屈服强度≥390MPa高层建筑用钢的生产方法

摘要

一种屈服强度≥390MPa级高层建筑用钢，其组分及wt%为：C：0.14～0.18%，Mn：1.45～1.60%，Si：0.30～0.50%，Nb：0.035～0.050%，V：0.045～0.065%，Ti：0.007～0.017%，P≤0.025%，S≤0.005%，Als：0.015～0.050%，Ca：0.001～0.005%；生产步骤：脱硫后顶底复吹；LF炉精炼；RH炉处理；加入硅钙线变性处理；氩气保护浇注；对铸坯加热；轧制；层流冷却；正火；喷雾或少量喷水冷却；待用。本发明屈服强度在370～490MPa，抗拉强度≥490MPa，屈强比≤0.77，-20℃冲击功≥100J，全厚度方向断面收缩率≥35%，工艺流程相对较短，厚度在100~120mm的完全满足高层建筑用钢的要求。？

权利要求

1.屈服强度≥390MPa级高层建筑用钢的生产方法，其步骤：

1）经KR脱硫后，在转炉采用顶底复合吹炼；

2）进行LF炉精炼，并控制钢水中的S≤0.003%；

3）进行RH炉处理，在真空度不超过67Pa下处理时间不低于15分钟，并控制钢水中O≤15ppm，N≤1.5ppm；

4）进行变性处理，按照2～3米/吨钢加入硅钙线；

5）采用氩气保护浇注，并控制钢水过热度在15～20℃，控制铸坯压下量在5～8%，中心偏析C1.0级以下；

6）对铸坯加热，控制均热段在1150～1193℃下均热45～60分钟；铸坯组分及重量百分比含量为：C：0.14～0.18%，Mn：1.45～1.60%，Si：0.30～0. 50%，Nb：0.035～0.050%，V：0.045～0.065%，Ti：0.007～0.017%，P≤0.025%，S≤0.005%，Als:0.015～0.050%，Ca：0.001～0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质；

7）进行轧制，控制粗轧开轧温度不超过1100℃，并控制本段每道次压下率不低于10%，粗轧结束时钢板厚度为成品厚度的1.3～1.6倍；控制精轧终轧温度在820～850℃，控制本段每道次压下率为8～10%；

8）进行层流，在冷却速度为4～8℃/秒下，冷却至600～700℃；

9）进行正火，控制正火温度在870～890℃；

10）进行喷雾或少量喷水冷却，冷却后温度控制在600～700℃；

11）待用。

说明书

屈服强度≥390MPa高层建筑用钢的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种建筑用钢，具体地指屈服强度≥390MPa，厚度规格为100～120mm的低屈强比高层建筑用钢及其生产方法。

背景技术

[0002] 随着土地日益紧张，使得高层建筑得以迅猛发展，对特厚钢板需求越来越大。由于高层建筑结构受力复杂，要求采用的钢板具有高强度，高韧性外，还要求具有低屈强比，抗层状撕裂等特点。以前高层建筑用钢板普遍选用345MPa级钢板，已不能满足大型建筑工程项目要求，目前已逐步向390MPa及以上级别钢板发展。因此，本发明提供一种390MPa级低屈强比高层建筑用特厚板的制造技术和生产方法，以满足高层建筑等大型工程项目的要求。

[0003] 在本发明之前，国内有关低屈强比特厚钢板的报道较多，且申请了发明专利。中国专利申请号为200910089346.2的专利文献，公开了一种“屈服强度460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及制造方法”，其钢板成分重量百分比为：C0.14～0.18%，Si0.35～0.45%，Mn1.40～1.50%，Nb0.025～0.035%，V0.040～0.050%，Ti0.010～0.020%，P＜0.020%，S＜0.008%，其余为Fe；轧制工艺：加热温度1220～1250℃，采用奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区两阶段控制轧制。热处理工艺：钢板加热到两相区800～850℃，保温时间10～20℃，保温后采用水冷淬火，控制终冷温度≤100℃；淬火后的钢板进行450～600℃回火处理，最终得到低屈强比高强度建筑用钢板。其不足处在于：钢板热处理采用淬火+回火，工艺较为复杂，生产周期较长。

[0004] 中国专利申请号为200910012823.5的专利文献，公开了“一种超厚抗层状撕裂钢板制造方法”，其包括冶炼、铸锭、锻造、轧制、热处理，生产厚度为130～400mm的抗层状撕裂钢板。其特征是，在铸锭工序之间设置有锻造工序，将钢锭锻造成钢板坯料并进行锻后热处理。所述锻造工序始锻温度为1225～1250℃，终锻温度为850～900℃，压缩比不小于3。其不足在于：浇注采用模铸，并进行锻造，比当前成熟的板坯连铸方式成本高。 [0005] 中国专利申请号为200810200100.3的专利文献，其公开了“一种高强度低屈强比钢板”，其化学成分包括：C0.15～0.20%，Si1.0～2.0%，Mn1.8～2.0%，Al≤0.036%，V0.05～0.1%，P≤0.01%，S≤0.005%，Cr0.8～1.0%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
其通过传统的TMCP轧制工艺获得一种具有高强度和低屈强比的热轧钢板，强度达1200～
1500MPa，同时具有较好的低温冲击韧性。其不足在于：钢板设计成分含量较高，碳当量达到
0.65以上，对钢板的焊接性能有不利的影响。

[0006] 中国专利申请号为200710054569.6的专利文献，其公开了“一种大厚度高层建筑结构用高强度钢及其生产方法，该钢化学成分为：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及不可避免的杂质。该发明钢添加了Ni、Cr合金，生产工艺采用了电炉冶炼和扁锭模进行浇注，增加了生产成本。 [0007] 中国专利申请号为201010582378.9的专利文献，其公开了一种“抗层状撕裂性能优良的抗震建筑用钢及其生产方法”。其化学成分组成有C、Si、Mn、P≤0.015%、S≤0.005%、Nb、Ti、Als，余为Fe。该发明采用传统的控制工艺，钢板带状组织较严重，破坏了厚度方向组织均匀性，不利于钢板抗层状撕裂形性能，且产品厚度为100mm以下。

发明内容

[0008] 本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥490MPa，屈强比≤0.77，-20℃冲击功≥100J，全厚度方向断面收缩率φ%≥35%，且厚度规格在100～120mm的高层建筑用钢及其生产方法。

[0009] 实现上述目的的措施：

[0010] 一种屈服强度≥390MPa级高层建筑用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.14～0.18%，Mn：1.45～1.60%，Si：0.30～0.50%，Nb：0.035～0.050%，V：0.045～0.065%，Ti：
0.007～0.017%，P≤0.025%，S≤0.005%，Als：0.015～0.050%，Ca：0.001～0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质。

[0011] 生产屈服强度≥390MPa级高层建筑用钢的方法，其步骤：

[0012] 1）经KR脱硫后，在转炉采用顶底复合吹炼；

[0013] 2）进行LF炉精炼，并控制钢水中的S≤0.003%；

[0014] 3）进行RH炉处理，在真空度不超过67Pa下处理时间不低于15分钟，并控制钢水中O≤15ppm，N≤1.5ppm；

[0015] 4）进行变性处理，按照2～3米/吨钢加入硅钙线；

[0016] 5）采用氩气保护浇注，并控制钢水过热度在15～20℃，控制铸坯压下量在5～8%，中心偏析C1.0级以下；

[0017] 6）对铸坯加热，控制均热段在1150～1250℃下均热45～60分钟；

[0018] 7）进行轧制，控制粗轧开轧温度不超过1100℃，并控制本段每道次压下率不低于10%，粗轧结束时钢板厚度为成品厚度的1.3～1.6倍；控制精轧终轧温度在820～850℃，控制本段每道次压下率为8～10%；

[0019] 8）进行层流，在冷却速度为4～8℃/秒下，冷却至600～700℃；

[0020] 9）进行正火，控制正火温度在870～890℃；

[0021] 10）进行喷雾或少量喷水冷却，冷却后温度控制在600～700℃；

[0022] 11）待用。

[0023] 本发明中各元素的作用

[0024] C：提供钢强度最为有效的元素，扩大奥氏体相区元素。当碳含量每增加0.10%抗拉强度大约提高70MPa，屈服强度大约提高30MPa，同时对降低屈强比有较为显著的效果；但碳含量过高时将极大损害钢板的韧性和焊接性能，因此将碳含量控制在0.14～0.18%范围；

[0025] Mn：在钢中作为置换原子，扩大奥氏体相区，降低A3温度，同时能增加钢的淬透性。由于其细化珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，在增加强度的同时对钢板的延展性无影响，普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，一般控制在1%～2%，本发明考虑到正火热处理工艺，因此控制在1.45～1.60%；

[0026] Si：以固溶强化的方式提高钢的强度，也是冶炼过程中良好的脱氧剂。但钢中硅含量过高时，会造成屈强比上升，降低钢的塑性和韧性，同时易使钢形成带状组织，使横向性能低于纵向性能，因此本发明控制在0.3～0.5%；

[0027] Nb：在钢中的作用，最主要为细化晶粒。钢中加入0.005～0.05%的铌能显著提高屈服强度和冲击韧性，降低其韧脆转变温度，因此添加0.035～0.050%的铌；

[0028] V：在钢中产生沉淀强化，一方面在控制产生了碳氮化物产生沉淀强化在在加热时阻止奥氏体晶粒长大，同时在正火后的重新析出，保证正火后钢板强度。本发明中控制在0.045～0.065%；

[0029] Ti：强碳氮化物元素，易与O、C、N结合，形成非常稳定的Ti（C、N），其只有在1000℃以上才缓慢的熔入固溶体中，在铸坯加热时，能有效地阻碍奥氏体晶粒长大。但添加较多时，会引起钛的氮化物粗化，降低低温韧性，微量的钛对改善焊接热影响区的韧性十分有效。本发明采用微钛处理，控制在0.007～0.017%；

[0030] Als：作为炼钢时的脱氧固氮作用，作为有效铝能提高钢晶粒粗化温度，阻止奥氏体晶粒，但假如过量时，奥氏体晶粒反而容易长大粗化，因此控制在0.015～0.050%；

[0031] Ca：通过钙处理达到改变硫化物夹杂的形态，达到改善夹杂物塑性的目的，从而降低硫化物对钢塑性和切削性能的危害。因此在硅钙处理后保证钙含量在0.001～0.005%。

[0032] 本发明与现有技术相比，生产出的高层建筑用钢钢板的屈服强度在370～490MPa，抗拉强度≥490MPa，屈强比≤0.77，-20℃冲击功≥100J，全厚度方向断面收缩率≥35%，工艺流程相对较短，厚度在100~120mm的完全满足高层建筑用钢的要求。 具体实施方式

[0033] 下面对本发明予以详细描述：

[0034] 表1为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表；

[0035] 本发明各实施例按照以下步骤生产：

[0036] 其步骤：

[0037] 1）经KR脱硫后，在转炉采用顶底复合吹炼；

[0038] 2）进行LF炉精炼，并控制钢水中的S≤0.003%；

[0039] 3）进行RH炉处理，在真空度不超过67Pa下处理时间不低于15分钟，并控制钢水中O≤15ppm，N≤1.5ppm；

[0040] 4）进行变性处理，按照2～3米/吨钢加入硅钙线；

[0041] 5）采用氩气保护浇注，并控制钢水过热度在15～20℃，控制铸坯压下量在5～8%，中心偏析C1.0级以下；

[0042] 6）对铸坯加热，控制均热段在1150～1250℃下均热45～60分钟；

[0043] 7）进行轧制，控制粗轧开轧温度不超过1100℃，并控制本段每道次压下率不低于10%，粗轧结束时钢板厚度为成品厚度的1.3～1.6倍；控制精轧终轧温度在820～850℃，控制本段每道次压下率为8～10%；

[0044] 8）进行层流，在冷却速度为4～8℃/秒下，冷却至600～700℃；

[0045] 9）进行正火，控制正火温度在870～890℃；

[0046] 10）进行喷雾或少量喷水冷却，冷却后温度控制在600～700℃；

[0047] 11）待用。

[0048] 实施例1

[0049] 成品厚度要求为120mm。

[0050] 本实施例所采用钢坯成分及含量（wt%）

[0051]

[0052] 主要工艺参数取值：

[0053] 铸坯厚度为300mm，铸坯在均热段温度为1233℃，均热时间48分钟；

[0054] 粗轧阶段开轧温度1060℃（？应不超过1100℃），轧制道次6道，每道次压下率在10～11%，粗轧结束厚度为160mm，其是成品厚度的1.33倍；

[0055] 精轧阶段每道次压下率在8～10%，终轧温度为848℃；

[0056] 层流冷却速率为5℃/s，终冷温度为647℃；

[0057] 正火温度877℃；

[0058] 喷水冷却温度为650℃。

[0059] 实施例2

[0060] 成品厚度要求为110mm。

[0061] 本实施例所采用钢坯成分及含量（wt%）

[0062]

[0063] 主要工艺参数取值：

[0064] 铸坯厚度为300mm，铸坯在均热段温度为1193℃，均热时间50分钟；

[0065] 粗轧阶段开轧温度1058℃，轧制道次7道，每道次压下率在10～12%，粗轧结束厚度为160mm，其是成品厚度的1.45倍；

[0066] 精轧阶段每道次压下率在9～10%，终轧温度为840℃；

[0067] 层流冷却速率为4.5℃/s，终冷温度为656℃；

[0068] 正火温度890℃；

[0069] 喷雾冷却温度为675℃。

[0070] 实施例3

[0071] 成品厚度要求为100mm。

[0072] 本实施例所采用钢坯成分及含量（wt%）

[0073]

[0074] 主要工艺参数取值：

[0075] 铸坯厚度为300mm，铸坯在均热段温度为1185℃，均热时间55分钟；

[0076] 粗轧阶段开轧温度1093℃，轧制道次5道，每道次压下率在10～11.5%，粗轧结束厚度为150mm，其是成品厚度的1.5倍；

[0077] 精轧阶段每道次压下率在9～10%，终轧温度为825℃；

[0078] 层流冷却速率为4℃/s，终冷温度为605℃；

[0079] 正火温度872℃；

[0080] 喷雾冷却温度为652℃。

[0081] 实施例4

[0082] 成品厚度要求为105mm。

[0083] 本实施例所采用钢坯成分及含量（wt%）

[0084]

[0085] 主要工艺参数取值：

[0086] 铸坯厚度为300mm，铸坯在均热段温度为1206℃，均热时间60分钟；

[0087] 粗轧阶段开轧温度1093℃，轧制道次5道，每道次压下率在10～12%，粗轧结束厚度为150mm，其是成品厚度的1.43倍；

[0088] 精轧阶段每道次压下率在9～10%，终轧温度为849℃；

[0089] 层流冷却速率为8℃/s，终冷温度为621℃；

[0090] 正火温度885℃；

[0091] 喷雾冷却温度为625℃。

[0092] 实施例5

[0093] 成品厚度要求为115mm。

[0094] 本实施例所采用钢坯成分及含量（wt%）

[0095]

[0096] 主要工艺参数取值：