一种屈服强度420MPa级高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法
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发明内容
本发明的目的在于提供一种420MPa级高层建筑用高强度建筑用钢板的生产方法，通过控 轧控冷两阶段轧制制备16mm～80mm厚高层建筑结构用高强度钢板Q420GJE-Z35，通过Nb、 V、Ti的组织强化、细晶强化和析出强化以及Ti/N=(2.5~3.42:1)的合适比例，即可得到良好强 韧性、低屈强比、抗层状撕裂和焊接性能良好的厚钢板。
附图说明
图1 是本发明屈服强度420MPa级高层建筑用高强度钢板Q420GJE-Z35的金相组织照片
具体实施方案：
化学成分、轧制工艺及力学性能和焊接性试验情况分别见表1~3。
表1 化学成分（wt%）
序号 C Si Mn P
S
Cr
百度文库
Ni Al Cu
Nb
Ti
V N(ppm)
1 ≤0.08 0.2 1.42 0.017 0.0026 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.013 ≤0.04% 30 2 ≤0.08 0.2 1.42 0.015 0.0021 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.013 ≤0.04% 41 3 ≤0.08 0.24 1.42 0.016 0.0013 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.015 ≤0.04% 33
1
用多个板坯同时轧制。 采用上述成分和工艺所取得的高层建筑用高强度钢板的金相组织为针状铁素体和下贝氏
体以及少量的块状铁素体，其机械性能抗拉强度达到570~610MPa，在厚度80mm的钢板屈服 强度也能达到420 MPa，屈强比≤0.85，延伸率25~30%，-40℃冲击功大于150J，Z向断面收缩 率大于60%，抗冷弯性能良好，经过焊接热模拟实验，钢板具有良好的焊接性能，其碳当量 Ceq≤0.38，Pcm≤0.18。
本发明高层建筑用钢板与已知技术相比，具有如下的优点和效果： 从成分设计上依据低碳微合金原则，采用合适的配比，加入Nb元素，提高奥氏体再结晶 停止温度，可以使钢板在高温轧制晶粒不易长大，降低轧制力，提高轧机的效率；利用TiN 和其它的钛铌碳氮化合物的高温稳定性，钉轧晶界，阻止加热时奥氏体晶粒的快速长大，在 保证钢板强度的同时，提高钢板的韧性和焊接性；轧制工艺采用两阶段控制轧制，粗轧开轧 温度1030±50℃，在轧辊上待温至850±20℃开始精轧，轧后快速冷却至490±30℃，经矫直后放 冷床冷却，为了保持高效率生产，可以根据生产线的特点采用多个板坯同时轧制。钢板的室 温组织为针状铁素体和下贝氏体以及少量的块状铁素体，大量高位错密度的针状铁素体组织 在保证钢板强度的同时，有效的改善钢板的低温韧性。 从成本考虑，本发明钢板的设计成分合金元素含量低，贵重元素少，且生产厚度在 16~80mm 规格的钢板只需现场控轧控冷即可，省去了在线热处理工序，大大降低了生产成本， 提高了生产效率。 本发明的高层建筑用高强度钢板各项性能均达到预定的标准要求，且产品具有广阔的发 展前景。
在本发明之前，专利号 200810104298.5 的中国发明专利公开说明了一种高层建筑钢板及 其生产方法，该钢板采用 Si-Mn-V 系合金设计，化学成分按重量百分比为 C:0.12~0.17%、 Si:0.3~0.45%、Mn:1.35~1.55%、P:≤0.022%、S≤0.01%、Alt:0.02~0.05%、V:0.03~0.1%，余量 为 Fe 及不可避免的夹杂。轧制工艺采用在再结晶区低速大压下轧制制度，单道次压下量大于 10%，终轧温度控制范围 830~900℃；轧后加速进入控制冷却系统，终冷温度控制范围为 700~750℃；热矫后空冷或堆冷至室温；该钢板根据不同厚度规格添加 V 元素；16mm 屈服强 度达到 405MPa，属于 Q390MPa 级别，同时该钢种碳含量偏高，钢板的焊接性能受到不利影 响。
说明书
一种屈服强度 420MPa 级高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法
所属技术领域
本发明涉及一种16mm～80mm厚高层建筑结构用高强度钢板Q420GJE-Z35及其生产方 法，属于低合金高强度建筑用钢领域。
背景技术
近年来，建筑物一直向超高层和大空间方向发展，为此，要求钢材具有高强度和大断面 特性，对厚钢板的韧性和焊接性能要求也越来越高。
专利号 200810119504.X 的中国发明专利公开说明了一种屈服强度 420MPa 级高强度建筑 用钢板的热处理方法，该钢种的化学成分按重量百分比为 C:0.12~0.18%、Si:0.3~0.4%、 Mn:1.4~1.5%、Nb:0.03~0.05%、V:0.05~0.1%、Ti:0.01~0.02%、P:≤0.015%、S≤0.005%，余量 为 Fe 及不可避免的夹杂。热处理工艺：连铸坯经过控轧控冷后得到 45mm 厚钢板，加热到正 火的温度 890~950℃；保温后以 2~6℃/s 的速度降温；控制终冷温度为 600~750℃，其最终组 织主要是铁素体加珠光体，屈服强度达到 420MPa。该钢板碳含量偏高，需要正火处理，生产 工艺成本高。
实现本发明的技术方案是：化学成分按C:≤0.08、Si:0.1~0.3%、Mn:1.4~1.6%、Nb: ≤0.04%、 V: ≤0.04%、Ti:0.01~0.02%、Ni: ≤0.2%、Cr: ≤0.1%、Cu: ≤0.2%、Al: ≤0.03%、N: ≤0.005%、 P:≤0.015%、S≤0.003%，余量为Fe及不可避免的夹杂。连铸坯在1200℃加热炉保温2小时，除 磷后进行两阶段轧制，粗轧开轧温度1030±50℃，在轧辊上待温至850±20℃开始精轧，轧后快 速冷却至490±30℃，经矫直后放冷床冷却，为了保持高效率生产，可以根据生产线的特点采
专利号 200710046298.X 的中国发明专利公开说明了一种屈服强度 420MPa 级超细晶钢板 及其制造方法，该钢板碳含量低，化学成分按重量百分比为 C:0.06~0.09%、Si:0.3~0.6%、 Mn:1~1.3%、P:≤0.015%、S≤0.01%、Ti:0.02~0.05%，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。轧制工艺 采用两阶段轧制，粗轧开轧温度 970~1050℃，轧后水冷却至 780~820℃，在轧辊上待温至 720~780℃开始精轧，终轧温度为 700~760℃，轧后钢板冷却至 440~480℃，钢板出水后空冷， 在 20mm 厚规格以下屈服强度达到 420MPa。该钢板焊接性能良好，但是对于大于 20mm 厚 的钢板不适用，中间待温时间较长，影响生产节奏。
本发明的目的在于提供一种420MPa级高层建筑用高强度建筑用钢板的生产方法，通过控 轧控冷两阶段轧制制备16mm～80mm厚高层建筑结构用高强度钢板Q420GJE-Z35，通过Nb、 V、Ti的组织强化、细晶强化和析出强化以及Ti/N=(2.5~3.42:1)的合适比例，即可得到良好强 韧性、低屈强比、抗层状撕裂和焊接性能良好的厚钢板。
附图说明
图1 是本发明屈服强度420MPa级高层建筑用高强度钢板Q420GJE-Z35的金相组织照片
具体实施方案：
化学成分、轧制工艺及力学性能和焊接性试验情况分别见表1~3。
表1 化学成分（wt%）
序号 C Si Mn P
S
Cr
百度文库
Ni Al Cu
Nb
Ti
V N(ppm)
1 ≤0.08 0.2 1.42 0.017 0.0026 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.013 ≤0.04% 30 2 ≤0.08 0.2 1.42 0.015 0.0021 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.013 ≤0.04% 41 3 ≤0.08 0.24 1.42 0.016 0.0013 ≤0.1% ≤0.2% 0.04 ≤0.2% ≤0.04% 0.015 ≤0.04% 33
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用多个板坯同时轧制。 采用上述成分和工艺所取得的高层建筑用高强度钢板的金相组织为针状铁素体和下贝氏
体以及少量的块状铁素体，其机械性能抗拉强度达到570~610MPa，在厚度80mm的钢板屈服 强度也能达到420 MPa，屈强比≤0.85，延伸率25~30%，-40℃冲击功大于150J，Z向断面收缩 率大于60%，抗冷弯性能良好，经过焊接热模拟实验，钢板具有良好的焊接性能，其碳当量 Ceq≤0.38，Pcm≤0.18。
本发明高层建筑用钢板与已知技术相比，具有如下的优点和效果： 从成分设计上依据低碳微合金原则，采用合适的配比，加入Nb元素，提高奥氏体再结晶 停止温度，可以使钢板在高温轧制晶粒不易长大，降低轧制力，提高轧机的效率；利用TiN 和其它的钛铌碳氮化合物的高温稳定性，钉轧晶界，阻止加热时奥氏体晶粒的快速长大，在 保证钢板强度的同时，提高钢板的韧性和焊接性；轧制工艺采用两阶段控制轧制，粗轧开轧 温度1030±50℃，在轧辊上待温至850±20℃开始精轧，轧后快速冷却至490±30℃，经矫直后放 冷床冷却，为了保持高效率生产，可以根据生产线的特点采用多个板坯同时轧制。钢板的室 温组织为针状铁素体和下贝氏体以及少量的块状铁素体，大量高位错密度的针状铁素体组织 在保证钢板强度的同时，有效的改善钢板的低温韧性。 从成本考虑，本发明钢板的设计成分合金元素含量低，贵重元素少，且生产厚度在 16~80mm 规格的钢板只需现场控轧控冷即可，省去了在线热处理工序，大大降低了生产成本， 提高了生产效率。 本发明的高层建筑用高强度钢板各项性能均达到预定的标准要求，且产品具有广阔的发 展前景。
在本发明之前，专利号 200810104298.5 的中国发明专利公开说明了一种高层建筑钢板及 其生产方法，该钢板采用 Si-Mn-V 系合金设计，化学成分按重量百分比为 C:0.12~0.17%、 Si:0.3~0.45%、Mn:1.35~1.55%、P:≤0.022%、S≤0.01%、Alt:0.02~0.05%、V:0.03~0.1%，余量 为 Fe 及不可避免的夹杂。轧制工艺采用在再结晶区低速大压下轧制制度，单道次压下量大于 10%，终轧温度控制范围 830~900℃；轧后加速进入控制冷却系统，终冷温度控制范围为 700~750℃；热矫后空冷或堆冷至室温；该钢板根据不同厚度规格添加 V 元素；16mm 屈服强 度达到 405MPa，属于 Q390MPa 级别，同时该钢种碳含量偏高，钢板的焊接性能受到不利影 响。
说明书
一种屈服强度 420MPa 级高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法
所属技术领域
本发明涉及一种16mm～80mm厚高层建筑结构用高强度钢板Q420GJE-Z35及其生产方 法，属于低合金高强度建筑用钢领域。
背景技术
近年来，建筑物一直向超高层和大空间方向发展，为此，要求钢材具有高强度和大断面 特性，对厚钢板的韧性和焊接性能要求也越来越高。
专利号 200810119504.X 的中国发明专利公开说明了一种屈服强度 420MPa 级高强度建筑 用钢板的热处理方法，该钢种的化学成分按重量百分比为 C:0.12~0.18%、Si:0.3~0.4%、 Mn:1.4~1.5%、Nb:0.03~0.05%、V:0.05~0.1%、Ti:0.01~0.02%、P:≤0.015%、S≤0.005%，余量 为 Fe 及不可避免的夹杂。热处理工艺：连铸坯经过控轧控冷后得到 45mm 厚钢板，加热到正 火的温度 890~950℃；保温后以 2~6℃/s 的速度降温；控制终冷温度为 600~750℃，其最终组 织主要是铁素体加珠光体，屈服强度达到 420MPa。该钢板碳含量偏高，需要正火处理，生产 工艺成本高。
实现本发明的技术方案是：化学成分按C:≤0.08、Si:0.1~0.3%、Mn:1.4~1.6%、Nb: ≤0.04%、 V: ≤0.04%、Ti:0.01~0.02%、Ni: ≤0.2%、Cr: ≤0.1%、Cu: ≤0.2%、Al: ≤0.03%、N: ≤0.005%、 P:≤0.015%、S≤0.003%，余量为Fe及不可避免的夹杂。连铸坯在1200℃加热炉保温2小时，除 磷后进行两阶段轧制，粗轧开轧温度1030±50℃，在轧辊上待温至850±20℃开始精轧，轧后快 速冷却至490±30℃，经矫直后放冷床冷却，为了保持高效率生产，可以根据生产线的特点采
专利号 200710046298.X 的中国发明专利公开说明了一种屈服强度 420MPa 级超细晶钢板 及其制造方法，该钢板碳含量低，化学成分按重量百分比为 C:0.06~0.09%、Si:0.3~0.6%、 Mn:1~1.3%、P:≤0.015%、S≤0.01%、Ti:0.02~0.05%，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。轧制工艺 采用两阶段轧制，粗轧开轧温度 970~1050℃，轧后水冷却至 780~820℃，在轧辊上待温至 720~780℃开始精轧，终轧温度为 700~760℃，轧后钢板冷却至 440~480℃，钢板出水后空冷， 在 20mm 厚规格以下屈服强度达到 420MPa。该钢板焊接性能良好，但是对于大于 20mm 厚 的钢板不适用，中间待温时间较长，影响生产节奏。