专利名称：一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制
造方法。
背景技术：
钢结构建筑具有可工业化生产、施工速度快、强度高以及抗震性好等优点，代表了 当今建筑业发展的新潮流。近年来全国各地高层建筑发展迅猛，对建筑结构用钢的强度、焊 接性、抗震性等提出了更高的要求，因此开发出强度级别更大的建筑用钢非常必要。在抗震 设计中，屈强比是表征材料均勻延伸变形的重要指标，屈强比低则材料具有良好的加工硬 化能力和较高的均勻塑性变形能力，使得钢结构可以吸收较多的地震能量，有效的缓解了 应力集中，从而推迟了构件局部超载失稳和突然断裂的发生。目前，已有关于低屈强比建筑用钢板的新技术公开，如日本JFE钢铁公司在JFE Technical Report No. 18 (23 28页)中公开了一种780MPa级低屈强比钢板，该钢的化 学成分为 C 0.06，Si 0.18，Mn 1. 98，合金元素有 Cu、Ni、Cr 及 Nb、V、Ti，碳当量 Ceq=O. 54， Pcm=O. 24 ；生产工艺为两阶段控轧后，利用加速冷却系统将钢板快速降温至贝氏体开 始转变前的过冷奥氏体区，恒温滞留一段时间后再利用加热装置(HOP，Heat-treatment On-line Process)以高速率升温到Acl以下高温区，获得了回火贝氏体与M-A相组成的 复相组织，实现高强度与低屈强比；达到的性能指标针对12mm厚度钢板，屈服强度为 688MPa，抗拉强度为923MPa，伸长率为23%，屈强比为0. 75，0°C冲击功为188J ；针对25mm厚 度钢板，屈服强度为703MPa，抗拉强度为912MPa，伸长率为33%，屈强比为0. 77，0°C冲击功 为216J ；该工艺对生产设备要求高，只有依靠TMCP和感应加热型在线热处理HOP设备的紧 凑串列配置才能实现，目前只有JFE的Fukuyama厂拥有该生产线。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种780MPa级低屈强比建筑用 钢板及其制造方法。实现本发明目的的技术方案是设计优化的780MPa级低屈强比建筑用钢板成分， 基于以超快速冷却(UFC)为核心的新一代TMCP技术，设计一种制造方法，获得780MPa级低 屈强比建筑用钢板的显微组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布的10 25% M-A相以及 少量针状铁素体所构成的复相组织，抗拉强度Rm彡780MPa,屈服强度RpO. 2彡630MPa,屈 强比YR ( 0. 8，伸长率A彡16%, -40°C冲击功Akv彡150J ；
所述的780MPa级低屈强比建筑用钢板，其化学成分按重量百分比为C 0. 05 0. 07 %，Si 0. 2 0. 3 %，Mn 1. 8 2. 0 %，S 彡 0. 005 %，P 彡 0. 008 %，Alt 0. 02 0. 03%, Nb 0. 02 0. 03 %，Cr 0. 15 0. 3 %，Ni 0. 2 0. 4 %，Ti 0. 01 0. 03 %，Cu 0. 2 0.4 %，Mo 0.25 0.4 %，余量为Fe及不可避免的夹杂；同时满足碳当量Ceq(%) =C + Mn/6 + (Mo+Cr+V) /5 + (Ni+Cu)/15 < 0· 6 且焊接裂纹敏感性指数Pcm (%) =C + Si/30 +(Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B < 0· 3。所述的780MPa级低屈强比建筑用钢板的制造方法，步骤如下
(1)冶炼按钢板的化学组成重量百分比进行原料配置，在真空熔炼炉中进行冶炼，并 经锻造机加工得到坯料；
(2)坯料加热奥氏体化将坯料加热至1190 1210°C，保温0.5 1小时；
(3)控制轧制将加热后的坯料进行两阶段的控制轧制，一阶段轧制开轧温度为 1130 1160°C，终轧温度为1020 1080°C，在奥氏体再结晶区域采用大压下量连续3 5 道次轧制，道次压下率均在15%以上；二阶段轧制待温厚度为(2 3) X板厚(mm)，开轧 温度为890 940°C，终轧温度为800 850°C，在未再结晶区进行4 6道次轧制，累积压 下率大于50% ；
(4)冷却将轧制后的坯料进行冷却，冷却速率在30 100°C/s之间，将钢板冷却到 400 600°C，然后空冷至室温。本发明的有益效果是
(1)本发明提出的一种高强度低屈强比钢板的制造方法，克服了传统工艺的多次热处 理对生产效率及能耗等的不利影响，同时也避免了上述提及的日本JFE钢铁公司HOP设备 难以实现的问题，超快速冷却设备已在国内几家钢铁企业安装、调试，可以满足工艺装备要 求，保证了本发明所涉及制造方法的可行性；
(2)本发明的低屈强比建筑用钢的显微组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布的 10 25% M-A相及少量针状铁素体所构成的复相组织，与传统生产工艺得到的铁素体一回 火索氏体相比更容易获得高强度，钢的抗拉强度级别提升至780MPa级；
(3)本发明的780MPa级低屈强比建筑用钢板，其化学组成经多次优化调整后，兼顾了 贝氏体铁素体基体的适度细化、强韧性能的提高、耐大气腐蚀性、复相组织的生成条件、冷 却工艺窗口的可控范围以及焊缝的组织性能等，同时该钢具有较低的碳当量及焊接裂纹敏 感性指数；
(4)本发明的780MPa级低屈强比建筑用钢板具有良好的综合力学性能，其冶炼、轧制、 冷却等工序无复杂及苛刻的控制要求，生产工艺比较简单。
图1为本发明780MPa级低屈强比建筑用钢板的金相组织照片。
具体实施例方式实施例1 首先按钢的化学成分重量百分比为C 0. 05 %，Si 0. 21 %，Mn 1. 9 %，P 0.004 %，S 0.002 %，Alt 0.02 %,Nb 0.023 %，Ti 0.011 %, Cu 0.26 %, Ni 0.23 %, Cr 0.21
%，Mo 0.3 %，余量为Fe及不可避免的夹杂，进行原料配置，在真空熔炼炉中进行冶炼获得坯 料；经锻造机加工成8Omm(厚)XlOOmm(宽)Xl2Omm(长)；然后，将坯料加热至1200°C ； 保温30min后利用450轧机进行轧制，第一阶段开轧温度控制为1135°C，第一阶段终轧温度 控制为1030°C，经4道次轧制至30mm厚度待温，第二阶段开轧温度控制为935°C，第二阶段 终轧温度控制为850°C，经4道次轧制至12mm厚度；轧制结束后利用轧机出口附近配置的 超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却，以75°C /s的冷速冷却至485°C，然后空冷至室温；最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约21. 3 22. 5%的M-A相以及针状铁素体 所组成的复相组织。力学性能屈服强度RpO. 2为705MPa，抗拉强度Rm为940MPa，屈强比 YR 为 0. 75，伸长率 A 为 18. 75%, _40°C冲击功 Akv 为 159J。实施例2 首先按钢的化学成分按重量百分比为C 0. 06 %，Si 0. 25 %，Mn 1. 85 %，P 0. 003 %，S 0. 004 %，Alt 0. 02 %，Nb 0. 021 %，Ti 0. 012 %，Cu 0. 23 %，Ni 0. 22 %，
Cr 0.2 %，Mo 0.3 %，余量为Fe及不可避免的夹杂，进行原料配置，在真空熔炼炉中进行冶 炼，获得坯料；经锻造机加工成IOOmm (厚)X IOOmm (宽)X 120mm (长)；然后，将坯料加热至 1200°C ；保温45min后利用450轧机进行轧制，第一阶段开轧温度控制为1140°C，第一阶段 终轧温度控制为1055°C，经3道次轧制至45mm厚度待温，第二阶段开轧温度控制为905°C， 第二阶段终轧温度控制为830°C，经4道次轧制至20mm厚度；轧制结束后利用轧机出口附 近配置的超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却，以58°C /s的冷速冷却至428°C，然后空冷 至室温；
最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约17. 5 18. 9%的M-A相以及针状铁素体 所组成的复相组织。力学性能屈服强度RpO. 2为650MPa，抗拉强度Rm为830MPa，屈强比 YR 为 0. 783，伸长率 A 为 18. 0%, _40°C冲击功 Akv 为 240J。实施例3 首先按钢的化学成分重量百分比为C 0. 07 %，Si 0. 29%，Mn 1. 95 %，P 0.004 %，S 0.003 %，Alt 0.03 %，Nb 0.03 %，Ti 0.025 %，Cu 0.36 %, Ni 0.37 %, Cr 0.28 %，Mo 0. 38 %，余量为Fe及不可避免的夹杂，进行原料配置，在真空熔炼炉中进行冶炼获得 坯料；经锻造机加工成I8Omm(厚)X I2Omm(宽)X I8Omm(长)；然后，将坯料加热至1200°C； 保温60min后利用450轧机进行轧制，第一阶段开轧温度控制为1155°C，第一阶段终轧温度 控制为1070°C，经3道次轧制至IOOmm厚度待温，第二阶段开轧温度控制为890°C，第二阶 段终轧温度控制为800°C，经6道次轧制至40mm厚度；轧制结束后利用轧机出口附近配置 的超快速冷却(UFC)设备进行控制冷却，以31°C /s的冷速冷却至420°C，然后空冷至室温；
最终获得的显微组织为贝氏体铁素体基体、约16. 3 16. 9%的M-A相以及针状铁素体 所组成的复相组织。力学性能屈服强度RpO. 2为660MPa，抗拉强度Rm为850MPa，屈强比 YR为0. 77，伸长率A为21%, -40 °C冲击功Akv为239J。
权利要求
一种780MPa级低屈强比建筑用钢板，其特征在于所述钢板的化学成分重量百分比为C 0.05～0.07 %，Si 0.2～0.3 %，Mn 1.8～2.0 %，S ≤0.005 %，P ≤0.008 %，Alt 0.02～0.03%，Nb 0.02～0.03 %，Cr 0.15～0.3 %，Ni 0.2～0.4 %，Ti 0.01～0.03 %，Cu 0.2～0.4 %，Mo 0.25～0.4 %，余量为Fe及不可避免的夹杂；同时满足碳当量Ceq(%) = C + Mn/6 + (Mo+Cr+V)/5 + (Ni+Cu)/15 ＜0.6，且焊接裂纹敏感性指数Pcm(%) = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B ＜0.3。
2.根据权利要求1所述的一种780MPa级低屈强比建筑用钢板，其特征在于钢板的显微 组织为贝氏体铁素体基体、其上弥散分布有10 25% M-A相及针状铁素体所构成的复相组 织；抗拉强度为Rm彡780MPa,屈服强度为RpO. 2彡630MPa,屈强比为YR彡0. 8，伸长率为 A彡16%, _40°C冲击功为Akv彡150J。
3.根据权利要求1所述的一种780MPa级低屈强比建筑用钢板的制造方法，其特征在于 步骤如下(1)冶炼按钢板的化学组成重量百分比进行原料配置，在真空熔炼炉中进行冶炼，并 经锻造机加工得到坯料；(2)坯料加热奥氏体化将坯料加热至1190 1210°C，保温0.5 1小时；(3)控制轧制将加热后的坯料进行两阶段的控制轧制，一阶段轧制开轧温度为 1130 1160°C，终轧温度为1020 1080°C，在奥氏体再结晶区域采用大压下量连续3 5 道次轧制，道次压下率均在15%以上；二阶段轧制待温厚度为(2 3) X板厚(mm)，开轧 温度为890 940°C，终轧温度为800 850°C，在未再结晶区进行4 6道次轧制，累积压 下率大于50% ；(4)冷却将轧制后的坯料进行冷却，冷却速率在30 100°C/s之间，将钢板冷却到 400 600°C，然后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种780MPa级低屈强比建筑用钢板的制造方法，其特征在 于所述的钢板化学组成重量百分比是C 0. 05 0. 07 %，Si 0. 2 0. 3 %，Mn 1. 8 2. 0 %，S 彡 0. 005 %，P 彡 0. 008 %，Nb 0. 02 0. 03 %，Cr 0. 15 0. 3 %，Ni 0. 2 0. 4 %，Ti 0. 01 0. 03 %，Cu 0. 2 0. 4 %，Mo 0. 25 0. 4 %，余量为Fe及不可避免的夹杂。
全文摘要
本发明涉及一种780MPa级低屈强比建筑用钢板及其制造方法。其钢板的化学成分按重量百分比为C0.05～0.07%，Si0.2～0.3%，Mn1.8～2.0%，S≤0.005%，P≤0.008%，Nb0.02～0.03%，Cr0.15～0.3%，Ni0.2～0.4%，Ti0.01～0.03%，Cu0.2～0.4%，Mo0.25～0.4%，余量为Fe及不可避免的夹杂。工艺制度坯料加热到1190～1210℃后，进行二阶段轧制，轧后利用超快速冷却设备冷却，然后空冷至室温。本发明制造的钢具有良好的综合力学性能和焊接性能，且生产工艺简单，发展前景十分广阔。
文档编号C21D8/02GK101985725SQ20101056137
公开日2011年3月16日 申请日期2010年11月27日 优先权日2010年11月27日
发明者康健, 王国栋, 王昭东, 袁国 申请人:东北大学