专利名称：一种大厚度高层建筑用结构钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及以一种大厚度高层建筑用结构钢板，同时还涉及一种该钢板的生产方法。
背景技术：
GB/T19879-2005《建筑结构用钢板》中规定的钢板最大厚度100mm，而实际市场需求的建筑结构钢板厚度已经达到120mm，而且内部质量要达到国际(GB/T2970-2004或JB/T4730-2005)II级探伤标准的要求。就目前的现有技术而言，厚度IOOmm以上建筑用结构钢板都是采用大钢锭轧制成材，具有成材率低、成本高、价格高的缺点，影响了该种钢板的生产和使用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种大厚度(厚度达到120mm，超出国标范围)、低成本高层建筑用结构钢板。该钢板是由连铸坯轧制成材，成材率提高13%，具有大厚度、低成本、内部质量达到JB/T4730. 3-2005中II级探伤标准的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种大厚度高层建筑用结构钢板(Q390GJC/Z35)，是由以下重量百分含量的组分熔炼而成C 0. 16% O. 19%，Si ( O. 55%，Mn : I. 40% I. 55%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 003%, TAl (总铝)0. 020% O. 050%, Nb 0. 020% O. 030%, V 0. 035% O. 050%, Ni :彡 O. 30%, Cr S O. 30%, Ti S O. 05%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。其中Ceq 0. 40% O. 47%。本发明钢板采用化学成分设计，碳、锰促进珠光体形成、增加珠光体相对含量从而提高强度的作用，同时锰具有固溶强化作用；加入少量的Nb的碳氮化物在加热过程阻止晶粒长大，为最终钢板晶粒细小提供基本准备，扩大钢板控乳窗口，细化晶粒，提闻强朝性；V的碳氮化物在轧后冷却过程沉淀析出，提高强度；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有良好的综合力学性能。钢板中各组分及含量在本发明中的作用是C 0. 16% O. 19%，碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳促进珠光体形成显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。同时该含量范围减少了连铸凝固过程的包晶反应，提高了钢坯以至钢板的表面质量。Si O. 55%，在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂使用，提高钢质纯净度，从而提高钢板内部质量。Mn 1. 40% I. 55%,猛合金成本低廉,促进珠光体形成、增加珠光体相对含量从而提高强度的作用，同时锰具有固溶强化作用和细化晶粒作用，提高强度能增加钢的韧性、强度和硬度，改善钢的热加工性能。锰量过高，易出现中心偏析。P彡O. 012%, S ( O. 003% :在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。Al 0. 020% O. 050%，铝是炼钢过程的终脱氧剂，可以将钢中氧含量和夹杂物降到很低的水 平，提高连铸坯的纯净度、致密度，提高钢板的内部质量；同时钢中残余少量的招，可细化晶粒，提闻冲击朝性。Nb 0. 020% O. 030%,铌的碳氮化物可以在加热过程阻止晶粒长大，从而为最终钢板晶粒细小提供基本准备；铌的加入还可以促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，扩大控轧窗口，有效地细化显微组织，并通过析出强化基体，焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。但铌的碳氮化物在连铸凝固过程析出，提高连铸坯的裂纹敏感性，增加连铸坯的表面裂纹，必须通过连铸生产过程的二次冷却工艺配合不同冷却区段的冷却强度匹配加以避免。V 0. 035% O. 050%,钒V的碳氮化物在轧后冷却过程沉淀析出，提高强度；钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒的碳氮化物在连铸凝固过程析出，提高连铸坯的裂纹敏感性，增加连铸坯的表面裂纹，必须通过连铸生产过程的二次冷却工艺配合不同冷却区段的冷却强度匹配加以避免，钒的裂纹敏感性稍低于铌。Ti :钛是良好的脱氧剂，钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果；Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物可以在连铸坯加热过程阻止晶粒长大；Ti还可以固氮，从而提高钢板抗时效性能。对于本发明Q390GJC/Z35，不必有意添加Ti，钢中的Ti属于原料带入最后去除不掉的残余含量，一般不超过O.005%。Ni :镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。对于本发明Q390GJC/Z35，不必有意添加Ni，钢中的Ni属于原料带入不可去除的残余含量，一般不超过O. 30%οCr :铬提高钢板淬透性，提高钢板高温性能和回火稳定性，对于本发明Q390GJC/Z35，不必有意添加Cr，钢中的Cr属于原料带入最后去除不掉的残余含量，一般不超过O.005%。钢板交货状态为正火，采用330mmX2400mm断面规格连铸坯成材，成品最大厚度为120mm，满足JB/T4730. 3-2005探伤标准中II级的要求。本发明还采用了一种大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，包括如下步骤(I)冶炼按重量百分含量取各组分制成钢水，先将钢水送入电炉冶炼，出钢时避免见渣，然后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间> 50min，白渣保持时间> 25min，确保造渣良好，石灰用量彡15kg/t，过程及扒渣[Al]彡O. 015%，当温度达到或超过1560±10°C时，将钢水转入真空脱气炉(VD炉)真空处理；(2)连铸将冶炼后的钢水在330mmX 2400mm断面规格连铸机上浇铸，二冷总比水量为O. 35kg/t，采用从上到下逐步递减的方式，水量分配在从连铸机二冷区第I扇形段到第16扇形段上，采用轻压下，在钢水凝固末端即固相率O. 75 O. 85的位置对连铸坯实施O. 7 O. 8mm的附加压下量，在连铸机第4扇形段进口和出口各安装一对搅拌辊，对连铸坯进行辊式电磁搅拌，搅拌电流450A 480A，频率5HZ 6HZ，得到连铸坯；(3)堆垛将从铸机下线的高温连铸坯快速堆垛，垛高I. 5 3m，堆垛需整齐，堆垛时间> 48h，然后利用火焰进行表面清理；(4)加热将清理后的铸坯装入连续加热炉，钢坯在加热段加热温度< 1260°C，其中加热I段温度不低于1000°c，加热II段温度不低于1200°C，均热段温度1200 1260°C不允许某段烧咀全关，总加热时间> 10min/cm ；(5)轧制采用II型控轧，第I阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为980 1180°C，单道次压下率6% 15%，轧制钢板厚度为180mm，第II阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度850 900°C，终轧温度820 880°C，累计压下率不少于33. 33% ；(6)堆垛缓冷将轧制后的钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度> 450°C，堆垛总时间彡72h ；(7)探伤将堆垛后的钢板按照JB/T4730. 3-2005探伤标准中II级的要求进行逐块探伤； (8)正火处理对探伤合格的钢板进行正火，正火温度910±10°C、保温时间^ 2min/mm,正火后水冷加速冷却,得到大厚度高层建筑用结构钢板。所述的步骤(I)中的真空处理前加入CaSi块150kg/炉，真空度彡66Pa，保持真空时间> 15min,软吹5min。所述的步骤(2)中的过热度为25°C，拉坯速率为I. 15m/min。所述的步骤5)所述第I阶段轧制的开轧温度为1090 1180°C，终轧温度为930 980。。。所述的步骤(5)中第I阶段的单道次的压下率为彡10%的不少于3道次。本发明具有以下优点采用连铸坯(连铸工艺)轧制生产最大厚度IOOmm以上的钢板，成材率提高13%，相应生产成本降低13%。内部质量致密，可以满足JB/T2970-2004 II级探伤标准的要求；强韧性匹配良好，屈服强度Re彡360MPa，抗拉强度Rm 500 610MPa，(TC纵向冲击功彡34J，A ^ 20%,屈强比< O. 85 ;抗层状撕裂性能好，Z向断面收缩率> 35% ;本发明的钢质纯净，P彡O. 012%, S彡O. 003% ;钢板最大厚度可达到120mm ;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，力学性能完全满足标准要求，适合于制造高层建筑用结构件。
具体实施例方式实施例I本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成C 0. 17%, Si 0. 33%, Mn 1. 40%, P 0. 008%, S 0. 002%, V 0. 035%, TAl (总铝)0. 050%, Nb O. 020%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例钢板的厚度为120mm。本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法的步骤如下(I)冶炼按上述重量百分含量取各组分制成钢水，将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为110吨，送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间为50min，白渣保持时间为25min，石灰用量15kg/t，当钢水温度达到或超过1565°C时，转入真空脱气炉(VD炉)真空处理，真空处理前CaSi块150kg/炉，真空度不大于66Pa，真空保持时间15min时破坏真空，软吹5min ；(2)连铸将冶炼后的钢水采用330mmX2400mm断面规格连铸机进行浇铸，采用连铸生产，过热度为25°C，拉坯速率为I. 15m/min，二冷总比水量O. 35kg/t，采用从上到下逐步递减的方式，水量分配在从连铸机二冷区第I扇形段到第16扇形段上，采用轻压下，在钢水凝固末端即固相率O. 75 O. 85的位置，对应连铸机第10、第11、第12三个段分别对连铸坯实施O. 7mm、0. 7mm、0. 8mm的附加压下量，在连铸机第4扇形段进口和出口各安装一对搅拌辊，对连铸坯进行辊式电磁搅拌，搅拌电流450A，频率5HZ，得到连铸坯；(3)堆垛将高温连铸坯快速堆垛，垛高2m，堆垛时间48h，然后利用火焰进行清理，清理掉表面可能存在的裂纹，皮下气泡等缺陷；(4)加热将清理后的铸坯装入步进式连续加热炉，最高加热温度1250°C，其中加热I段温度不低于1000°c，加热II段温度不低于1200°c，均热段温度1240°C，总加热时间为 IOmin/cm ；(5)轧制将加热后的铸坯进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1180°C，终轧温度960°C，轧制至钢板厚度为180mm，单道次压下率6. 5% 18%，其中单·道次压下率10%以上的4道，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900°C，终轧温度860°C，轧制至目标厚度，第二阶段累计压下率33. 33% ；(6)堆垛缓冷将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度480°C，堆垛总时间72小时；(7)探伤将堆垛后的钢板按照JB/T4730. 3-2005探伤标准中II级的要求进行逐块探伤；(8)正火处理对探伤合格的钢板进行正火，正火温度900°C、保温时间2min/mm，
正火后水冷加速冷却，得到大厚度高层建筑用结构钢板。本实施例钢板Ceq为O. 44% ;力学性能为屈服强度395MPa，抗拉强度558MPa，延伸率26%，(TC冲击功平均85焦，Z向性能为平均42%，屈强比O. 72，钢板成材率88. 90%,比正常生产方法(采用钢锭)提高13. 40%。实施例2本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成C 0. 16%, Si 0. 15%, Mn 1. 55%, P 0. 010%, S 0. 003%, V 0. 040%, TAl (总铝)0. 035%, Nb O. 030%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例钢板的厚度为110mm。本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法的步骤如下(I)冶炼按上述重量百分含量取各组分制成钢水，将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为115吨，送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间为68min，白渣保持时间为40min，石灰用量15. 8kg/t，当钢水温度达到或超过1570°C时，转入真空脱气炉(VD炉)真空处理，真空处理前CaSi块150kg/炉，真空度不大于66Pa，真空保持时间16min时破坏真空，软吹6min ；(2)连铸将冶炼后的钢水采用330mmX2400mm断面规格连铸机进行浇铸，采用连铸生产，过热度为22°C，拉坯速率为I. 15m/min，二冷总比水量O. 35kg/t，采用从上到下逐步递减的方式，水量分配在从连铸机二冷区第I扇形段到第16扇形段上，采用轻压下，在钢水凝固末端即固相率O. 75 O. 85的位置，对应连铸机第10、第11、第12三个段分别对连铸坯实施O. 7mm、0. 7mm、0. 8mm的附加压下量，在连铸机第4扇形段进口和出口各安装一对搅拌辊，对连铸坯进行辊式电磁搅拌，搅拌电流460A，频率5HZ，得到连铸坯；
(3)堆垛将高温连铸坯快速堆垛，垛高2. 5m，堆垛时间48. 5h，然后利用火焰进行清理，清理掉表面可能存在的裂纹，皮下气泡等缺陷；(4)加热将清理后的铸坯装入步进式连续加热炉，最高加热温度1260°C，其中加热I段温度不低于1000°c，加热II段温度不低于1200°c，均热段温度1200°c，总加热时间为 10. 6min/cm ；(5)轧制将加热后的铸坯进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为10900C，终轧温度930°C，轧制至钢板厚度为180mm，单道次压下率6% 19%，其中单道次压下率10%以上的4道，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度890°C，终轧温度880°C，轧制至目标厚度，第二阶段累计压下率33. 33% ；(6)堆垛缓冷将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度530°C，堆垛总时间73小时；(7)探伤将堆垛后的钢板按照JB/T4730. 3-2005探伤标准中II级的要求进行逐 块探伤；(8)正火处理对探伤合格的钢板进行正火，正火温度910°C、保温时间2. 5min/mm,正火后水冷加速冷却，得到大厚度高层建筑用结构钢板。本实施例钢板Ceq为O. 43% ;力学性能为屈服强度420MPa，抗拉强度568MPa，延伸率25%，(TC冲击功平均120焦，Z向性能为平均43%，屈强比O. 74，钢板成材率88. 65%，比正常生产方法(采用钢锭)提高13. 15%。实施例3本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成C 0. 19%, Si 0. 35%, Mn 1. 49%, P 0. 011%, S 0. 001%, V 0. 050%, TAl (总铝)0. 020%, Nb
O.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例钢板的厚度为120mm。本实施例的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法的步骤如下(I)冶炼按上述重量百分含量取各组分制成钢水，将钢水先经电炉冶炼，钢水重量为109吨，送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间为61min，白渣保持时间为38min，石灰用量16. 2kg/t，当钢水温度达到或超过1550°C时，转入真空脱气炉(VD炉)真空处理，真空处理前CaSi块150kg/炉，真空度不大于66Pa，真空保持时间15min时破坏真空，软吹5min ；(2)连铸将冶炼后的钢水采用330mmX2400mm断面规格连铸机进行浇铸，采用连铸生产，过热度为20°C，拉坯速率为I. 15m/min，二冷总比水量O. 35kg/t，采用从上到下逐步递减的方式，水量分配在从连铸机二冷区第I扇形段到第16扇形段上，采用轻压下，在钢水凝固末端即固相率O. 75 O. 85的位置，对应连铸机第10、第11、第12三个段分别对连铸坯实施O. 7mm、0. 7mm、0. 8mm的附加压下量，在连铸机第4扇形段进口和出口各安装一对搅拌辊，对连铸坯进行辊式电磁搅拌，搅拌电流460A，频率5HZ，得到连铸坯；(3)堆垛将高温连铸坯快速堆垛，垛高3m，堆垛时间48h，然后利用火焰进行清理，清理掉表面可能存在的裂纹，皮下气泡等缺陷；(4)加热将清理后的铸坯装入步进式连续加热炉，最高加热温度1260°C，其中加热I段温度不低于1050°c，加热II段温度不低于1240°C，均热段温度1260°C，总加热时间为 11. 2min/cm ；
(5)轧制将加热后的铸坯进行轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1120°C，终轧温度980°C，轧制至钢板厚度为180mm，单道次压下率6. 8% 19%，其中单道次压下率10%以上的4道，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度850°C，终轧温度820°C，轧制至目标厚度，第二阶段累计压下率33. 33% ；(6)堆垛缓冷将半成品钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度500°C，堆垛总时间80小时；(7)探伤将堆垛后的钢板按照JB/T4730. 3-2005探伤标准中II级的要求进行逐块探伤；(8)正火处理对探伤合格的钢板进行正火，正火温度920°C、保温时间2min/mm，正火后水冷加速冷却，得到大厚度高层建筑用结构钢板。本实施例钢板Ceq为O. 44% ;力学性能为屈服强度415MPa，抗拉强度575MPa，延伸率28%，(TC冲击功平均132焦，Z向性能为平均45%，屈强比O. 72，钢板成材率88. 84%，比正 常生产方法(采用钢锭)提高13. 34%。
权利要求
1.一种大厚度高层建筑用结构钢板，其特征在于，所述的钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成c 0. 16% O. 19%, Si ^ O. 55%, Mn 1. 40% I. 55%, P^O. 012%, S ^ O. 003%,TAl (总铝)0. 020% O. 050%, Nb 0. 020% O. 030%, V 0. 035% O. 050%, Ni :彡 O. 30%,Cr O. 30%, Ti O. 05%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的大厚度高层建筑用结构钢板，其特征在于，所述的钢板是由以下重量百分比的组分熔炼而成C 0. 16% O. 19%，Si 0. 15 O. 35%，Mn 1. 40% I. 55%, P 彡 O. 012%, S 彡 O. 003%, TAl (总铝)0. 020% O. 050%, Nb 0. 020% O. 030%, V O. 035% O. 050%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求I所述的大厚度高层建筑用结构钢板，其特征在于，该钢板的最大厚度为120mm。
4.一种如权利要求I所述的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤 (O冶炼按重量百分含量取各组分制成钢水，先将钢水送入电炉冶炼，出钢时避免见渣，然后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间> 50min,白渣保持时间> 25min，确保造渣良好，石灰用量彡15kg/t，过程及扒渣[Al]彡O. 015%，当温度达到或超过1560±10°C时，将钢水转入真空脱气炉(VD炉)真空处理； (2)连铸将冶炼后的钢水在330mmX2400mm断面规格连铸机上浇铸，二冷总比水量为O. 35kg/t，采用从上到下逐步递减的方式，水量分配在从连铸机二冷区第I扇形段到第16扇形段上，采用轻压下，在钢水凝固末端即固相率O. 75 O. 85的位置对连铸坯实施O. 7 O. 8mm的附加压下量，在连铸机第4扇形段进口和出口各安装一对搅拌辊，对连铸坯进行辊式电磁搅拌，搅拌电流450A 480A，频率5HZ 6HZ，得到连铸坯； (3)堆垛将从铸机下线的高温连铸坯快速堆垛，垛高I.5 3m，堆垛需整齐，堆垛时间^ 48h，然后利用火焰进行表面清理； (4)加热将清理后的铸坯装入连续加热炉，钢坯在加热段加热温度<1260°C，其中加热I段温度不低于1000°C，加热II段温度不低于1200°C，均热段温度1200 1260°C不允许某段烧咀全关，总加热时间彡10min/cm ； (5)轧制采用II型控轧，第I阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为930 1180°C，单道次压下率6% 19%，轧制钢板厚度为180mm，第II阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度850 900°C，终轧温度820 880°C，累计压下率不少于33. 33% ； (6)堆垛缓冷将轧制后的钢板及时下线堆垛冷却，钢板表面温度>450°C，堆垛总时间彡72h ； (7)探伤将堆垛后的钢板按照JB/T4730.3-2005探伤标准中II级的要求进行逐块探伤； (8)正火处理对探伤合格的钢板进行正火，正火温度910±10°C、保温时间彡2min/mm，正火后水冷加速冷却，得到大厚度高层建筑用结构钢板。
5.根据权利要求4所述的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，其特征在于，步骤5)所述第I阶段轧制的开轧温度为1090 1180°C，终轧温度为930 980°C。
6.根据权利要求4所述的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，其特征在于，步骤(5)中第I阶段的单道次的压下率为彡10%的不少于3道次。
7.根据权利要求4所述的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，其特征在于，所述的步骤(I)中的真空处理前加入CaSi块150kg/炉，真空度彡66Pa，保持真空时间彡15min,软吹5min。
8.根据权利要求4所述的大厚度高层建筑用结构钢板的生产方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的过热度为25°C，拉坯速率为I. 15m/min。
全文摘要
本发明涉及一种大厚度高层建筑用结构钢板，同时还涉及了一种该钢板的生产方法。该钢板由以下重量百分含量的组分熔炼而成C0.16%～0.19%，Si≤0.55%，Mn1.40%～1.55%，P≤0.012%，S≤0.003%，TAl(总铝)0.020%～0.050%，Nb0.020%～0.030%，V0.035%～0.050%，Ni≤0.30%，Cr≤0.30%，Ti≤0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明钢板的生产方法包括冶炼→精炼→连铸→堆垛→加热→轧制→堆垛缓冷→探伤→正火处理→成品钢板。本发明钢板牌号为Q390GJC/Z35，钢板的交货状态为正火，采用330mm×2400mm断面规格连铸坯成材，成品钢板的最大厚度为120mm，满足JB/T4730.3-2005探伤标准中Ⅱ级的要求；本发明钢板具有连铸坯成材、较大厚度、较高的强度、韧性，以及抗层状撕裂性能良好等特点，适合于制造高层建筑用结构件。
文档编号C22C33/04GK102912221SQ201210387699
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者韦明, 赵文忠, 李红文, 王亚琪, 刘丹, 胡丽周 申请人:舞阳钢铁有限责任公司, 河北钢铁集团有限公司