢板的性能。因此如何控制较薄的高建钢板的表面加工质量，并使其兼具厚板的强度、屈服强度以及延伸性能成为值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高建钢。
实现本发明目的的技术方案是：一种高建钢，其化学成分的重量百分比如下：C：0.05～0.20%，N≤0.025%，Si：0.05～0.30%，Mn:0.50～0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%，Cr:3.5～4.5%，Ni:1.0～2.0%，B:0.0003～0.0010%， Al:0.4～0.6%，Cu：0.04～0.06%，余量为铁及不可避免杂质。
在本发明成分设计中：
C：0.05～0.20%，N：≤0.025%，以控制板坯冷却过程马氏体含量，减少脆相。其中，氮是钢种的间隙原子，其含量会影响材料塑性，此成分设计中要求N≤0.025%。
Cr:3.5～4.5%，保证钢的强度，并具一定的耐蚀性，过低起不到所起的作用，过高涉及成本问题。
Si：0.20～0.30%，硅为与成品强度相关的参数，此外，一定的硅含量保证钢水不过氧化。
Al:0.4～0.6%。通常市场上同类型的高建钢Al的含量在0.02～0.04%，其Al元素的作用在于用来固定存在钢中的氮，起到保护硼的作用。然而发明人在结构钢减薄研究中发现Al不足会导致加工过程中存在板坯表面裂纹的问题。本发明通过提高Al元素含量，以提高铁素体的生成量，并抑制碳化物的生成，在冷速比较大的时候，也最大程度减少马氏体的生成，减少板坯冷却过快造成的裂纹生成。但一定量铝元素在保证板坯急冷条件下单一相情况下，含量过高也会造成板坯表面裂纹机率增大，故含量范围限定在0.4～0.6%。同时铝含量保持在此区间内，钢水中氧含量减少，钢水纯净度提高，钢水中镁铝系夹杂在塑性可变形区间。
Cu：0.04～0.06%，铜元素可增加栾晶比例，晶粒表面积增大，提高材料强度。含量太高会增加生产成本。
Mn：避免钢水过氧化。
Ni：提高耐蚀性。
P和S: 本发明中P和S的含量分均控制在0.045％以内，二者为钢中杂质元素，控制含量能够显著提高塑韧性和焊接性能。
B:提高晶界结合力，减少边裂发生。
本发明通过调整常规高建钢成分的数值范围，同时增加了Cr、Ni元素含量，提升Al的含量为原来的十倍以上，降低Cu的用量，使产品的表面加工质量以及强度得到保障，从而提高了高建钢的成品率并使高建钢厚度可以减薄。
本发明目的之二在于提供一种高建钢的制造方法，其包括以下步骤：
（1）按发明目的一的化学成分进行转炉冶炼；
（2）精炼；
（3）连铸：中包温度控制在1535～1545℃；根据钢水液相线25～30℃设定，保证板坯内部质量；
（4）钢坯缓冷或堆冷；
（5）热轧：钢坯在加热炉内按1150～1200℃加热，终轧温度850～920℃；在此终轧温度范围内，保证此钢种在奥氏体单相区内轧制，减少热轧缺陷的产生；
（6）层流冷却、卷取获得热轧带钢：其中卷取温度为550～650℃。此卷取温度可减少碳化物的析出，增加材料的硬度，超出该范围将降低材料韧性，使产品的力学性能变差；
（7）空冷至室温。
上述工艺步骤未提及工艺参数限定的均为现有一般工艺参数。
本发明目的之二制得的高建钢具有高强度、优良的延伸性能以及表面加工质量，并且在耐蚀性优异，可大大减薄同等性能要求的钢板，在建筑结构钢等领域取代部分现有产品，应用前景广阔。
具体实施方式
以下对本发明较佳实施例进行详细说明。
实施例1：
一种高建钢，其化学成分的重量百分比如下：C：0.141%，Si：0.28%，Mn：0.76%，P：0.032，S：0.013%，Cu：0.047%，Cr：3.63%，Ni：1.38%，N：0.020%，Al：0.42% ，B：0.0008%，其余为Fe和不可避免杂质。
所述高建钢的制造工艺如下：
（1）按前述化学成分进行转炉冶炼；
（2）精炼：在LF炉进行成分微调，调整温度，当冶炼成分达到要求时，喂入Al线，喂线长度200m/炉，喂入B线，喂线长度10～15m/炉，喂硼铁线后后吹氩软搅拌10～15min，然后保持镇静时间≥10min；
（3）连铸：中包温度控制在1535～1545℃；
（4）钢坯缓冷或堆冷；
（5）热轧：板坯采用热送方式入加热炉，最大程度减少板坯快冷过程中马氏体的析出，钢坯在加热炉内按1150℃加热，终轧温度880℃，保证碳化物全部溶进基体，确保在单相区轧制；
（6）层流冷却、卷取获得热轧带钢：其中卷取温度为630℃，减少碳化物析出；
（7）空冷至室温：最大程度减少马氏体析出。
实施例2～16采用与实施例相同的冶炼方式，区别在于各成分占比各有不同，具体如表1所示。其中，表1同时给出了作为对比例的目前已开发的结构钢成分。
表1 单位：重量百分比
成分 C Si Mn P S Cu Ni Cr N Al B
实施例1 0.141 0.28 0.76 0.032 0.013 0.047 1.38 3.63 0.020 0.42 0.0008
实施例2 0.115 0.2 0.97 0.04 0.009 0.046 1.37 3.89 0.023 0.45 0.0005
实施例3 0.141 0.23 0.83 0.035 0.026 0.047 1.41 3.98 0.016 0.48 0.0006
实施例4 0.138 0.16 0.85 0.036 0.035 0.044 1.39 3.95 0.017 0.51 0.0006
实施例5 0.15 0.18 0.93 0.04 0.041 0.044 1.39 4.15 0.030 0.40 0.0005
实施例6 0.183 0.15 0.84 0.042 0.049 0.046 1.39 3.87 0.040 0.52 0.0005
实施例7 0.089 0.28 0.65 0.033 0.039 0.051 1.38 3.13 0.022 0.55 0.0005
实施例8 0.085 0.32 0.72 0.036 0.045 0.051 1.37 3.36 0.019 0.44 0.0005
实施例9 0.094 0.32 0.78 0.036 0.027 0.04 1.38 3.6 0.022 0.50 0.0005
实施例10 0.146 0.27 0.76 0.037 0.029 0.049 1.38 3.55 0.026 0.47 0.0007
实施例11 0.111 0.11 0.8 0.037 0.033 0.041 1.41 3.67 0.027 0.45 0.0008
实施例12 0.156 0.2 0.82 0.04 0.033 0.042 1.43 4.01 0.015 0.42 0.0005
实施例13 0.123 0.21 0.74 0.036 0.04 0.043 1.43 3.68 0.033 0.48 0.0007
实施例14 0.169 0.07 0.71 0.04 0.051 0.047 1.37 3.46 0.039 0.45 0.0005
实施例15 0.121 0.02 0.73 0.035 0.048 0.047 1.44 3.69 0.025 0.46 0.0005
实施例16 0.159 0.2 0.74 0.041 0.061 0.044 1.43 3.48 0.024 0.56 0.0006
对比例1 0.150 0.40 1.70 0.023 0.021 0.004 0.50 1.20 0.010 0.001 0.0005
对比例2 0.139 0.50 1.80 0.031 0.030 0.005 0.42 1.10 0.012 0.002 0.0007
表2记载了实施例1～16以及对比例的主要工艺参数。
表2
实施例1～16，对比例1～2的成品的力学性能、表面加工质量如表3所示，其中力学性能均取自热轧板。
表3
编号 冷却方式 规格/mm 屈服强度 抗拉强度 断后延伸率 冷弯 硬度 表面裂纹
实施例1 堆冷 6.0*1015 750 980 18 合格 78 无
实施例2 堆冷 6.0*1015 760 985 17 合格 75.5 无
实施例3 堆冷 6.0*1015 765 970 17.5 合格 79 无
实施例4 堆冷 6.0*1015 782 1013 16.5 合格 80 无
实施例5 堆冷 6.0*1015 770 978 19.5 合格 79.5 无
实施例6 堆冷 6.0*1015 785 990 18.5 合格 80.5 无
实施例7 堆冷 6.0*1015 755 960 18 合格 77.5 无
实施例8 堆冷 6.0*1015 803 1002 17.5 合格 76.5 无
实施例9 堆冷 6.0*1015 806 997 16.6 合格 74.5 无
实施例10 空冷 6.0*1015 810 1018 15.5 合格 81.5 无
实施例11 空冷 6.0*1015 820 1026 15.0 合格 82.0 无
实施例12 空冷 6.0*1015 830 1008 16.0 合格 80.5 无
实施例13 水冷 6.0*1015 850 1020 14.5 不合格 83.5 无
实施例14 水冷 6.0*1015 835 1035 15.0 不合格 82.5 无
实施例15 水冷 6.0*1015 840 1050 15.5 不合格 84.5 无
实施例16 水冷 6.0*1015 870 1050 15.5 不合格 84.5 无
对比例1 堆冷 8.0*1015 805 875 14.5 合格 80.5 有
对比例2 堆冷 8.0*1015 835 860 15.0 合格 77.5 有
实施例1～4，对比例1～2的成品的耐候性与Q235的比较结果如表4所示。
表4
材料 腐蚀速率 ,g/m2·h 耐候性是Q235的倍数
实施例1 1.05 3.78
实施例2 1.02 4.02
实施例3 1.12 4.22
实施例4 1.08 4.15
对比例1 1.82 2.21
对比例2 1.89 2.25
Q235B 4.15 1.00
由表3可见，与对比例1-2相比，本发明实施例1-16的6mm厚的薄板成品具备不低于8mm厚的现有高建钢的屈服强度，抗拉强度优于8mm厚的现有高建钢，断后延伸无明显下降，且表面无裂纹。表4则表明本发明得到的高建钢在耐蚀性亦大大优于现有高强钢产品。由此提升了高建钢的性能，可大大减薄同等性能要求钢板，进而在建筑结构钢等领域取代部分现有产品，具有广阔的市场前景。
本发明实施例采用的转炉-LF-CC冶炼，连轧机热轧，实际生产中亦可以选用钢铁冶炼领域其他常规冶炼工艺及设备。
本发明为了保持高强度，钢种有较高的铬、碳元素，可能造成钢坯或钢卷冷却过程中马氏体的产生，所以抑制马氏体脆性相的产生是本钢种生产过程工艺的一个重点。因此本发明在冶炼实施过程中将C含量控制在要求范围内，并突破常规提高高建钢成分中Al元素含量，以提高铁素体的生成量，并抑制碳化物的生成，在冷速比较大的时候，也最大程度减少马氏体的生成，减少板坯冷却过快造成的裂纹生成。在钢坯产出后，尽量采用热送热轧的方式进行生产，如果现场不具备条件，钢坯应缓冷。在钢带生产过程中，一定要采取层流冷却方式，同时产出的热钢带进行空气中缓冷。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种高建钢，其特征在于：其化学成分的重量百分比如下：C：0.05～0.20%，N≤0.025%，Si：0.05～0.30%，Mn:0.50～0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%，Cr:3.5～4.5%，Ni:1.0～2.0%，B:0.0003～0.0010%， Al:0.4～0.6%，Cu：0.04～0.06%，余量为铁及不可避免杂质；
所述高建钢的制造方法包括以下步骤：
（1）按上述的化学成分进行转炉冶炼；
（2）精炼；
（3）连铸：中包温度控制在1535～1545℃；
（4）钢坯缓冷或堆冷；
（5）热轧：钢坯在加热炉内按1150～1200℃加热，终轧温度850～920℃；
（6）层流冷却、卷取获得热轧带钢：其中卷取温度为550～650℃；
（7）空冷至室温；
上述工艺步骤未提及工艺参数限定的均为现有一般工艺参数。
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