專利名稱：一種大厚度高層建筑結構用高強度鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種100 110mm高層建筑用Q460E-Z35鋼板，同時，還涉及 一種該大厚度高層建筑結構用高強度鋼板的生產方法。
技術背景目前，與高強度鋼板性能及級別相同或相近的鋼板在國外有應用，但多 用于壓力容器、海洋平臺及橋梁等結構，在國內還從未有過應用。此種鋼材 在國內的應用一直依靠國外進口，國內在建筑領域從未使用過，如果依賴進 口，不僅價格貴，而且進貨周期長，無法保證工程的正常進行。并且，國外 具有此種性能的鋼板的應用厚度最厚為89.4mm;有些指標還不能滿足高層建 筑的要求。 發明內容針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具有良好的強韌性匹配的 100-110mm大厚度高層建筑結構用高強度鋼板。同時，本發明的目的還在于提供了一種100 110mm大厚度高層建筑結構 用高強度鋼板的生產方法，以實現冷加工性能良好、焊前不預熱，焊后不需 熱處理，滿足高層建筑不同現場施工工藝條件的要求。為了實現上述目的，本發明的技術方案在于采用了一種大厚度高層建筑 結構用高強度鋼板，由以下重量百分含量的化學成分組成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%，其余為Fe和不 可避免的雜質。所述的各化學成分為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作為殘余元素，含量滿足標準 要求，其余為Fe和不可避免的雜質。同時，本發明的技術方案還在于采用了一種大厚度高層建筑結構用高強 度鋼板的生產方法，包括以下步驟(1 )冶煉工藝將含有上述各重量百分含量化學成份的鋼水先經電爐冶煉， 送入LF精煉爐精煉，并喂A1線600 800米，大包溫度》160CTC時吊包VD 爐真空處理，真空前加入SiCa塊100 150kg，真空度不大于0.5乇，真空保 持時間^20分鐘時破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物 含量較高的現象，保證了鋼質的純凈度；(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1545 1549。C，然后采用27. 6T扁 錠模進行澆鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料；(3) 加熱工藝為了避免低合金高強度鋼錠表面出現炸裂，鋼錠實現溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼1小時，為保證合金元素充分固 溶、r晶粒細小，采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度1250。C;(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，約在950 115(TC之間，此階段大多數道次壓下量為8 25%，累計壓下率》70 %，使奧氏體發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再 結晶階段，開軋溫度為《92(TC，終軋溫度為《90(TC，在這一階段內，奧氏 體晶粒被拉長，在伸長而未再結晶的奧氏體內形成高密度形變孿晶和形變帶， 同時微合金碳、氮化物因形變誘導析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細 化了鐵素體晶粒，此階段壓下率應盡量大，累計壓下率>50%;(5) 水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅 溫度為650 70(TC;鋼板下線后堆垛緩冷24小時，防止鋼板內應力來不及釋 放而形成內裂紋；(6)熱處理工藝對鋼板進行正火處理，正火溫度為900土1(TC，總加熱 時間為1.8min/mm，正火后進行水冷，鋼板返紅溫度《70(TC。本發明的鋼板的化學成分設計采用低碳當量，Mn-Ni-Nb-V系鐵素體+珠光 體鋼，是通過低碳當量成分的設計及控軋控冷+正火生產工藝，生產出符合大 厚度建筑結構用高強鋼的要求(Ceq《0.50%)的100 110mm厚Q460E-Z35鋼 板，將其應用于高層建筑結構件制作，具有良好的焊接性能和抗層狀撕裂性 能，滿足高層建筑結構現場關鍵受力處的要求，其生產制造工序簡單、可實 現批量生產。應用的強化機理為組織強化、細晶強化、析出強化和固溶強化。 C含量為C《0.20%, C主要與其他元素形成碳化物，起組織強化和析出強化 的作用，使鋼板強度增加；Mn的含量在1.00 1.70%， Mn主要起固溶強化和 降低相變溫度，提高鋼板強度的作用；Nb 0. 04—0. 05%，為了有效通過控軋 工藝實現鋼板結晶強化，須加入Nb元素，以達到提高鋼板再結晶溫度，加熱 固溶Nb阻止奧氏體晶粒長大，冷卻時高溫析出Nb的C、 N化物；V《0.20%， 經過II型控軋后，V的C、 N化物析出，強烈提高鋼板得強度；Ni《0.70%， 主要作用是增大奧氏體的過冷度，從而細化組織，取得強化效果。另外還能 增加鋼的耐大氣腐蝕能力，提高低溫沖擊韌性和降低冷脆轉變溫度；雜質元 素P、 S等含量下線不做限制，在工藝設備能力下盡可能降低，以達到鋼質純 凈、力學性能均勻的目的。本發明的交貨狀態為控軋+正火，采用控軋+正火 工藝生產的100 110mm厚Q460E-Z35鋼板經充分晶粒細化，在較寬的冷卻速 度范圍內得到了F+P組織，其性能指標明顯好于單獨的控軋鋼，控軋+正火工 藝生產的100 110mm厚460MPa級高強鋼在該行業內的生產與應用均尚無先 例。由于采用II型控軋工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不 均、沖擊韌性減低現象，且增大了可生產鋼板的厚度規格，適合其它鋼廠低 軋制壓力軋機生產控軋型高強鋼。較低的屈強比， 一般達到《0.85，實際均小于0.78。采用本發明的鋼板6達到了世界先進水平，目前國內外還沒有100 110mm厚高強鋼的生產，本發 明的鋼板及其生產方法填補了此空白。本發明高強度鋼板具有以下優點(l)本發明的鋼質更純凈，P《0.025%， S《0.010%; (2)較低的屈強比，實際均小于0.78; (3)抗層狀撕裂性能良 好，全厚度方向Z^35。/q; (4) -4(TC低溫韌性良好；(5)鋼板最大厚度可達到 llOmm。試驗結果表明采用本發明的方法所生產的鋼板具有純凈度較高、成分 均勻、內部致密的特點，鋼的冶金水平較高，力學性能完全滿足國家體育場 對100 110mm厚Q460E-Z35的標準要求。成份按低碳當量鋼設計，具有良好 的強韌性匹配。實物Ceq《0.50X、 Pcm《0.28%，焊接評定試驗表明100 110,厚Q460E-Z35鋼板具有較低的悍接裂紋敏感性指數，適合于制造大型高 層建筑結構構件。據調查100mm以上厚度的460MPa級別鋼板實物性能達到鳥 巢的綜合要求水平。
具體實施方式
實施例1本發明的低C高強鋼的實際成分(按重量百分比)為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為0.43%,軋成110mm鋼板。其力學性能屈服強 度4篇Pa，抗拉強度595MPa，屈強比=0. 72， S 5=27%, -40。C沖擊功AKV (縱 向)143、 136、 92J， Z向:40、 40、 46%。采用GB6803-86進行無塑性轉變溫度落錘試驗NDT溫度為-65'C ，該鋼板 由中冶集團建筑研究總院進行可焊性試驗，常規焊接熱輸入常溫下施焊，熱 影響區及靠近熱影響區部位最高硬度HV10大于350;當預熱溫度高于150°C 以上后施焊，熱影響區及靠近熱影響區部位最高硬度HV《350;斜Y坡口焊接 裂紋試驗，該鋼材在選用的焊材匹配時，無論正溫環境還是負溫環境(-16'C) 及不同板厚(^30mrn)不產生裂紋的最低預熱溫度均為150°C,并且必須在厚度方向均衡達到預熱溫度。本發明的生產方法如下(1)冶煉工藝將含上述組份的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂A1線600米，大包溫度》160(TC時吊包VD 爐真空處理，真空前加入SiCa塊100kg，真空度不大于0.5乇，真空保持時 間》20分鐘時破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物含量 較高的現象，保證了鋼質的純凈度；(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1545'C，然后采用27. 6T扁錠模進 行澆鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料；(3) 加熱工藝為了避免低合金高強度鋼錠表面出現炸裂，鋼錠實現溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼1小時，為保證合金元素充分固 溶、r晶粒細小，采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度1250°C;(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，約1000°C，此階段大多數道次壓下量為8 25%，累計壓下率>70%，使奧氏體 發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開 軋溫度為《92(TC，終軋溫度為《90(TC，在這一階段內，奧氏體晶粒被拉長， 在伸長而未再結晶的奧氏體內形成高密度形變孿晶和形變帶，同時微合金碳、 氮化物因形變誘導析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細化了鐵素體晶粒， 此階段壓下率應盡量大，累計壓下率》50%;(5) 水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅 溫度為65(TC;鋼板下線后堆垛緩冷24小時，防止鋼板內應力來不及釋放而 形成內裂紋；(6) 熱處理工藝對鋼板進行正火處理，正火溫度為89(TC，總加熱時間 為1.8min/mm，正火后進行水冷，鋼板返紅溫度《700。C 。實驗證明本發明的鋼板具有低碳當量、較高的低溫韌性值以及良好的 悍接性能和抗層狀撕裂性能，也完全滿足高層建筑結構用鋼屈強比《0.85的設計要求，本發明采用控軋+正火工藝生產，不進行淬火熱處理，簡化了生 產工序，減少了鋼板中間工序的調運轉移，縮短了生產周期，適合大批量生 產。本發明鋼板由于實際屈強比《0. 78,具有良好的抗震性。 實施例2本實施例中的低C高強鋼的實際成分(按重量百分比)為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，軋成110mm鋼板。本實施例的生產方法如下(1)冶煉工藝將含上述組份的鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂A1線800米，大包溫度》160(TC時吊包 VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持 時間^20分鐘時破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物含 量較高的現象，保證了鋼質的純凈度；(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1549。C，然后采用27. 6T扁錠模進行澆鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料；(3) 加熱工藝為了避免低合金高強度鋼錠表面出現炸裂，鋼錠實現溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼1小時，為保證合金元素充分固 溶、r晶粒細小，采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度1250°C;(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，約 IIO(TC，此階段大多數道次壓下量為8 25%，累計壓下率>70%，使奧氏體 發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶階段，開 軋溫度為《92(TC，終軋溫度為《90(TC，在這一階段內，奧氏體晶粒被拉長， 在伸長而未再結晶的奧氏體內形成高密度形變孿晶和形變帶，同時微合金碳、 氮化物因形變誘導析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細化了鐵素體晶粒， 此階段壓下率應盡量大，累計壓下率》50%;(5) 水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅 溫度為650'C;鋼板下線后堆垛緩冷24小時，防止鋼板內應力來不及釋放而 形成內裂紋；(6) 熱處理工藝對鋼板進行正火處理，正火溫度為90(TC，總加熱時間 為1.8min/咖，正火后進行水冷，鋼板返紅溫度《70(TC。最后所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和 范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1、一種大厚度高層建筑結構用高強度鋼板，其特征在于由以下重量百分含量的化學成分組成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％，其余為Fe和不可避免的雜質。
2、 根據權利要求1所述的大厚度高層建筑結構用高強度鋼板，其特征在 于所述的各化學成分為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%，其余為Fe 和不可避免的雜質。
3、 一種如權利要求1—2中任一條所述的大厚度高層建筑結構用高強度 鋼板的生產方法，其特征在于包括以下步驟(1) 冶煉工藝鋼水先經電爐冶煉，送入LF精煉爐精煉，并喂Al線600 800米，在大包溫度^1600'C時，吊包VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊 100 150kg，真空度不大于0.5乇，真空保持時間》20分鐘時破壞真空；(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1545 1549r，然后采用27. 6T扁 錠模進行澆鑄；(3) 加熱工藝裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時；采用低速燒鋼， 100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱溫度1250°C;(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結晶階段，在950 115(TC之間，此階段大多數道次壓下量為8 25%，累計壓下率^7()Q^， 使奧氏體發生完全再結晶，以細化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結晶 階段，開軋溫度《920。C，終軋溫度《90(TC，此階段壓下率應盡量大，累計 壓下率>50%;(5) 水冷工藝經軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進行在線冷卻，返紅溫度為650 700°C;鋼板下線后堆垛緩冷24小時；(6)熱處理工藝對鋼板進行正火處理，正火溫度為890—91(TC，總加 熱時間為1.8min/ram，正火后進行水冷，鋼板返紅溫度《700。C 。
全文摘要
本發明涉及一種大厚度高層建筑結構用高強度鋼板及其生產方法，由以下重量百分含量的化學成分組成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％，其余為Fe和不可避免的雜質。生產出符合大厚度建筑結構用高強鋼的要求(Ceq≤0.50％)的100～110mm厚Q460E-Z35鋼板，將其應用于高層建筑結構件制作，具有良好的焊接性能和抗層狀撕裂性能，滿足高層建筑結構現場關鍵受力處的要求，其生產制造工序簡單、可實現批量生產。本發明高強度鋼板具有以下優點(1)本發明的鋼質更純凈，P≤0.025％，S≤0.010％；(2)較低的屈強比，實際均小于0.78；(3)抗層狀撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35％；(4)-40℃低溫韌性良好；(5)鋼板最大厚度可達到110mm。
文檔編號C22C38/24GK101323929SQ200710054569
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者侯彩霞, 劉利香, 呂建會, 宋向前, 張華紅, 李玉謙, 林建農, 梁永昌, 謝良法, 趙全卿, 趙向政, 趙文忠, 桐 郭, 明 韋 申請人:舞陽鋼鐵有限責任公司