一種q345的z向特厚低合金高強度結構鋼板及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種厚度為50～70mm的Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板，鋼板中鋼的化學成分重量百分數為：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014、其余為Fe；碳當量：0.40～0.42。同時，本發明還公開了一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法。本發明具有產品綜合性能好，沖擊韌性高，尤其具有較好的Z向性能，產品質量穩定，產品合格率高等優點。
【專利說明】一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金行業鋼板及其加工工藝【技術領域】，具體涉及到一種Q345系列厚度在50~70_的普通碳素結構鋼板及其生產方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]焊接連接的鋼結構中，當鋼板厚度不小于40mm且承受沿板厚度方向的拉力時，為避免焊接時產生層狀撕裂，需采用抗層狀撕裂的鋼材(通常簡稱為“Z向鋼”)。厚板存在層狀撕裂問題，故要提出Z向性能測試。鋼板和型鋼經過滾軋成型的，一般多高層鋼結構所用鋼材為熱軋成型，熱軋可以破壞鋼錠的鑄造組織，細化鋼材的晶粒。鋼錠澆筑時形成的氣泡和裂紋，可在高溫和壓力作用下焊合，從而使鋼材的力學性能得到改善。然而這種改善主要體現在沿軋制方向上，因鋼材內部的非金屬夾雜物(主要為硫化物、氧化物、硅酸鹽等)經過軋壓后被壓成薄片，仍殘留在鋼板中(一般與鋼板表面平行)，而使鋼板出現分層(夾層)現象。這種非金屬夾層現象。使鋼材沿厚度方向受拉的性能惡化。因此鋼板在三個方向的機械性能是有差別的:沿軋制方向最好；垂直于軋制方向的性能稍差；沿厚度方向性能又次之。一般厚鋼板較易產生層狀撕裂，因為鋼板越厚，非金屬夾雜缺陷越多，且焊縫也越厚，焊接應力和變形也越大。為解決這個問題，最好采用Z向鋼。這種鋼板是在某一級結構鋼(稱為母級鋼)的基礎上，經過特殊冶練、處理的鋼材，其含硫量為一般鋼材的I / 5以下，斷面收縮率在15%以上。鋼板沿厚度方向的受力性能(主要為延性性能)稱為Z向性能。鋼板的Z向性能可通過做試樣拉伸試驗得到，一般用斷面收縮率來度量。我國生產的Z向鋼板的標志是在母級鋼鋼號后面加 上Z向鋼板等級標志Z15、Z25、Z35，Z字后面的數字為斷面收縮率(%)的指標。
[0004]厚度在50~70mm的Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板廣泛用于造船、機械、建筑、壓力容器、鍋爐和大型結構等，隨著我國國民經濟的迅速發展，對Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的需求也不斷增加。特厚鋼板是指厚度> 50mm的鋼板，從國內外其他企業生產Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的經驗來看，無論是煉鋼環節還是軋鋼環節，特厚鋼板的生產具有很大的難度。對于煉鋼環節，鑄坯厚度越大，板坯質量特別是中心偏析和有害氣體含量的控制難度越大。對于軋鋼環節，隨著鋼板厚度的增加，軋制送厚比(控軋厚度與成品厚度的比值，送厚比=控軋厚度+成品厚度，下同)的減小，軋制過程中降溫慢、軋后冷卻強度難于提高等因素，導致特厚鋼板的控軋難度增加，產品沖擊韌性有逐漸惡化的趨勢，產品性能質量不穩定，初試性能合格率不到90%。如何保證產品強度性能和改善產品沖擊韌性，保障產品性能質量穩定，提高產品合格率，也是本領域急需要解決的問題。
[0005]

【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種屈服強度> 325Mpa，抗拉強度470~630Mpa，延伸率21%，沖擊韌性(20°C、0°C縱向AKV)38J，斷面收縮率^ 15%，厚度50~70mm的鋼板及其生產方法，并能達到產品性能質量穩定和合格率高的要求。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案:
一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板，該鋼板的厚度在50~70mm，該鋼板包含如下質量百分比的化學成分(本發明的化學成分均指質量百分比，以下不在重復闡述):C:0.15 ~0.16 ；Si:0.27 ~0.32 ；Mn:1.39 ~1.45 ；P:0.010 ~0.013 ；S:0.001 ~0.007 ；Al:0.029 ~0.049 ；V:0.056 ~0.064 ；T1:0.013 ~0.016 ；Nb:0.012 ~0.014 ;其余為 Fe ；碳當量:0.40~0.42，碳當量的含義及其計算符合GB/T 1591的規定。
[0008]本發明還提供了一種生產上述Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法，該方法包括鋼坯加熱、高壓水除鱗、鋼坯粗軋、鋼坯精軋、軋后冷卻和熱處理工序；鋼坯加熱工序中，加熱爐的出鋼溫度控制在1050~1200°C ;在高壓水除鱗工序中，鋼坯加熱出爐后，利用高壓水的機械沖擊力來除去鋼坯表面氧化鐵皮和其他附著物；在鋼坯粗軋工序中，粗軋完成的鋼坯厚度為成品厚度 的2倍以上；在鋼坯精軋工序中，精軋控軋溫度控制在(860°C，精軋終軋溫度控制在800~830°C ;在軋后冷卻工序中，采用堆冷工藝，堆冷溫度400°C，堆冷時間72小時，正火溫度890~910°C，加熱系數1.2~1.5min/mm。
[0009]作為本發明的優選方案，在上述生產方法的鋼坯精軋工序中，精軋終軋溫度控制在 800 ~820 0C ο
[0010]作為本發明的優選方案，在上述生產方法的鋼坯粗軋工序中，所述Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的厚度在50~60mm時，控軋厚度為成品厚度的3倍以上。
[0011]以上內容中，粗軋完成的鋼坯厚度也就是粗軋工序結束時的鋼坯厚度，即為送入精軋工序的精軋開軋厚度；控制軋制是在精軋階段進行的，鋼坯進入控制軋制階段的鋼坯厚度即為控軋厚度。
[0012]相比現有技術，本發明具有如下有益效果:
1、控制碳當量，控制S含量，保證了產品強度性能，改善了產品沖擊韌性；產品綜合性能良好，屈服強度達到315~405Mpa，抗拉強度達到500~555Mpa，延伸率達到24.5%~34.5%，沖擊韌性:20°C縱向AKV達到207~279J，0°C縱向AKV到達187~283J ;斷面收縮率到達62.5~74.3%ο
[0013]2、通過鋼板化學成分的優化設計、軋制工藝和冷卻方案的合理制定，保障產品性能質量穩定，初試性能合格率為90%~95.24%。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的碳當量與抗拉強度的關系圖； 圖2是Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的碳當量與延伸率的關系圖；
圖3是Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的S含量與沖擊韌性(20°C、0°C縱向AKV)的關系圖；
圖4是Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的送厚比與屈服強度的關系圖；圖5是Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的送厚比與抗拉強度的關系圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]以下結合具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0018]Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的厚度在50~70mm，該鋼板包含如下質量百分比的化學成分:c:0.15 ~0.16 ；Si:0.27 ~0.32 ；Mn:1.39 ~1.45 ；P:0.010 ~0.013 ；S:0.001 ~0.007 ；A1:0.029 ~0.049 ；V:0.056 ~0.064 ；T1:0.013 ~0.016 ；Nb:0.012~0.014 ;其余為Fe ;碳當量:0.40~0.42，碳當量的含義及其計算符合GB/T1591的規定。
[0019]生產上述的Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法，該方法包括鋼坯加熱、高壓水除鱗、鋼坯粗軋、鋼坯精軋、軋后冷卻和熱處理工序。
[0020]在上述生產方法的鋼坯加熱工序中，充分利用蓄熱式步進加熱爐的設備技術優勢，嚴格控制加熱質量，確保鋼坯加熱的均勻性。根據軋機力能情況，同時保證鋼坯具有較小尺寸的原始奧氏體晶粒，加熱爐的出鋼溫度控制在1050~1200°C。
[0021]在上述生產方法的高壓水除鱗工序中，鋼坯加熱出爐后，利用高壓水的機械沖擊力來除去鋼坯表面氧化鐵皮和其他附著物，為確保鋼板具有良好的表面質量奠定基礎。
[0022]在上述生產方法的鋼坯粗軋工序中，有效利用粗軋機軋制力大的優勢，在兼顧設備安全的同時，遵循“盡可能增大單道次壓下量，縮減道次數”的道次分布和軋制原則，根據成品厚度和鋼坯精軋工序要求，嚴格控制好粗軋階段完成的鋼坯厚度，粗軋完成的鋼坯厚度為成品厚度的2倍以上，為精軋機的控制軋制創造良好條件。對于薄規格的鋼板，如厚度為50~60mm，最終完成的鋼坯厚度為成品厚度的3倍以上。
[0023]在上述生產方法的鋼坯精軋工序中，為了保證產品具有良好的綜合性能，鋼板進行更為有效的控制軋制，控制方法為“盡可能增大單道次壓下量，縮減道次數”的道次分布，體現“大軋力、少道次”的工藝要求。精軋控軋溫度控制在< 860°C，精軋終軋溫度控制在800~830°C，精軋終軋溫度優選控制在800~820°C。
[0024]在上述生產方法的后冷卻工序中，為了提高鋼板強度性能而采用對鋼板進行ACC強水冷卻，但與此同時，將會對鋼板的塑性指標如延伸率和沖擊韌性帶來不良影響，因此采用堆冷工藝，堆冷溫度≥400°C，堆冷時間≥72小時。
[0025]在上述生產方法的熱處理工序中，為了消除不均勻組織對鋼板的力學性能造成的不利影響，使鋼板具有良好的強韌性、減小各項異性，正火溫度890~910°C，加熱系數L 2 ~L 5min/mm0
[0026]以下為本發明20個實施例。
[0027]表1為本發明實施例的鋼板厚度和化學成分。
[0028]表1本發明實施例的鋼板厚度和化學成分(質量百分比:％)
【權利要求】
1.一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板，其特征在于:所述Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的厚度在50~70mm，所述Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板包含如下質量百分比的化學成分:C:0.15~0.16 ；Si:0.27~0.32 ；Mn:1.39~1.45 ；P:0.010 ~0.013 ；S:0.001 ~0.007 ；A1:0.029 ~0.049 ；V:0.056 ~0.064 ；T1:0.013 ~0.016 ；Nb:0.012 ~0.014 ;其余為 Fe ;碳當量:0.40 ~0.42。
2.一種如權利要求1所述的Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法，其特征在于:該方法包括鋼坯加熱、高壓水除鱗、鋼坯粗軋、鋼坯精軋、軋后冷卻和熱處理工序；鋼坯加熱工序中，加熱爐的出鋼溫度控制在1050~1200°C ;在高壓水除鱗工序中，鋼坯加熱出爐后，利用高壓水的機械沖擊力來除去鋼坯表面氧化鐵皮和其他附著物；在鋼坯粗軋工序中，粗軋完成的鋼坯厚度為成品厚度的2倍以上；在鋼坯精軋工序中，精軋控軋溫度控制在≤860°C，精軋終軋溫度控制在800~830°C ;在軋后冷卻工序中，采用堆冷工藝，堆冷溫度≥400°C，堆冷時間≥72小時，正火溫度890~910°C，加熱系數1.2~1.5min/mm。
3.如權利要求2所述的一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法，其特征在于:在鋼坯精軋工序中，精軋終軋溫度控制在800~820°C。
4.如權利要求2所述的一種Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的生產方法，其特征在于:在鋼坯粗軋工序中，所述Q345的Z向特厚低合金高強度結構鋼板的厚度在50~60mm時，控軋厚度為成品厚度的3倍以上。
【文檔編號】C22C38/14GK103469074SQ201310424550
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】曾兢, 王紹斌, 肖亞, 王鑫, 魏凡杰, 鄭建華, 黃微濤, 郝小強, 李斌, 孟剛, 肖彪 申請人:重慶鋼鐵(集團)有限責任公司