专利名称：一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种100 110mm高层建筑用Q460E-Z35钢板，同时，还涉及 一种该大厚度高层建筑结构用高强度钢板的生产方法。
技术背景目前，与高强度钢板性能及级别相同或相近的钢板在国外有应用，但多 用于压力容器、海洋平台及桥梁等结构，在国内还从未有过应用。此种钢材 在国内的应用一直依靠国外进口，国内在建筑领域从未使用过，如果依赖进 口，不仅价格贵，而且进货周期长，无法保证工程的正常进行。并且，国外 具有此种性能的钢板的应用厚度最厚为89.4mm;有些指标还不能满足高层建 筑的要求。 发明内容针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有良好的强韧性匹配的 100-110mm大厚度高层建筑结构用高强度钢板。同时，本发明的目的还在于提供了一种100 110mm大厚度高层建筑结构 用高强度钢板的生产方法，以实现冷加工性能良好、焊前不预热，焊后不需 热处理，满足高层建筑不同现场施工工艺条件的要求。为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种大厚度高层建筑 结构用高强度钢板，由以下重量百分含量的化学成分组成C《0.20%，Si《 0. 55%，Mnl.OO 1.70o/o，P《0. 025%， S《0. OlOQ/o, Ni《0. 70%, Cr《0.70%， V《0.20%， Nb》0.015%， Ti《0.20%, Al 0. 020 0. 060%，其余为Fe和不 可避免的杂质。所述的各化学成分为C 0. 15 0. 18%, Si 0. 20 0. 40%， Mn 1. 50 1. 62%，P《0. 015%, S《0. 005%, Ni 0. 25 0. 450/0， V 0. 075 0. 085%， Nb 0. 040 0.050%， Al 0. 020 0. 045%， Cr《0.30%， Ti作为残余元素，含量满足标准 要求，其余为Fe和不可避免的杂质。同时，本发明的技术方案还在于采用了一种大厚度高层建筑结构用高强 度钢板的生产方法，包括以下步骤(1 )冶炼工艺将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先经电炉冶炼， 送入LF精炼炉精炼，并喂A1线600 800米，大包温度》160CTC时吊包VD 炉真空处理，真空前加入SiCa块100 150kg，真空度不大于0.5乇，真空保 持时间^20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠A1线脱氧、钢中非金属夹杂物 含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；(2) 浇铸工艺保真空破坏后温度在1545 1549。C，然后采用27. 6T扁 锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；(3) 加热工艺为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、 温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固 溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，100(TC以下升温速度《12(TC/h，最高加热 温度1250。C;(4) 轧制工艺采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在950 115(TC之间，此阶段大多数道次压下量为8 25%，累计压下率》70 %，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再 结晶阶段，开轧温度为《92(TC，终轧温度为《90(TC，在这一阶段内，奥氏 体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带， 同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细 化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率>50%;(5) 水冷工艺经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红 温度为650 70(TC;钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释 放而形成内裂纹；(6)热处理工艺对钢板进行正火处理，正火温度为900土1(TC，总加热 时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度《70(TC。本发明的钢板的化学成分设计采用低碳当量，Mn-Ni-Nb-V系铁素体+珠光 体钢，是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷+正火生产工艺，生产出符合大 厚度建筑结构用高强钢的要求(Ceq《0.50%)的100 110mm厚Q460E-Z35钢 板，将其应用于高层建筑结构件制作，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性 能，满足高层建筑结构现场关键受力处的要求，其生产制造工序简单、可实 现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。 C含量为C《0.20%, C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化 的作用，使钢板强度增加；Mn的含量在1.00 1.70%， Mn主要起固溶强化和 降低相变温度，提高钢板强度的作用；Nb 0. 04—0. 05%，为了有效通过控轧 工艺实现钢板结晶强化，须加入Nb元素，以达到提高钢板再结晶温度，加热 固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、 N化物；V《0.20%， 经过II型控轧后，V的C、 N化物析出，强烈提高钢板得强度；Ni《0.70%， 主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果。另外还能 增加钢的耐大气腐蚀能力，提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；杂质元 素P、 S等含量下线不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯 净、力学性能均匀的目的。本发明的交货状态为控轧+正火，采用控轧+正火 工艺生产的100 110mm厚Q460E-Z35钢板经充分晶粒细化，在较宽的冷却速 度范围内得到了F+P组织，其性能指标明显好于单独的控轧钢，控轧+正火工 艺生产的100 110mm厚460MPa级高强钢在该行业内的生产与应用均尚无先 例。由于采用II型控轧工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不 均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格，适合其它钢厂低 轧制压力轧机生产控轧型高强钢。较低的屈强比， 一般达到《0.85，实际均小于0.78。采用本发明的钢板6达到了世界先进水平，目前国内外还没有100 110mm厚高强钢的生产，本发 明的钢板及其生产方法填补了此空白。本发明高强度钢板具有以下优点(l)本发明的钢质更纯净，P《0.025%， S《0.010%; (2)较低的屈强比，实际均小于0.78; (3)抗层状撕裂性能良 好，全厚度方向Z^35。/q; (4) -4(TC低温韧性良好；(5)钢板最大厚度可达到 llOmm。试验结果表明采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分 均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足国家体育场 对100 110mm厚Q460E-Z35的标准要求。成份按低碳当量钢设计，具有良好 的强韧性匹配。实物Ceq《0.50X、 Pcm《0.28%，焊接评定试验表明100 110,厚Q460E-Z35钢板具有较低的悍接裂纹敏感性指数，适合于制造大型高 层建筑结构构件。据调查100mm以上厚度的460MPa级别钢板实物性能达到鸟 巢的综合要求水平。
具体实施方式
实施例1本发明的低C高强钢的实际成分(按重量百分比)为C 0. 14%、 Si 0. 28%、 Mn 1.52%、 P 0.01296、 S 0.003 %、 Al 0.053%、 Nb 0.043 %、 V 0.076 %、 Ni0.27%、 Ti0.02%， Ceq为0.43%,轧成110mm钢板。其力学性能屈服强 度4篇Pa，抗拉强度595MPa，屈强比=0. 72， S 5=27%, -40。C冲击功AKV (纵 向)143、 136、 92J， Z向:40、 40、 46%。采用GB6803-86进行无塑性转变温度落锤试验NDT温度为-65'C ，该钢板 由中冶集团建筑研究总院进行可焊性试验，常规焊接热输入常温下施焊，热 影响区及靠近热影响区部位最高硬度HV10大于350;当预热温度高于150°C 以上后施焊，热影响区及靠近热影响区部位最高硬度HV《350;斜Y坡口焊接 裂纹试验，该钢材在选用的焊材匹配时，无论正温环境还是负温环境(-16'C) 及不同板厚(^30mrn)不产生裂纹的最低预热温度均为150°C,并且必须在厚度方向均衡达到预热温度。本发明的生产方法如下(1)冶炼工艺将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂A1线600米，大包温度》160(TC时吊包VD 炉真空处理，真空前加入SiCa块100kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时 间》20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠A1线脱氧、钢中非金属夹杂物含量 较高的现象，保证了钢质的纯净度；(2) 浇铸工艺保真空破坏后温度在1545'C，然后采用27. 6T扁锭模进 行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；(3) 加热工艺为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、 温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固 溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，100(TC以下升温速度《12(TC/h，最高加热 温度1250°C;(4) 轧制工艺采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约1000°C，此阶段大多数道次压下量为8 25%，累计压下率>70%，使奥氏体 发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开 轧温度为《92(TC，终轧温度为《90(TC，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长， 在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、 氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒， 此阶段压下率应尽量大，累计压下率》50%;(5) 水冷工艺经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红 温度为65(TC;钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而 形成内裂纹；(6) 热处理工艺对钢板进行正火处理，正火温度为89(TC，总加热时间 为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度《700。C 。实验证明本发明的钢板具有低碳当量、较高的低温韧性值以及良好的 悍接性能和抗层状撕裂性能，也完全满足高层建筑结构用钢屈强比《0.85的设计要求，本发明采用控轧+正火工艺生产，不进行淬火热处理，简化了生 产工序，减少了钢板中间工序的调运转移，縮短了生产周期，适合大批量生 产。本发明钢板由于实际屈强比《0. 78,具有良好的抗震性。 实施例2本实施例中的低C高强钢的实际成分(按重量百分比)为CO. 18%、 Si 0. 40%、 Mn 1. 62%、 P 0. 01%、 S 0. 002%、 Al 0. 04%、 Nb 0. 05 %、 V 0. 085 %、 Ni 0.45%、 Ti 0.014，轧成110mm钢板。本实施例的生产方法如下(1)冶炼工艺将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂A1线800米，大包温度》160(TC时吊包 VD炉真空处理，真空前加入SiCa块150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持 时间^20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠A1线脱氧、钢中非金属夹杂物含 量较高的现象，保证了钢质的纯净度；(2) 浇铸工艺保真空破坏后温度在1549。C，然后采用27. 6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；(3) 加热工艺为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、 温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固 溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，100(TC以下升温速度《12(TC/h，最高加热 温度1250°C;(4) 轧制工艺采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约 IIO(TC，此阶段大多数道次压下量为8 25%，累计压下率>70%，使奥氏体 发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开 轧温度为《92(TC，终轧温度为《90(TC，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长， 在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、 氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒， 此阶段压下率应尽量大，累计压下率》50%;(5) 水冷工艺经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红 温度为650'C;钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而 形成内裂纹；(6) 热处理工艺对钢板进行正火处理，正火温度为90(TC，总加热时间 为1.8min/咖，正火后进行水冷，钢板返红温度《70(TC。最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和 范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板，其特征在于由以下重量百分含量的化学成分组成C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn 1.00～1.70％，P≤0.025％，S≤0.010％，Ni≤0.70％，Cr≤0.70％，V≤0.20％，Nb≥0.01 5％，Ti≤0.20％，Al 0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2、 根据权利要求1所述的大厚度高层建筑结构用高强度钢板，其特征在 于所述的各化学成分为C 0. 15 0.18%， Si 0. 20 0.40%， Mn 1. 50 1. 62%， P《0. 015%, S《0. 005%, Ni 0. 25 0. 45%, V 0. 075 0. 085%, Nb 0. 040 0. 050%， Al 0. 020 0. 045%， Cr《0.30%, Ti《0.20%，其余为Fe 和不可避免的杂质。
3、 一种如权利要求1—2中任一条所述的大厚度高层建筑结构用高强度 钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤(1) 冶炼工艺钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线600 800米，在大包温度^1600'C时，吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块 100 150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持时间》20分钟时破坏真空；(2) 浇铸工艺保真空破坏后温度在1545 1549r，然后采用27. 6T扁 锭模进行浇铸；(3) 加热工艺装钢前晾炉30分钟以上，焖钢l小时；采用低速烧钢， 100(TC以下升温速度《12(TC/h，最高加热温度1250°C;(4) 轧制工艺采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950 115(TC之间，此阶段大多数道次压下量为8 25%，累计压下率^7()Q^， 使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶 阶段，开轧温度《920。C，终轧温度《90(TC，此阶段压下率应尽量大，累计 压下率>50%;(5) 水冷工艺经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650 700°C;钢板下线后堆垛缓冷24小时；(6)热处理工艺对钢板进行正火处理，正火温度为890—91(TC，总加 热时间为1.8min/ram，正火后进行水冷，钢板返红温度《700。C 。
全文摘要
本发明涉及一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法，由以下重量百分含量的化学成分组成C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn 1.00～1.70％，P≤0.025％，S≤0.010％，Ni≤0.70％，Cr≤0.70％，V≤0.20％，Nb≥0.015％，Ti≤0.20％，Al 0.020～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。生产出符合大厚度建筑结构用高强钢的要求(Ceq≤0.50％)的100～110mm厚Q460E-Z35钢板，将其应用于高层建筑结构件制作，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，满足高层建筑结构现场关键受力处的要求，其生产制造工序简单、可实现批量生产。本发明高强度钢板具有以下优点(1)本发明的钢质更纯净，P≤0.025％，S≤0.010％；(2)较低的屈强比，实际均小于0.78；(3)抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35％；(4)-40℃低温韧性良好；(5)钢板最大厚度可达到110mm。
文档编号C22C38/24GK101323929SQ200710054569
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月14日 优先权日2007年6月14日
发明者侯彩霞, 刘利香, 吕建会, 宋向前, 张华红, 李玉谦, 林建农, 梁永昌, 谢良法, 赵全卿, 赵向政, 赵文忠, 桐 郭, 明 韦 申请人:舞阳钢铁有限责任公司