厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高強度建筑用鋼生產(chǎn)領域，特別涉及一種厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼及其制備方法。
【背景技術】
[0002]與傳統(tǒng)的混凝土相比，鋼材具有強度大、韌性高、延展性好等特點，因此鋼結(jié)構建筑在結(jié)構性能、經(jīng)濟性能、環(huán)保性能等領域的顯著優(yōu)勢。特別是其環(huán)保方面的優(yōu)勢，符合當前國際國內(nèi)的低碳經(jīng)濟發(fā)展要求。
[0003]目前，在鋼結(jié)構工業(yè)發(fā)展成熟的國家，鋼結(jié)構在建筑結(jié)構中的占比已普遍超過40%，而我國使用鋼結(jié)構的建筑占比僅6%。從建筑用鋼的使用量上看，美國、日本等國鋼結(jié)構用鋼量已超過鋼材消費量的35%，一般國家鋼結(jié)構用鋼量的比例也達到了 10%左右；我國鋼結(jié)構建筑用鋼占鋼材消費總量的比例為5%?6%，且88%為Q345以下級別，總體處于消費結(jié)構不合理、品種規(guī)格不配套、綜合性能偏低的狀況。但我國已經(jīng)開始倡導建筑節(jié)能環(huán)?；谡叩拇罅χС窒?，綠色建筑和保障房建設對住宅鋼結(jié)構的需求日益增長，因此建筑用鋼具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的需求量。
[0004]另外，隨著鋼結(jié)構建筑向高層化和大跨距的發(fā)展及節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高，需要建筑用鋼板向高強度化發(fā)展。已有研究表明，在20層的建筑中，鋼板抗拉強度由490MPa提高到590MPa，可節(jié)約鋼材20 %，因此提高建筑用鋼的強度對于高層建筑的減重、降低成本具有重要意義。當前我國的建筑用鋼最高級別僅為Q460級別。另外建筑的高層化，還需要大厚度的建筑用鋼，當鋼板厚度增加時，其成分設計和生產(chǎn)工藝都與較薄鋼板的完全不同，特別是在提高其強度的同時，要保證其具有較低的屈強比和較好的沖擊韌性，這存在很大難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑用鋼板在厚度較大的情況下還能夠保證其較高的強度、延伸率、沖擊韌性及較低的屈強比等綜合性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]—種厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼，該結(jié)構鋼按質(zhì)量百分比由以下化學成分組成:C0.09 ?0.14 %，S1.2 ?0.5 %，Mnl.0 ?1.4 %，P 彡 0.015 %，S^0.010%,V0.04 ?0.07%, Cr0.3 ?0.5%，Mo0.1 ?0.5%，T1.015 ?0.03%, Nb0.02 ?0.04%,N1.2?0.6%，Cu0.1?0.25%, B0.001?0.003%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008]優(yōu)選地，在上述厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼中，所述結(jié)構鋼的碳當量Ceq ( 0.52，焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm < 0.27。
[0009]優(yōu)選地，在上述厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼中，所述結(jié)構鋼的屈服強度彡630MPa，抗拉強度彡785MPa，屈強比彡0.83。
[0010]優(yōu)選地，在上述厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼中，C0.10?0.13%,S1.30 ?0.35%,Mnl.0 ?1.25%,P 彡 0.015%,S 彡 0.010%,V0.05 ?0.06%,Cr0.4 ?0.5%, Mo0.3 ?0.4%，T1.02 ?0.03%, Nb0.025 ?0.03%, N1.2 ?0.6%，Cu0.2 ?
0.25%, B0.001?0.002%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0011]制備上述厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼的方法，包括冶煉、精煉、連鑄、加熱、乳制、冷卻以及熱處理步驟，其中:
[0012]所述乳制步驟中，將加熱后的連鑄坯進行兩階段控制乳制，第一階段乳制的開乳溫度為1070°C?1120°C，乳制道次6-10，道次壓下量彡15mm，所述第一階段乳制后的乳件厚度為成品厚度的2-4倍；第一階段乳制后待溫到900°C?950°C進行第二階段乳制，乳制
6-10道次，道次壓下量多1mm ;最終得到乳制后的結(jié)構鋼；
[0013]所述熱處理步驟中，將冷卻至室溫的結(jié)構鋼依次進行亞溫淬火和回火處理，所述亞溫淬火的加熱溫度為780?900°C，保溫時間為15min?10min ;所述回火的加熱溫度為450 ?550°C，保溫時間 60min ?150min。
[0014]優(yōu)選地，在上述方法中，在所述乳制步驟中，所述第一階段乳制的終乳溫度為1000°C ?1050 °C。
[0015]優(yōu)選地，在上述方法中，在所述加熱步驟中，加熱溫度為1200°C?1250 °C，保溫時間為 10min ?180min。
[0016]優(yōu)選地，在上述方法中，所述保溫時間為120min?150min。
[0017]優(yōu)選地，在上述方法中，在所述乳制步驟中，所述第二階段乳制的終乳溫度800 cC ?850。。。
[0018]分析可知，本發(fā)明公開一種厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼及其制備方法，針對厚規(guī)格的低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼，進行了成分設計和工藝研究，開發(fā)了厚度40-100mm的屈服強度不小于630MPa的建筑用結(jié)構鋼。此結(jié)構鋼有利于鋼結(jié)構建筑的高層化發(fā)展，且由于其屈強比低、綜合力學性能較好，有利于提高鋼結(jié)構建筑的抗震安全性。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1中1/4厚度處金相組織照片；
[0020]圖2為實施例1中1/2厚度處金相組織照片；
[0021]圖3為實施例3中結(jié)構鋼的金相組織照片。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發(fā)明的限制。
[0023]本發(fā)明建筑結(jié)構鋼按質(zhì)量百分比由以下化學成分組成:C0.09?0.14%，S1.2?0.5%, Mnl.0 ?1.4%，P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, V0.04 ?0.07%, Nb0.02 ?0.04%,T1.015 ?0.03 %，Cr0.3 ?0.5 %，Cu0.1 ?0.25 %，N1.2 ?0.6 %，Mo0.1 ?0.5 %，B0.001?0.003%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0024]本發(fā)明的結(jié)構鋼化學成分及質(zhì)量百分比含量設計的原理如下:
[0025](I)C含量:C可以提尚強度、提尚洋透性，且成本低廉，但C含量尚影響鋼的焊接性能，因此為了兼顧鋼的強度和焊接性能，本發(fā)明采用低碳設計，將碳含量設計為0.09?0.14% ；
[0026]⑵Mn含量:Mn可以提高鋼的韌性，提高鋼的淬透性促進B (貝氏體)轉(zhuǎn)變，但Mn含量過高，會導致焊接熱影響區(qū)的韌性，所以成分設計時選擇適中Mn含量設計為1.0?
1.4% ；
[0027](3)強化元素:進行適當?shù)腣、Nb和Ti微合金化處理，利用V進行析出強化，利用Nb、Ti適當控制奧氏體轉(zhuǎn)變前的晶粒度；
[0028](4)淬透性調(diào)整元素:由于所開發(fā)的鋼厚度較大，要求淬透性較好，因此在C含量較低情況下，添加適當?shù)腃r、Mo、Cu、B元素以提高鋼的淬透性，
[0029](5)添加適當?shù)腘i元素，以提高鋼的低溫沖擊韌性。
[0030]經(jīng)過上述成分設計的厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼，其碳當量Ceq彡0.52，焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm彡0.27，屈服強度彡630MPa，抗拉強度彡785MPa，屈強比彡0.83，屈服強度最高值為755MPa，抗拉強度最高值為927MPa。碳當量Ceq和焊接裂紋敏感指數(shù)Pcm的計算公式分別如下:
[0031]Ceq = C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14,
[0032]Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10o
[0033]本發(fā)明的建筑用結(jié)構鋼的厚度可以達到100mm。
[0034]制備上述成分設計的厚規(guī)格低屈強比高強度建筑用結(jié)構鋼的方法，包括冶煉、精煉、連鑄、加熱、乳制、冷卻、以及熱處理步驟，其中:
[0035]冶煉、精煉以及連鑄步驟:按照上述鋼的化學成分及含量設計進行原料配制，采用本領域常規(guī)的轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉以及連鑄工藝制備連鑄坯。
[0036]加熱步驟:將連鑄坯進行加熱，其中加熱溫度優(yōu)選為1200 °C?1250 °C (比如1205 °C, 1210 °C, 1220 °C, 1230 °C, 1245 °C, 1250 0C )，保溫時間為 10min ?180min(比如lOOmin、120min、135min、150min、160min、170min、180min)，一方面促使鋼的奧氏體均勾化，另一方面避免加熱溫度過高或加熱時間過長引起過燒或晶粒粗大等缺陷。
[0037]乳制步驟:將加熱后的連鑄坯進行兩階段控制乳制，第一階段乳制的開乳溫度1070 °C ?1120 °C (1070 °C、1080 °C、1095 °C、1110 °C、1115 °C )，道次壓下量彡 15mm(比如15mm、20mm、25mm)，所述第一階段乳制后的乳件厚度為成品鋼厚度的2_4倍；第一階段乳制后待溫到900°C?950°C (比如910°C、920°C、930°C、940°C )后，進行第二階段乳制，道次