抗层状撕裂高层建筑用100mm厚Q420GJC_Z35钢板的开发_袁少威

全满足 ＧＢ／Ｔ １９８７９－２００５标准相关要求，钢板超
表 ４ Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ 钢 板 的 化 学 成 分 （质 量 百 分 数 ）
钢板堆冷结束 后 即 进 行 探 伤 检 测，探 伤 合 格 后进 行 正 火、风 冷 处 理。 正 火 处 理 加 热 速 率 １．８ｍｉｎ／ｍｍ、保 温 温 度 （９００±１０）℃、保 温 时 间 １００ｍｉｎ，热 处 理 过 程 严 格 控 制 炉 内 的 氧 化 气 氛， 钢 板 出 炉 后 风 冷 至 ４００℃ ，再 空 冷 至 室 温 。
厚板的层状 撕 裂 属 于 内 部 开 裂，外 表 无 任 何 迹象，而 且 一 旦 发 生 中 间 分 层，便 无 法 修 复，造 成 巨大经济损失 。 ［１］ 因此，风力发电塔架、高层 钢 结 构 建 筑 、海 洋 石 油 平 台 、大 跨 度 体 育 场 馆 、桥 梁 、重 型厂房等均采用抗层状撕裂钢板。南阳汉冶特钢 有限责任公司通 过 合 理 设 计 化 学 成 分 和 轧 制、热 处理工艺，开发出了性能优异的 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５大 厚度高强度钢板。
Ｃｅｑ ≤０．５０
厚 度／ｍｍ １００
ＲｅＨ／／ＭＰａ ４００～５３０
表 ２ Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ 钢 板 力 学 性 能 要 求
Ｒｍ／ＭＰａ ４２０～６８０
Ａ／％ ≥１９
Ａｋｖ（－２０℃ ）／Ｊ ≥３４
冷 弯 （ｄ＝３ａ） 完好
屈强比 ≤０．８５
Ｚ 向性能／％ ３５
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收 稿 日 期 ：２０１２－０７－１６ 收 修 改 稿 日 期 ：２０１２－０８－３１ 作 者 简 介 ：袁 少 威 （１９８５－ ），男 （汉 族 ），湖 北 仙 桃 人 ，助 理 工 程 师 ，主 要 从 事 新 产 品 研 发 工 作 。
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.2013.02.010
２０１３ 年 ４ 月 · 第 ３０ 卷 · 第 ２ 期
轧 钢
Ａｐｒ．２０１３ Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．２ ＳＴＥＥＬ ＲＯＬＬＩＮＧ · ２ ５ ·
抗层状撕裂高层建筑用１００ｍｍ 厚 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５钢板的开发
能，微合金元素 Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ具 有 细 晶 强 化、固 溶 强 化 、析 出 强 化 等 作 用 ，可 提 高 钢 材 强 度 。
Ｖ 在钢中主要形成 Ｖ （Ｃ，Ｎ）的 颗 粒，其 在 先 共析铁素体及珠 光 体 内 的 铁 素 体 区 析 出，可 同 时
核，细化晶 粒，提 高 钢 板 的 综 合 性 能。Ｃｒ能 使 钢 的铁素体析出线 右 移，在 提 高 抗 拉 强 度 的 同 时 屈 服强度 不 变，使 屈 强 比 降 低 。 ［３］ 为 此，Ｑ４２０ＧＪＣ－ Ｚ３５ 钢 板 目 标 成 分 设 计 见 表 ３。
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ １００ｍｍ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ Ｌａｍｅｌｌａｒ Ｔｅａｒｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｈｅａｖｙ Ｐｌａｔｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ＹＵＡＮ Ｓｈａｏ－ｗｅｉ，ＬＩＵ Ｑｉｎｇ－ｂｏ，ＰＡＮＧ Ｂａｉ－ｍｉｎｇ，ＧＵＯ Ｙａｎ－ｆａｎｇ
ＶＤ 真空脱气：６７Ｐａ真空下的保压时间控制在 ２０ｍｉｎ以上，将钢水中的气体含量控制到最低。
水冷铜 板 锭 模 浇 注 温 度 １５６０～１５６５℃，钢 水 到站后进行软吹氩，吹氩结束后要求镇静 ５ｍｉｎ后 开浇，浇注时坚持高温慢注、低温快注原则。 ３．２ 加 热 及 轧 制
加热工 艺：加 热 温 度 １２６０～１２８０℃，保 温 时 间为１１～１２ｈ。应防止钢锭加热温度过 高 导 致 奥 氏体晶粒大小不均而使最终成品具有混晶组织和 晶粒粗化现象。
ＬＦ 钢包精炼：采 用 大 渣 量 操 作，快 速 形 成 白 渣，进行深脱氧、脱 硫，精 炼 过 程 中 全 程 吹 Ａｒ，促
使钢水中 大 夹 杂 物 的 快 速 去 除，离 站 前 喂 Ｃａ－Ｓｉ 线 ，使 剩 余 夹 杂 物 由 不 规 则 形 状 变 为 球 状 ，也 有 利 于减少条状硫化物对钢材性能的危害 。 ［４］
１ 技 术 要 求
１００ｍｍ 厚 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ 钢 板 属 《ＧＢ／Ｔ １９８７９－２００５建筑结构用钢板》标准中 Ｑ４２０级别 的极限规格，客户 不 仅 要 求 力 学 性 能 满 足 国 家 标 准 ，而 且 要 求 钢 板 超 声 波 探 伤 满 足 ＪＢ／ Ｔ ２９７０－ ２００４ Ⅱ级以上标准，因此生产难度极大。其化 学 成 分 、力 学 性 能 要 求 见 表 １、表 ２。
由于１００ｍｍ 厚 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５钢板对屈服强度、 低温冲击性能、抗层状撕裂性能、超声波探伤等均有 较高要求，因此对钢锭内部质量提出了更高的要求。 为此选用本公司具有自主知识产权的水冷铜板锭模 装置进行钢锭浇注，锭型选择为３０ｔ定厚调宽水冷铜 板锭模，锭身中部厚度８１０ｍｍ，平均压缩比达到８，可 以满足力学性能及超声波探伤要求。
３ 工 艺 控 制
３．１ 冶 炼 及 浇 注 ＫＲ 预脱硫处理：采用钙 基 脱 硫，将 铁 水 Ｓ 含
量降至０．００５％以下，为后续的 ＬＦ 精炼深脱硫提 供了保证。
转炉冶炼：合 理 控 制 枪 位 及 吹 氧 时 间，保 证 Ｃ、Ｔ、Ｐ 协调 出 钢，杜 绝 二 次 吹 炼，防 止 钢 水 过 氧 化 ，出 钢 后 期 采 用 挡 渣 锥 挡 渣 出 钢 ，控 制 渣 层 厚 度 在５０ｍｍ 以下。
表 １ Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ 钢 板 化 学 成 分 要 求 （质 量 百 分 数 ）
％
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｐ
Ｓ
≤０．２０
≤０．５５
≤１．６０
≤０．０２５ ≤０．００５
注：Ｃｅｑ ＝ Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５
Ａｌｓ
Ｖ
Ｎｂ
Ｃｒ
≥０．０１５ ０．０２～０．２０ ０．０１５～０．０６０ ≤０．４
轧 制 工 艺 ：采 用 两 阶 段 控 制 轧 制 ，第 Ｉ阶 段 开 轧温度 １０５０～１１５０℃，采 用 高 温 低 速 大 压 下，道 次压下量控制在 ５０ｍｍ 以 上，当 中 间 坯 厚 度 为 成 品厚 度 的 ２．５ 倍 时，停 轧 晾 钢；当 轧 件 温 度 降 至 ８８０℃左右 时，开 始 第 Ⅱ 阶 段 轧 制，道 次 压 下 量 控 制在 １５～３０ｍｍ，最 后 ３ 道 次 平 均 压 下 率 不 小 于 １５％，并逐道递增，终轧 温 度 控 制 在 ８２０～８６０℃； 轧后 采 用 ＡＣＣ 控 冷，终 冷 温 度 控 制 在 ６８０～ ７２０℃ ，冷 却 后 经 矫 直 机 矫 直 。 ３．３ 热 处 理
表３ １００ｍｍ 厚 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５钢板化学成分设计
控制范围 控制目标
Ｃ ０．１２～
０．１５ ０．１４
Ｓｉ ０．２０～
０．４０ ０．３０
Ｍｎ １．４０～
１．５０ １．４５
化 学 成 分 （质 量 百 分 数 ）／％
Ｐ
Ｓ
Ａｌｓ
≤０．０１８ ≤０．００５ ０．０１５～
０．０３５
≤０．０１５ ≤０．００３ ０．０２５
Ｖ ０．０３０～
０．０３５ ０．０４０
Ｎｂ ０．０２５～
０．０４５ ０．０３５
Ｃｒ ０．２０～
０．４０ ０．３０
注：Ｃｅｑ＝ Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＝０．４０～０．４９
２．２ 工 艺 流 程 的 选 择 采用洁 净 钢 生 产 工 艺，利 用 ＫＲ、ＬＦ、ＶＤ 等
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轧 钢 ２０１３年４月出版
２ 工 艺 设 计
２．１ 成 分 设 计 考虑到 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ 钢 板 强 度 与 韧 性 的 匹
配，采 用 了 低 Ｃ 和 微 合 金 化 成 分 设 计 原 则，低 的 碳当量可 以 改 善 钢 板 的 焊 接 性 能 及 低 温 冲 击 性
第３０卷·第２期 袁少威等：抗层状撕裂高层建筑用１００ｍｍ 厚 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５钢板的开发
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４ 试 制 结 果 及 分 析
累计试制了６批钢板，钢板化学成分及性能完
声 波 探 伤 全 部 符 合 ＪＢ／Ｔ ２９７０－２００４Ⅰ级 标 准 。 试 样实测化学成分见表４，力学性能见表５。
强化铁素体和珠 光 体 组 织。 此 外，Ｖ （Ｃ，Ｎ）颗 粒 也可 在 晶 界 析 出，通 过 钉 扎 晶 界，阻 止 晶 粒 长 大， 从而细化铁素体晶粒，显著提高钢板的 强 度。Ｎｂ 可以提高奥氏体 再 结 晶 温 度，扩 大 奥 氏 体 未 再 结 晶区，保 证 轧 制 过 程 的 变 形 累 积，促 进 贝 氏 体 形
袁 少 威１，２，刘 庆 波１，庞 百 鸣１，郭 艳 芳１
（１．南 阳 汉 冶 特 钢 有 限 责 任 公 司 技 术 中 心 钢 研 所 ，河 南 南 阳 ４７４５００； ２．北 京 科 技 大 学 冶 金 与 生 态 工 程 学 院 ，北 京 １０００８３）
摘 要：通过 微 合 金 化 成 分 设 计 及 合 理 的 控 制 轧 制 、热 处 理 工 艺，成 功 开 发 出 １００ｍｍ 厚 抗 层 状 撕 裂 高 层 建 筑 用 Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５特厚钢板，产品力学性能满足国家标准 ＧＢ／Ｔ １９８７９－２００５要 求 且 强 韧 性 匹 配，钢 板 超 声 波 探伤全部符合ＪＢ／Ｔ ２９７０－２００４ Ⅰ级标准。 关 键 词 ：抗 层 状 撕 裂 ；特 厚 板 ；成 分 ；性 能 中图分类号：ＴＧ３３５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－９９９６（２０１３）０２－００２５－０３
（１．Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｙａｎｇ Ｈａｎｙｅ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｙａｎｇ ４７４５００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ １００ｍｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｑ４２０ＧＪＣ－Ｚ３５ｌａｍｅｌｌａｒ ｔｅａｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｅｘｔｒａ ｈｅａｖｙ ｐｌａｔｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｃｏｎ－ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏ－ａｌｌｏｙｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｌａｔｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ＧＢ／Ｔ １９８７９－２００５，ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．Ｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｍｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌｅｖｅｌ Ｉ ｉｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＪＢ／Ｔ ２９７０－２００４． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｍｅｌｌａｒ ｔｅａｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ；ｅｘｔｒａ ｈｅａｖｙ ｐｌａｔｅ ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
精炼装备，最大限度地降低大颗粒夹杂以及 Ｓ、Ｐ、 Ｏ、Ｎ、Ｈ 等有害元素。生产工艺流程为：
铁水 ＫＲ 脱 硫 → 转 炉 冶 炼 →ＬＦ 精 炼 →ＶＤ 真空脱气→ 模铸（３０ｔ水冷钢锭）→ 钢锭清理 → 热 装炉→高压水除鳞 →３８００ｍｍ 轧机轧制→ 矫直 → 钢板缓冷→表面检查→探伤→热处理→精整→性 能检测→入库。 ２．３ 锭 型 选 择