一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法与流程

本发明属于低合金高强度钢生产，特别是涉及一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法。

背景技术：

1、近年来，随着国民经济的飞速发展及城市化建设的日新月异，高层建筑呈现出最大高度不断突破，材料和工程成本不断降低，安全性和抗震性能要求更高的发展趋势。随着建筑物的高层化和大型化，普通抗拉强度为490mpa级和590mpa级高层建筑用钢已不能满足要求，抗拉强度达690mpa已成为高强度建筑用钢的新趋势。通常对于600mpa以上级别钢板，多采用调质工艺，组织为贝氏体和马氏体，屈强比一般高于0.85。然而，对于高层建筑用结构钢，低屈强比、抗层状撕裂、易焊接等性能对结构整体安全性十分重要。因此，为使抗拉强度达到690mpa，而且其它性能要满足建筑结构用钢的要求，在成分设计、生产工艺等方面需要创新发展。

技术实现思路

1、本发明皆在提供一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，生产的钢板具有高强韧性、低屈强比和抗层状撕裂性，同时钢板具有良好的焊接性：钢的屈服强度≥550mpa、抗拉强度≥690mpa、延伸率≥18%、屈强比≤0.85、-20℃冲击吸收功≥47j、z向拉伸断面收缩率≥35%。

2、本发明的技术方案是：

3、一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，钢的重量百分组成为c=0.11%~0.13%、si≤0.15%、mn=1.20%~1.50%、p≤0.010%、s≤0.002%、al=0.02%~0.05%、ni=0.80%~1.0%、mo=0.20%~0.40%、ti≤0.005%、nb=0.02%~0.03%、v=0.12%~0.15%、n=0.010%~0.015%、b≤0.0005%，余量为fe和不可避免的杂质元素，其中碳当量cev=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+ (ni+cu)/5≤0.54%；钢的屈服强度≥550mpa、抗拉强度≥690mpa、延伸率≥18%、屈强比≤0.85、-20℃冲击吸收功≥47j、z向拉伸断面收缩率≥35%；关键工艺步骤包括：

4、（1）冶炼：采用转炉冶炼，控制终点p≤0.008%；

5、（2）精炼：采用lf+vd精炼，lf升温至1600℃后加入铌铁和钒铁且保证加入后钢水温度在1600℃以上时间≥20min；lf出站时按每吨钢水喂入1.2~1.6m纯ca线；vd破真空后分2次喂纯ca线，每次按每吨钢水喂入0.5~1.0m，时间间隔≥1min；之后视钢水中氮含量喂入氮线；

6、（3）连铸：控制过热度10~20℃，控制拉速不大于(1.8~3h)/min，其中h为铸坯厚度（以m计）；然后将铸坯堆冷至室温；

7、（4）控轧控冷：控制加热温度为1230~1250℃；采用两阶段控制轧制，第一阶段轧制压缩比≥2.5，轧制结束温度≥1000℃且道次压下率≥15%，第二阶段轧制开轧温度≤920℃，结束温度为820~850℃；轧后空冷或以低于空冷的冷速冷却至室温；

8、（5）热处理：正火温度为950~980℃，保温时间为(2.5~3.5)t×min/mm；第一次回火温度为660~690℃、保温时间为(0.8~1.2)t×min/mm +30min；第二次回火温度为580~620℃，保温时间为2~10小时；t为钢板厚度以mm计。

9、优选的，步骤（1冶炼：控制渣量为铁水装入量的7%~9%。

10、优选的，步骤（2）精炼：lf+vd精炼过程全程底吹氮搅拌钢水。

11、优选的，步骤（3）连铸：采用火焰清理铸坯表面，清理范围至少包括铸坯宽度中心位置和两边各300mm以上。

12、优选的，步骤（4）控轧控冷：轧后堆垛缓冷至室温。

13、优选的，步骤（5）热处理中：正火后空冷至室温；回火后堆垛缓冷至室温。

14、发明原理：

15、在成分设计上，采用低碳当量控制。同时，为获得良好的综合力学性能，控制低p、低s、低si、低b，控制nb、v、ti微合金化元素和较高n含量以精细调控碳氮化物析出的种类、数量、大小、分布，并添加较多的ni和mo，以推迟过冷奥氏体的扩散型相变，从而提高基体强度。较高的ni也可以提高 α-fe基体的韧性，加入的mo通过沉淀析出对提高强度也有一定贡献。

16、在工艺上，为获得高纯净、高均质的无缺陷铸坯以及控制合适的组织类型和析出物形貌，精炼采用lf+vd、重ca处理，对获得超低s以及控制条带状mns夹杂效果明显。在钢水较高温度时加入铌铁和钒铁并使加入后有足够的时间熔化，避免大颗粒碳氮化物滞留在钢中，条带状mns夹杂和大颗粒碳氮化物影响钢的强韧性，严重恶化抗层状撕裂性能。连铸采用合适的过热度和相对较低的拉速，避免含较高氮含量的钢坯出现严重的枝晶偏析和表面质量问题。轧制采用高温加热，有利于减轻铸坯的偏析和促进碳氮化物的充分固溶。采用两阶段控制轧制，同时第一阶段再结晶区采用大变形轧制，目的是防止出现混晶并获得细小均匀的再结晶晶粒。轧后采用缓冷，有助于相间析出的充分进行，这对于后续高温长时正火热处理时控制奥氏体晶粒尺寸有重要作用。热处理采用的正火温度高、时间长，使奥氏体化充分、过冷奥氏体转变c曲线右移，从而获得较多粒状贝氏体，对提高基体强度作用明显，然后采用两次回火，一方面使m-a组元和渗碳体转变充分，提高韧性，另一方面使mo、nb、v的沉淀析出充分，提高强度。

17、本发明的有益效果：1）采用本发明方法生产的钢板具有良好的综合力学性能，屈服强度≥550mpa、抗拉强度≥690mpa、延伸率≥18%、屈强比≤0.85、-20℃冲击吸收功≥47j、z向拉伸断面收缩率≥35%，能够满足高层建筑结构用钢对高强韧性、低屈强比、抗层状撕裂和易焊接等苛刻要求；2）本发明采用正火+回火+回火热处理工艺，钢板组织性能均匀，厚度效应小，即使生产150mm以上特厚板，性能下降也微乎其微；3）本发明钢板残余应力低，板形易控制，可批量生产。

技术特征：

1. 一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于，钢的重量百分组成为c=0.11%~0.13%、si≤0.15%、mn=1.20%~1.50%、p≤0.010%、s≤0.002%、al=0.02%~0.05%、ni=0.80%~1.0%、mo=0.20%~0.40%、ti≤0.005%、nb=0.02%~0.03%、v=0.12%~0.15%、n=0.010%~0.015%、b≤0.0005%，余量为fe和不可避免的杂质元素，其中碳当量cev=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+ (ni+cu)/5≤0.54%；钢的屈服强度≥550mpa、抗拉强度≥690mpa、延伸率≥18%、屈强比≤0.85、-20℃冲击吸收功≥47j、z向拉伸断面收缩率≥35%；关键工艺步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于步骤（1）冶炼：控制渣量为铁水装入量的7%~9%。

3.根据权利要求1所述的一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于：步骤（2）精炼：lf+vd精炼过程全程底吹氮搅拌钢水。

4.根据权利要求1所述的一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于：步骤（3）连铸：采用火焰清理铸坯表面，清理范围至少包括铸坯宽度中心位置和两边各300mm以上。

5.根据权利要求1所述的一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于：步骤（4）控轧控冷：轧后堆垛缓冷至室温。

6.根据权利要求1所述的一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，其特征在于：步骤（5）热处理：正火后空冷至室温；回火后堆垛缓冷至室温。

技术总结一种高层建筑结构用高强韧钢板的生产方法，属于低合金高强度钢生产技术领域。钢的重量百分组成为C=0.11%~0.13%、Si≤0.15%、Mn=1.20%~1.50%、P≤0.010%、S≤0.002%、Al=0.02%~0.05%、Ni=0.80%~1.0%、Mo=0.20%~0.40%、Ti≤0.005%、Nb=0.02%~0.03%、V=0.12%~0.15%、N=0.010%~0.015%、B≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；通过冶炼、精炼、连铸、控轧控冷和热处理工艺，生产的钢板具有高强韧性、低屈强比和良好的抗层状撕裂性能：屈服强度≥550MPa、抗拉强度≥690MPa、延伸率≥18%、屈强比≤0.85、‑20℃冲击吸收功≥47J、Z向拉伸断面收缩率≥35%。本发明方法可生产150mm以上特厚板。技术研发人员：彭宁琦,杨建华,刘吉文,高擎,周文浩,巨银军,史术华,陈振明,张弦,张可,迟云广,张勇伟,王振,王记铭,脱臣德,周光杰,冯赞,高海亮,赵军,彭清受保护的技术使用者：湖南华菱湘潭钢铁有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20