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
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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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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