420MPa级低屈强比热连轧建筑结构用钢及制备方法与流程

本发明涉及热连轧领域，尤其涉及420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢及制备方法。

背景技术：

1、建筑结构用钢是我国钢材中消费最大的品种，其用量占钢材的总消费量50％以上，主要应用于工业和民用建筑物的支柱和承重梁等关键部位。为保证抗震性能，建筑结构用钢最重要特点是具有高韧性和低屈强比，一般要求其屈强比小于0.8。

2、由于钢铁产品的快速发展，而导致了原燃料和能源的紧张、环保压力的增大等困境，发达国家在20世纪80年代开始按照“高强度、轻量化、耐腐蚀、长寿命”研发理念，进行了建筑结构用钢的研发。目前，我国建筑结构用钢存在标准不系统、产品标准和建筑规范脱节等系统性问题，同时，建筑结构用钢仍以400mpa级及以下强度的中厚板产品为主，在高强度、特殊性能建筑结构用钢研发和推广方面存在严重不足。因此，我国必须通过技术创新和工艺优化，实现具有“低成本、绿色化、高性能”特点的产品研发和应用，以加快我国建筑结构用钢产品的升级。

技术实现思路

1、本发明提供了一种420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢及制备方法，可以实现3～18mm厚度的屈服强度420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢的生产，横向拉伸屈服强度rel在420mpa以上，抗拉强度rm在520～680mpa范围内，厚度在6～18mm热轧板的屈强比≤0.83，延伸率a不小于20％，-20℃纵向冲击功值超过47j，弯心直径d＝2a、180°横向弯曲实验无裂纹产生。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢，钢中化学成分按重量百分计为：c0.14％～0.17％、si 0.15％～0.25％、mn 1.40％～1.50％、p≤0.020％、s≤0.008％、nb0.020％～0.040％、ti 0.010％～0.020％、cr 0.20％～0.30％、als 0.015％～0.045％，其余为fe及不可避免的杂质元素。

4、钢中碳当量cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15≤0.48，以保证其焊接性能。

5、钢板厚度为3～18mm。

6、在本发明钢的成分设计中：

7、c：0.14～0.17％。同等强度的热连轧低合金高强度结构钢在实际生产时c含量为0.06～0.09％，而本热连轧建筑结构用钢中将c含量适当提升，会使屈服强度和抗拉强度均上升，而屈强比的总趋势为小幅下降，同时这也会损失一定的塑性和冲击性。当c含量超过0.23％时，钢的焊接性能会变坏，因此需要焊接的低合金高强度结构钢，c含量一般不超过0.20％。因此，本热连轧建筑结构用钢中c含量设定为0.14～0.17％。

8、si：0.15～0.25％。在炼钢过程中加si作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15～0.30％的si，而si含量的增加，还会降低钢的焊接性能，因此，本热连轧建筑结构用钢中si含量设定为0.15～0.25％。

9、mn：1.40～1.50％。在炼钢过程中，mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，加入适量的mn，其不但具有足够的韧性，且还具有较高的强度，改善钢的热加工性能，但mn含量的增高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，本热连轧建筑结构用钢中mn含量设定为1.40～1.50％。

10、p：≤0.020％。在一般情况下，p是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

11、s：≤0.008％。s在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，硫对焊接性能也不利。

12、nb：0.020～0.040％。nb是强碳化物形成元素，也可少量溶于钢的基体中。nb在钢中形成稳定的nbc或nb4c3，并在基体上呈细小弥散分布，起到沉淀强化的作用，尤其是与控轧控冷相结合时，nb微合金化的作用效果更加明显，因此，与同等强度的热连轧低合金高强度结构钢相比，适当降低nb元素含量至0.020～0.040％。同时，nb还可以改善钢的焊接性能。

13、ti：0.010～0.020％。ti是非常活泼的金属元素，与o、n和c等元素都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧剂和固定氮、碳的有效元素。同时，ti能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性，并改善钢的焊接性能。与同等强度的热连轧低合金高强度结构钢相比，适当降低ti元素含量，还可以达到节约成本的目的。

14、cr：0.20％～0.30％。cr与fe能够形成连续固溶体，提高钢的强度，但会降低塑性。同时，cr还能提高钢的抗氧化性能和耐蚀性能，故在本热连轧建筑结构用钢中将cr的加入量设定为0.20％～0.30％。

15、als：0.015～0.045％。通常在炼钢过程中，添加al作为脱氧剂，微量的al有利于细化晶粒，改善钢的强韧性能，但过高的al会使钢中铁素体脆性增加而导致钢韧性的降低。因此，本热连轧建筑结构用钢中als含量设定为0.015～0.045％。

16、v、mo、ni、cu：残余元素。本发明中，v、mo、ni、cu元素做为残余元素，总含量一般不超过0.30％。

17、本发明的建筑结构用钢横向拉伸屈服强度rel≥420mpa，抗拉强度rm在520～680mpa范围内，厚度在6～18mm热轧板的屈强比≤0.83，延伸率a≥20％，-20℃纵向冲击功值≥47j(6mm以下热轧板不做冲击)，弯心直径d＝2a(弯曲半径为2倍钢板厚度)、180°横向弯曲实验无裂纹产生。

18、一种420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢的制备方法，包括如下步骤：

19、按照铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼(ans或lf)→板坯连铸的顺序进行冶炼，钢水在精炼过程中喂ca-si线，每罐喂线不少于500m，达到使钢水中夹杂物球化的目的，净吹氩时间不少于5min，这有利于有害气体和夹杂物的排除。

20、1)板坯加热

21、将板坯放入加热炉中加热，根据成品带钢厚度不同，板坯的出炉温度略有不同，厚度≤12mm时，出炉温度控制在1200±30℃；厚度＞12mm时，出炉温度控制在1180±30℃；在炉时间保持在180～240min。

22、含有nb、ti元素的钢为了能够完全奥氏体化，一般都采用较高的加热温度，使其完全溶解在固溶体中，这样在后续轧制时，可以弥散析出更加细小的碳化物颗粒，使强度得到提高。板坯的加热温度根据成品厚度的不同，成品厚度薄时，加热温度要略高些，以防止轧件在精轧时因温度低而变形抗力增大，使轧制稳定性受到影响，造成卡钢等事故。保温时间180～240min，其中均热保温时间不小于40min，以保证板坯各处温度较均匀，为轧制提供有力条件，但又不至于出现过烧情况而造成脱碳等现象发生。

23、2)控制轧制

24、为了获得低屈强比，采用控轧控冷技术进行轧制，轧制分为粗轧和精轧两个阶段。粗轧采用1+5轧制，中间坯厚度为37～51mm，为获得较细的晶粒度，板坯在粗轧阶段采用大压下量轧制，控制r1压下率在8％～15％，r2各道次压下率均在16％以上，中间坯厚度与轧制同等厚度带钢相比较薄，粗轧最后一道次轧制速度控制在4.00～5.00m/s；控制精轧最后一道次压下率不低于12％，以保证变形超过临界变形量，获得良好的板形及均匀的基体组织。粗轧与精轧的各处温度根据成品带钢厚度不同，温度也略有不同，具体温度控制见表1。精轧出口温度对带钢的晶粒尺寸有着重要影响，随着精轧出口温度的降低，带钢的晶粒细化，强度升高，屈强比随之增大。

25、表1热轧温度控制

26、 热轧厚度规格 粗轧出口温度(℃) 精轧入口温度(℃) 精轧出口温度(℃) 带钢厚度≤8mm 1040±30 1040±30 860±20 8mm＜带钢厚度≤12mm 1020±30 1020±30 850±20 12mm＜带钢厚度≤18mm 1000±30 ≤1000 840±20

27、3)控制冷却

28、采取控制冷却的方法，带钢在前段进行集中冷却，一般共投入6组层流冷却水，由于带钢在进入精轧机后为升速轧制，冷却速度也逐渐增大，但控制在8～15℃/s，中段进行空冷，后段根据成品厚度不同，对温度进行精调至目标卷取温度。

29、4)卷取

30、根据成品带钢厚度不同，卷取温度也是略有不同的，厚度≤8mm时，卷取温度控制在620±20℃，8mm＜带钢厚度≤12mm时，卷取温度控制在600±20℃，12mm＜带钢厚度≤18mm时，卷取温度控制在580±20℃。卷取温度也对带钢组织有着重要的影响，卷取温度较高时，α相转变过冷度低，形核点少，主要集中在原γ晶粒的晶界处，而铁素体的长大速度较快，晶粒粗大。随着卷取温度的降低，则α相形核增多，铁素体的长大速度减慢，铁素体晶粒尺寸变小，同时珠光体趋于弥散细小，强度升高，屈强比随之增大。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、与同等强度的低合金结构钢在实际生产时相比，该热连轧建筑结构用钢适当增加了c元素的含量，减少了nb、ti等合金元素的使用量，既保证强度的前提下，又能达到节约成本的目的。具有低屈强比，较高的塑性和低温韧性，板形质量等良好的特点。

33、本发明可以实现3～18mm厚度的屈服强度420mpa级低屈强比热连轧建筑结构用钢的批量稳定生产，钢的横向拉伸屈服强度rel在420mpa以上，抗拉强度rm在520～680mpa范围内，厚度在6～18mm热轧板的屈强比≤0.83，延伸率a不小于20％，-20℃纵向冲击功值超过47j(6mm以下热轧板不做冲击)，弯心直径d＝2a、180°横向弯曲实验无裂纹产生。获得的金相组织主要为铁素体+珠光体，晶粒度为10级以上，有轻微带状组织。