專利名稱：一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
為了達(dá)到抗震的目的，用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的材料，一般都要求具有較低的屈服比；同時(shí)還要求良好的焊接性，要能做到焊前不預(yù)熱、焊后不需消應(yīng)處理。低屈服比鋼具有良好的冷變形能力，雖局部超載失穩(wěn)而不至于發(fā)生突然的破壞，因此十分有利于建筑結(jié)構(gòu)的安全。
目前，低屈服比高強(qiáng)鋼主要包括抗拉強(qiáng)度為490、590、780MPa(如日本HT50，HT60，HT80)3個(gè)級(jí)別的20～100mm的厚板。490MPa和590MPa級(jí)鋼種要求屈服比小于0.80，590MPAa級(jí)鋼種要求屈服比小于0.85。這類鋼種一般采用離線或在線熱處理生產(chǎn)。如住友金屬生產(chǎn)的HT60級(jí)鋼板，采用軋后加速冷卻加回火(DAC-T)或兩相區(qū)淬火加回火方法(Q-Q′-T)。這兩種方法最終都可獲得軟的鐵素體和回火索氏體混和組織，在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)，兼有較低的屈服比。而新日鐵生產(chǎn)這類鋼時(shí)，采用DL-T法(DL-軋制過(guò)程結(jié)束后，待鋼板溫度降低至Ar3以下時(shí)水冷，T-回火)或DQ-L-T法(DQ-軋后在奧氏體區(qū)直接淬火，L-將鋼板加熱至Ac1-Ac3之間的兩相區(qū)然后水冷，T-回火)，也是為了獲得具有較低屈服比的鐵素體和回火索氏體混和組織。
為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，人們希望獲得的結(jié)構(gòu)鋼無(wú)需熱處理，即以軋制狀態(tài)的產(chǎn)品可直接用于建筑現(xiàn)場(chǎng)。日本專利申請(qǐng)JP 9041080A、JP 4173920A、JP63293110A、JP 5179396A介紹了無(wú)需熱處理的四種低屈服比高強(qiáng)度鋼，但這些鋼種存在屈服比仍然不夠低、焊接冷裂紋敏感性指數(shù)Pcm稍高、焊接性能不夠理想的缺陷。相比而言，本發(fā)明涉及的鋼種，其焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm平均值低于0.20％，無(wú)需進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力處理，符合焊接無(wú)裂紋鋼(CF鋼)的條件；此外，根據(jù)已進(jìn)行的實(shí)施例來(lái)看，其屈服比≤0.70。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板及其生產(chǎn)方法，該鋼種具有鐵素體與貝氏體混和組織，能夠在外力作用下吸收較大的變形能，而不至于突然破壞，因而具有極好的抗震性能。鋼的屈服比可以控制在0.65~0.75以下。由于采用新的成分設(shè)計(jì)，鋼的焊接性很好，且可以控制較低的生產(chǎn)成本。需要解決的技術(shù)問(wèn)題是進(jìn)一步降低屈服比，降低焊接冷裂紋敏感性指數(shù)Pcm，提高焊接性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板，其化學(xué)成分(重量百分比)C0.01％～0.10％，Si1.00％～1.50％，Mn0.80％～1.10％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni0.30％～3.20％，Al0.02％～0.03％，Ti0.01％～0.15％，B0.0003％～0.0010％，N0.0020％～0.0150％，余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。在上述配比中控制Ti/N3～4且Ni≤9.2-40C-4Mn。
生產(chǎn)工藝流程冶煉(電爐或轉(zhuǎn)爐)-精煉-鑄造(連鑄或模鑄)-鋼坯加熱-控制軋制-控制冷卻-成品。
按上述化學(xué)成分進(jìn)行冶煉和鑄造，然后按下列參數(shù)進(jìn)行軋制和冷卻鋼坯規(guī)格根據(jù)成品鋼板的厚度確定按照鋼板厚度的3.5～5.5倍設(shè)計(jì)坯厚。將鋼坯在加熱爐內(nèi)按1100℃～1250℃加熱，按兩階段控制軋制法，第一階段，將道次變形量控制在12％～30％，在950℃以上，道次變形量應(yīng)盡可能大。軋制道次間可以高壓水對(duì)軋件進(jìn)行強(qiáng)制降溫，第一階段軋制的總變形量約為50～60％。第二階段軋制自950℃左右開始。終軋溫度850℃～750℃。軋制結(jié)束后，進(jìn)行30～120秒鐘等待，溫度至700～750℃時(shí)，進(jìn)入加速冷卻裝置，以10～40℃/秒的速度冷卻至350～500℃，之后空冷至200℃以下。鋼的顯微結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為鐵素體和貝氏體混和組織，其中鐵素體比例為30～90％，其余為貝氏體。
本發(fā)明鋼種采用Si-Mn-Ni-Ti系合金化設(shè)計(jì)，碳含量較低，焊接裂紋敏感性指數(shù)為0.15～0.25％(平均值0.195％)，因此具有良好的焊接性。與同類專利相比，本鋼種的Pcm值最低，焊接性最好。
本鋼種添加了1.00％～1.50％的Si，其目的之一是與Mn一起提高鋼的淬透性，使鋼獲得貝氏體的能力增加。同時(shí)，Si在鐵素體中的固溶度較大，能顯著強(qiáng)化鐵素體，其固溶強(qiáng)化效果高于Mn，非調(diào)質(zhì)鋼中加入一定的Si還可以改善鋼的韌性。在本鋼種加入Si的另一個(gè)重要目的是增加在空冷條件下鋼中鐵素體的體積分?jǐn)?shù)，并且能夠使晶粒細(xì)化。較高的Si與Mn的聯(lián)合加入，有利于獲得鐵素體和貝氏體的混和組織，從而保證鋼在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)，具有較低的屈服比。
Mn在鋼中通過(guò)各種機(jī)制影響組織和性能。其主要作用是固溶強(qiáng)化、細(xì)化鐵素體晶粒和增加鋼的淬透性(尤其與Si一起)。但是，Mn含量增加將降低鋼的相變溫度，在一定條件下使鐵素體體積分?jǐn)?shù)減少，珠光體增加，使鋼的韌性受到損害同時(shí)不利于降低屈服比。而且Mn對(duì)鋼的焊接性影響也比較大。因此，本鋼種降低了Mn含量，將其控制在0.80～1.10％。此外，將Mn提Si也可以降低鋼的生產(chǎn)成本。
Ti在鋼中的作用是抑制加熱和再結(jié)晶時(shí)晶粒粗化、與N形成TiN微細(xì)析出物沉淀強(qiáng)化以及阻止焊接熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)，Ti的作用是必不可少的。
Ni顯著提高鋼的韌性，尤其是低溫韌性，同時(shí)與Si、B、Mn等元素配合能夠推遲珠光體轉(zhuǎn)變，使鋼更容易獲得貝氏體。因此，更有利于在厚板中生產(chǎn)低屈服比鋼。
本發(fā)明的有益效果是本鋼種綜合利用Si-Mn-Ni合金體系中各元素對(duì)鐵素體與貝氏體組織比例的影響作用，其成分配比具有與其他發(fā)明不同之處。本發(fā)明與日本四項(xiàng)專利申請(qǐng)化學(xué)成分、生產(chǎn)方法以及焊接冷裂紋敏感性指數(shù)見(jiàn)表1

與所列相近專利對(duì)比，采用較高的Si含量和Ni含量，相比之下降低了Mn含量。與表1中的專利相比，Mn含量上限0.70％～1.40％降低了。與1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)專利相比，本鋼種采用了較高Si、較低Mn設(shè)計(jì)；與3、4號(hào)專利相比，采用了加Ni的方案。通過(guò)對(duì)實(shí)施例鋼的性能進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這種特殊的成分設(shè)計(jì)，其最主要的優(yōu)點(diǎn)在于①高Si與適量的Mn結(jié)合，能夠提高鋼的淬透性，有利于獲得貝氏體組織，同時(shí)在一定的冷卻速度下，較高的Si可以增加鐵素體比例，而且可以較穩(wěn)定地進(jìn)行控制，因此易于獲得較低的屈服比；②Si-Mn-Ni合金組合，當(dāng)Si和Ni含量較高并且加入微量B時(shí)，大厚度鋼板的抗拉強(qiáng)度保持較高水平，也就是說(shuō)鋼板的屈服比能夠較容易地降低，同時(shí)鋼的低溫韌性得到改善；③按照Ni≤9.2-40C-4Mn的要求對(duì)Ni含量進(jìn)行控制，而不必加入Mo、Cr等元素，同時(shí)降低了C含量，在獲得較低的屈服比和良好的低溫韌性的同時(shí)，鋼的焊接性得到保證；④本鋼種沒(méi)有采用微量Nb的合金化，而是采用較高的Ti，目的是利用Ti抑制奧氏體再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大，得到所期望的組織狀態(tài)；避免因Nb微合金化鋼特有的變形“餅狀”鐵素體組織，因?yàn)榫哂羞@種組織的鋼的屈服比較高，且不易控制；⑤按照本專利設(shè)計(jì)的化學(xué)成分，只需對(duì)熱軋鋼板進(jìn)行一定時(shí)間的待溫，以便獲得適當(dāng)比例的鐵素體，隨后進(jìn)行加速冷卻，獲得貝氏體，即可得到較低的屈服比；這樣就無(wú)需進(jìn)行任何熱處理，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了制造周期和成本。
⑥與其他專利相比，本鋼種具有最低的的焊接裂紋敏感性指數(shù)，因此焊接性最好，這一點(diǎn)對(duì)于大厚度建筑結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)是十分重要的。
本發(fā)明綜合的有益效果是(1)本發(fā)明鋼種化學(xué)成分簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，無(wú)需進(jìn)行任何軋后熱處理，可以以較低的成本生產(chǎn)；(2)于采用新的成分設(shè)計(jì)，能夠較容易地獲得鐵素體和貝氏體混和組織，鋼的淬透性較高，適合于厚板生產(chǎn)；(3)與同強(qiáng)度級(jí)別的其他專利相比，本發(fā)明鋼種能夠?qū)⑶瓤刂频酶涂估瓘?qiáng)度能夠達(dá)到800MPa以上、而屈服比≤0.70。其他專利要達(dá)到類似強(qiáng)度和屈服比，需要進(jìn)行特定的熱處理，本發(fā)明則不需要。
(4)碳含量較低，鋼的焊接性較好，按照通常原理，不需焊前預(yù)熱和后熱。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例1-4見(jiàn)表2。
表2 實(shí)施舉例

權(quán)利要求
1.一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板，其化學(xué)成分的重量百分比如下C0.01％～0.10％，Si1.00％～1.50％，Mn0.80％～1.10％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni0.30％～3.20％，Al0.02％～0.03％，Ti0.01％～0.15％，B0.0003％～0.0010％，N0.0020％～0.0150％，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板，其特征是在上述配比中控制Ti/N3～4且Ni≤9.2-40C-4Mn。
3.權(quán)利要求1所述的一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板生產(chǎn)方法，其特征是生產(chǎn)工藝流程按權(quán)1化學(xué)成分進(jìn)行電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉-精煉-連鑄或模鑄-鋼坯加熱-控制軋制-控制冷卻-成品；具體步驟是，按照鋼板厚度的3.5～5.5倍設(shè)計(jì)坯厚，將鋼坯在加熱爐內(nèi)按1100℃～1250℃加熱，按兩階段控制軋制法，第一階段，將道次變形量控制在12％～30％，在950℃以上，道次變形量應(yīng)盡可能大；軋制道次間可以高壓水對(duì)軋件進(jìn)行強(qiáng)制降溫，第一階段軋制的總變形量約為50～60％，第二階段軋制自950℃左右開始，終軋溫度850℃～750℃，軋制結(jié)束后，進(jìn)行30～120秒鐘等待，溫度至700～750℃時(shí)，進(jìn)入加速冷卻裝置，以10～40℃/秒的速度冷卻至350～500℃，之后空冷至200℃以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板及其生產(chǎn)方法。解決了現(xiàn)有低屈服比高強(qiáng)鋼需進(jìn)行軋后熱處理等缺陷。技術(shù)方案為一種低屈服比易焊接結(jié)構(gòu)鋼厚板，其化學(xué)成分的重量百分比如下C0.01％～0.10％，Si1.00％～1.50％，Mn0.80％～1.10％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni0.30％～3.20％，Al0.02％～0.03％，Ti0.01％～0.15％，B0.0003％～0.0010％，N0.0020％～0.0150％，余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。生產(chǎn)工藝流程冶煉(電爐或轉(zhuǎn)爐)—精煉—鑄造(連鑄或模鑄)—鋼坯加熱—控制軋制—控制冷卻—成品。主要用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號(hào)B21B1/22GK1782113SQ200410084699
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者姚連登 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司