厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度建筑用钢生产领域，特别涉及一种厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]与传统的混凝土相比，钢材具有强度大、韧性高、延展性好等特点，因此钢结构建筑在结构性能、经济性能、环保性能等领域的显著优势。特别是其环保方面的优势，符合当前国际国内的低碳经济发展要求。
[0003]目前，在钢结构工业发展成熟的国家，钢结构在建筑结构中的占比已普遍超过40%，而我国使用钢结构的建筑占比仅6%。从建筑用钢的使用量上看，美国、日本等国钢结构用钢量已超过钢材消费量的35%，一般国家钢结构用钢量的比例也达到了 10%左右；我国钢结构建筑用钢占钢材消费总量的比例为5%?6%，且88%为Q345以下级别，总体处于消费结构不合理、品种规格不配套、综合性能偏低的状况。但我国已经开始倡导建筑节能环保化，在政策的大力支持下，绿色建筑和保障房建设对住宅钢结构的需求日益增长，因此建筑用钢具有广阔的发展前景和巨大的需求量。
[0004]另外，随着钢结构建筑向高层化和大跨距的发展及节能环保的要求不断提高，需要建筑用钢板向高强度化发展。已有研究表明，在20层的建筑中，钢板抗拉强度由490MPa提高到590MPa，可节约钢材20 %，因此提高建筑用钢的强度对于高层建筑的减重、降低成本具有重要意义。当前我国的建筑用钢最高级别仅为Q460级别。另外建筑的高层化，还需要大厚度的建筑用钢，当钢板厚度增加时，其成分设计和生产工艺都与较薄钢板的完全不同，特别是在提高其强度的同时，要保证其具有较低的屈强比和较好的冲击韧性，这存在很大难度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢及其制备方法，能够实现建筑用钢板在厚度较大的情况下还能够保证其较高的强度、延伸率、冲击韧性及较低的屈强比等综合性能。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢，该结构钢按质量百分比由以下化学成分组成:C0.09 ?0.14 %，S1.2 ?0.5 %，Mnl.0 ?1.4 %，P 彡 0.015 %，S^0.010%,V0.04 ?0.07%, Cr0.3 ?0.5%，Mo0.1 ?0.5%，T1.015 ?0.03%, Nb0.02 ?0.04%,N1.2?0.6%，Cu0.1?0.25%, B0.001?0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0008]优选地，在上述厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢中，所述结构钢的碳当量Ceq ( 0.52，焊接裂纹敏感指数Pcm < 0.27。
[0009]优选地，在上述厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢中，所述结构钢的屈服强度彡630MPa，抗拉强度彡785MPa，屈强比彡0.83。
[0010]优选地，在上述厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢中，C0.10?0.13%,S1.30 ?0.35%,Mnl.0 ?1.25%,P 彡 0.015%,S 彡 0.010%,V0.05 ?0.06%,Cr0.4 ?0.5%, Mo0.3 ?0.4%，T1.02 ?0.03%, Nb0.025 ?0.03%, N1.2 ?0.6%，Cu0.2 ?
0.25%, B0.001?0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0011]制备上述厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢的方法，包括冶炼、精炼、连铸、加热、乳制、冷却以及热处理步骤，其中:
[0012]所述乳制步骤中，将加热后的连铸坯进行两阶段控制乳制，第一阶段乳制的开乳温度为1070°C?1120°C，乳制道次6-10，道次压下量彡15mm，所述第一阶段乳制后的乳件厚度为成品厚度的2-4倍；第一阶段乳制后待温到900°C?950°C进行第二阶段乳制，乳制
6-10道次，道次压下量多1mm ;最终得到乳制后的结构钢；
[0013]所述热处理步骤中，将冷却至室温的结构钢依次进行亚温淬火和回火处理，所述亚温淬火的加热温度为780?900°C，保温时间为15min?10min ;所述回火的加热温度为450 ?550°C，保温时间 60min ?150min。
[0014]优选地，在上述方法中，在所述乳制步骤中，所述第一阶段乳制的终乳温度为1000°C ?1050 °C。
[0015]优选地，在上述方法中，在所述加热步骤中，加热温度为1200°C?1250 °C，保温时间为 10min ?180min。
[0016]优选地，在上述方法中，所述保温时间为120min?150min。
[0017]优选地，在上述方法中，在所述乳制步骤中，所述第二阶段乳制的终乳温度800 cC ?850。。。
[0018]分析可知，本发明公开一种厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢及其制备方法，针对厚规格的低屈强比高强度建筑用结构钢，进行了成分设计和工艺研究，开发了厚度40-100mm的屈服强度不小于630MPa的建筑用结构钢。此结构钢有利于钢结构建筑的高层化发展，且由于其屈强比低、综合力学性能较好，有利于提高钢结构建筑的抗震安全性。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1中1/4厚度处金相组织照片；
[0020]图2为实施例1中1/2厚度处金相组织照片；
[0021]图3为实施例3中结构钢的金相组织照片。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明的限制。
[0023]本发明建筑结构钢按质量百分比由以下化学成分组成:C0.09?0.14%，S1.2?0.5%, Mnl.0 ?1.4%，P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, V0.04 ?0.07%, Nb0.02 ?0.04%,T1.015 ?0.03 %，Cr0.3 ?0.5 %，Cu0.1 ?0.25 %，N1.2 ?0.6 %，Mo0.1 ?0.5 %，B0.001?0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0024]本发明的结构钢化学成分及质量百分比含量设计的原理如下:
[0025](I)C含量:C可以提尚强度、提尚洋透性，且成本低廉，但C含量尚影响钢的焊接性能，因此为了兼顾钢的强度和焊接性能，本发明采用低碳设计，将碳含量设计为0.09?0.14% ；
[0026]⑵Mn含量:Mn可以提高钢的韧性，提高钢的淬透性促进B (贝氏体)转变，但Mn含量过高，会导致焊接热影响区的韧性，所以成分设计时选择适中Mn含量设计为1.0?
1.4% ；
[0027](3)强化元素:进行适当的V、Nb和Ti微合金化处理，利用V进行析出强化，利用Nb、Ti适当控制奥氏体转变前的晶粒度；
[0028](4)淬透性调整元素:由于所开发的钢厚度较大，要求淬透性较好，因此在C含量较低情况下，添加适当的Cr、Mo、Cu、B元素以提高钢的淬透性，
[0029](5)添加适当的Ni元素，以提高钢的低温冲击韧性。
[0030]经过上述成分设计的厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢，其碳当量Ceq彡0.52，焊接裂纹敏感指数Pcm彡0.27，屈服强度彡630MPa，抗拉强度彡785MPa，屈强比彡0.83，屈服强度最高值为755MPa，抗拉强度最高值为927MPa。碳当量Ceq和焊接裂纹敏感指数Pcm的计算公式分别如下:
[0031]Ceq = C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14,
[0032]Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10o
[0033]本发明的建筑用结构钢的厚度可以达到100mm。
[0034]制备上述成分设计的厚规格低屈强比高强度建筑用结构钢的方法，包括冶炼、精炼、连铸、加热、乳制、冷却、以及热处理步骤，其中:
[0035]冶炼、精炼以及连铸步骤:按照上述钢的化学成分及含量设计进行原料配制，采用本领域常规的转炉冶炼、炉外精炼以及连铸工艺制备连铸坯。
[0036]加热步骤:将连铸坯进行加热，其中加热温度优选为1200 °C?1250 °C (比如1205 °C, 1210 °C, 1220 °C, 1230 °C, 1245 °C, 1250 0C )，保温时间为 10min ?180min(比如lOOmin、120min、135min、150min、160min、170min、180min)，一方面促使钢的奥氏体均勾化，另一方面避免加热温度过高或加热时间过长引起过烧或晶粒粗大等缺陷。
[0037]乳制步骤:将加热后的连铸坯进行两阶段控制乳制，第一阶段乳制的开乳温度1070 °C ?1120 °C (1070 °C、1080 °C、1095 °C、1110 °C、1115 °C )，道次压下量彡 15mm(比如15mm、20mm、25mm)，所述第一阶段乳制后的乳件厚度为成品钢厚度的2_4倍；第一阶段乳制后待温到900°C?950°C (比如910°C、920°C、930°C、940°C )后，进行第二阶段乳制，道次