一种Q550级抗震钢和用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法

摘要

本发明涉及一种Q550级抗震钢和用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法，属于金属材料加工与成型技术领域。该Q550级抗震钢的组分为：C、Si、Mn、S、P、Nb、V、Ti、N、Als，其余为Fe及其它杂质。首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板。本Q550级抗震钢加入了Nb，V等微合金化元素，有效提高了Q550级抗震钢板的强度和韧性；本方法生产Q550级抗震钢板，充分发掘了昆钢双机架紧凑式炉卷轧机的潜力，拓展了板带产品品种，优化了产品结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种Q550级抗震钢和用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法，属于金属材料加工与成型技术领域。

背景技术

抗震钢板作为建筑用钢具有抗拉强度高、屈强比低、Z向性能优良、焊接性能良好等特点。随着近些年高层建筑发展以及地质灾害的发生，世界及我国都重视了抗震结构钢的发展。美国主要使用的抗震钢为ASTM A992结构钢和ASTM A572结构钢（附加了屈强比要求）。近年来，日本发展了一系列的低屈服比型抗震结构钢，如HT490钢、HT590钢和HT780钢等，均具有窄屈服强度波动范围，并在JIS G3136-1994结构钢专用标准中对SN400钢和SN490钢的屈强比做出限定。我国鞍山钢铁公司、武汉钢铁集团公司（武汉钢铁股份有限公司）、宝钢集团有限公司、舞阳钢铁有限公司等均能生产出符合国外标准相应牌号的优良抗震钢板，如SN490B钢、SN490B钢和A572钢。云南地处地震多发区，几乎每年都发生破坏性地震，对人民生命财产造成了巨大损失，因此、昆明理工大学联合武汉钢铁集团公司（昆明钢铁股份有限公司）共同开发高等级抗震钢板便势在必行。我国目前开发出来Q550级抗震钢板主要采用中厚板生产工艺，均采用热连轧技术，针对采用单台双机架紧凑式炉卷轧机生产抗震钢板而没有报道，为此利用武汉钢铁集团公司（昆明钢铁股份有限公司）双机架紧凑式炉卷轧机，连续完成粗轧、中轧和精轧，从而开发出高强度、低屈强比Q550级抗震钢板，则无先例可鉴。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种Q550级抗震钢和用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法。本Q550级抗震钢加入了Nb，V等微合金化元素，有效提高了Q550级抗震钢板的强度和韧性；本方法生产Q550级抗震钢板，充分发掘了昆钢双机架紧凑式炉卷轧机的潜力，拓展了板带产品品种，优化了产品结构，本发明通过以下技术方案实现。

一种Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为：C0.05~0.15wt％、Si0.20~0.35wt％、Mn1.00~1.90wt％、S≤0.030wt％、P≤0.030wt％、Nb0.045~0.10wt％、V0.05~0.12wt％、Ti0.08~0.20wt％、N≤0.015wt％、Als0.02~0.06wt％，其余为Fe及其它杂质。

一种用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法，首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯的百分比组分为：C0.05~0.15wt％、Si0.20~0.35wt％、Mn1.00~1.90wt％、S≤0.030wt％、P≤0.030wt％、Nb0.045~0.10wt％、V0.05~0.12wt％、Ti0.08~0.20wt％、N≤0.015wt％、Als0.02~0.06wt％，其余为Fe及其它杂质。

其具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1220~1290℃条件下加热140~270min，板坯在均热段的时间控制在45~65min；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为17~21MPa的高压水正、反面喷水鳞10~15秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1090~1170℃，进行4~6道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时25~50秒，然后使粗轧钢板温度为860~900℃，进行5道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为820~870℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为580~650℃，同时控制层流冷却速度10~15℃/s得到钢板卷；

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比Q550级抗震钢板。

所述步骤4中粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时25~50秒，是让粗轧钢板在地辊上往复游动25~50秒，之后再进行精轧，并控制精轧总变形率大于48％。

所述步骤3和步骤4过程中的道次数、轧制速度，视不同规格要求而具体确定。

上述步骤1中板坯是利用现有技术的炼钢方法得到的，其中的Nb、V及其它化学元素是在炼钢过程中加入、控制得到的。

本发明制备得到生产厚度为10~40mm的Q550级抗震钢板具有高强度，高塑性，高韧性，屈强比<0.8，Z向性能优良等优点，满足目前我国高层、超高层及大跨度钢结构建筑对钢材抗震性能的要求。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明生产Q550级抗震钢板，充分发掘了昆钢双机架紧凑式炉卷轧机的潜力，拓展了板带产品品种，优化了产品结构。

2、轧制过程中加入了延时轧制工艺，使得加入钢中的Nb，V等微合金化元素充分发挥作用，获得微细均匀的组织，从而防止混晶的出现，有效提高了Q550级抗震钢板的强度和韧性。

3、利用本发明的成分与生产工艺，通过实际生产过程中各环节的严格控制，生产出的Q550级抗震钢板具有高强度、低屈强比的特点，综合性能良好。利用此Q550级抗震钢板焊接生产的板材各项性能指标符合国家标准，完全能满足建筑钢结构对抗震性能的要求。

4、该方法生产的Q550级抗震钢板与其他常规产品相比，具有高技术含量、高附加值特点，经济效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进一步说明。

实施例1

该Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为：C0.12wt％、Si0.25wt％、Mn1.65wt％、S0.025wt％、P0.020wt％、Nb0.065wt％、V0.08wt％、Ti0.08wt％、N0.007wt％、Als0.025wt％，其余为Fe及其它杂质，杂质为不可避免的不纯物。

该用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法：首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯百分比组分为：C0.12wt％、Si0.25wt％、Mn1.65wt％、S0.025wt％、P0.020wt％、Nb0.065wt％、V0.08wt％、Ti0.08wt％、N0.007wt％、Als0.025wt％，其余为Fe及其它杂质，杂质为不可避免的不纯物。

具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1280℃条件下加热240min，其中板坯在均热段的时间控制在60min，以保证板坯中析出的Nb、V等微合金充分重溶，细化奥氏体晶粒并为轧后控冷析出做准备，以均匀板坯内部组织；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为20MPa的高压水正、反面喷水鳞14秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1150℃，进行4道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，粗轧在2.5m/s的轧制速度下进行，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时45秒，让粗轧钢板在地辊上往复游动45秒之后再进行精轧，并控制精轧总变形率为48％，让连续粗轧大变形后的板坯发生驰豫析出，得到均匀细小的奥氏体组织的粗轧坯，有效防止混晶的发生，然后使粗轧钢板温度为900℃，控制轧制速度4.5m/s，进行5道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为820℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为610℃，同时控制层流冷却速度15℃/s得到钢板卷；层流冷却速度为15℃/s，是为了控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体、贝氏体等组织转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比、厚度为20mm的Q550级抗震钢板。

本实施例制备得到的Q550级抗震钢板的力学性能如表1所示。

表1 Q550级抗震钢板的力学性能表

 实施例2

该Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为C0.09wt％、Si0.24wt％、Mn1.55wt％、S0.020wt％、P0.017wt％、Nb0.060wt％、V0.08wt％、Ti0.20wt％、N0.007wt％、Als0.027wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

该用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法：首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯的百分比组分为：C0.09wt％、Si0.24wt％、Mn1.55wt％、S0.020wt％、P0.017wt％、Nb0.060wt％、V0.08wt％、Ti0.20wt％、N0.007wt％、Als0.027wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1270℃条件下加热200min，其中板坯在均热段的时间控制在55min，以保证板坯中析出的Nb、V等微合金充分重溶，细化奥氏体晶粒并为轧后控冷析出做准备，以均匀板坯内部组织；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为19MPa的高压水正、反面喷水鳞14秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1140℃，进行4道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，粗轧在2.4m/s的轧制速度下进行，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时45秒，让粗轧钢板在地辊上往复游动45秒之后再进行精轧，并控制精轧总变形率为52％，让连续粗轧大变形后的板坯发生驰豫析出，得到均匀细小的奥氏体组织的粗轧坯，有效防止混晶的发生，然后使粗轧钢板温度为880℃，控制轧制速度4.3m/s，进行4道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为840℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为600℃，同时控制层流冷却速度14℃/s得到钢板卷；层流冷却速度为14℃/s，是为了控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体、贝氏体等组织转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比、厚度为36mm的Q550级抗震钢板。

本实施例制备得到的Q550级抗震钢板的力学性能如表2所示。

表2 Q550级抗震钢板的力学性能表

 实施例3

该Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为：C0.06wt％、Si0.30wt％、Mn1.48wt％、S0.018wt％、P0.023wt％、Nb0.055wt％、V0.08wt％、Ti0.10wt％、N0.008wt％、Als0.028wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

该用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法：首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯的百分比组分为：C0.06wt％、Si0.30wt％、Mn1.48wt％、S0.018wt％、P0.023wt％、Nb0.055wt％、V0.08wt％、Ti0.10wt％、N0.008wt％、Als0.028wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1250℃条件下加热170min，其中板坯在均热段的时间控制在53min，以保证板坯中析出的Nb、V等微合金充分重溶，细化奥氏体晶粒并为轧后控冷析出做准备，以均匀板坯内部组织；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为18MPa的高压水正、反面喷水鳞14秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1100℃，进行4道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，粗轧在2.2m/s的轧制速度下进行，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时37秒，让粗轧钢板在地辊上往复游动37秒之后再进行精轧，并控制精轧总变形率为50％，让连续粗轧大变形后的板坯发生驰豫析出，得到均匀细小的奥氏体组织的粗轧坯，有效防止混晶的发生，然后使粗轧钢板温度为870℃，控制轧制速度4.1m/s，进行6道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为830℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为580℃，同时控制层流冷却速度14℃/s得到钢板卷；层流冷却速度为14℃/s，是为了控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体、贝氏体等组织转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比、厚度为40mm的Q550级抗震钢板。

本实施例制备得到的Q550级抗震钢板的力学性能如表3所示。

表3 Q550级抗震钢板的力学性能表

 实施例4

该Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为：C0.05wt％、Si0.20wt％、Mn1.90wt％、S0.030wt％、P0.025wt％、Nb0.093wt％、V0.12wt％、Ti0.08wt％、N0.010wt％、Als0.02wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

该用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法：首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯的百分比组分为：C0.05wt％、Si0.20wt％、Mn1.90wt％、S0.030wt％、P0.025wt％、Nb0.093wt％、V0.12wt％、Ti0.08wt％、N0.010wt％、Als0.02wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1290℃条件下加热140min，其中板坯在均热段的时间控制在45min，以保证板坯中析出的Nb、V等微合金充分重溶，细化奥氏体晶粒并为轧后控冷析出做准备，以均匀板坯内部组织；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为17MPa的高压水正、反面喷水鳞10秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1090℃，进行6道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，粗轧在2.4m/s的轧制速度下进行，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时25秒，让粗轧钢板在地辊上往复游动25秒之后再进行精轧，并控制精轧总变形率为48％，让连续粗轧大变形后的板坯发生驰豫析出，得到均匀细小的奥氏体组织的粗轧坯，有效防止混晶的发生，然后使粗轧钢板温度为860℃，控制轧制速度4.4m/s，进行4道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为830℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为650℃，同时控制层流冷却速度10℃/s得到钢板卷；层流冷却速度为10℃/s，是为了控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体的转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比、厚度为18mm的Q550级抗震钢板。

本实施例制备得到的Q550级抗震钢板的力学性能如表4所示。

表4  Q550级抗震钢板的力学性能表

 实施例5

该Q550级抗震钢，该Q550级抗震钢的百分比组分为：C0.15wt％、Si0.35wt％、Mn1.00wt％、S0.030wt％、P0.025wt％、Nb0.10wt％、V0.05wt％、Ti0.20wt％、N0.010wt％、Als0.06wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

该用炉卷轧机生产Q550级抗震钢的方法：首先将板坯经加热、喷水除磷后，在同一台双机架紧凑式炉卷轧机上连续完成粗轧和精轧，将精轧所得钢板送卷取机经行卷取，再自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比的Q550级抗震钢板，其中板坯的百分比组分为：C0.15wt％、Si0.35wt％、Mn1.00wt％、S0.030wt％、P0.025wt％、Nb0.10wt％、V0.05wt％、Ti0.20wt％、N0.010wt％、Als0.06wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

具体步骤如下：

步骤1、首先将板坯在温度为1220℃条件下加热270min，其中板坯在均热段的时间控制在65min，以保证板坯中析出的Nb、V等微合金充分重溶，细化奥氏体晶粒并为轧后控冷析出做准备，以均匀板坯内部组织；

步骤2、将步骤1处理后的板坯采用压力为21MPa的高压水正、反面喷水鳞15秒钟；

步骤3、将步骤2经除鳞后的板坯送双机架紧凑式炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1170℃，进行5道次的连续粗轧，同时开启道次间冷却水，粗轧在2.1m/s的轧制速度下进行，得粗轧钢板；

步骤4、将经步骤3得到的粗轧钢板继续在双机架紧凑式炉卷轧机延时50秒，让粗轧钢板在地辊上往复游动50秒之后再进行精轧，并控制精轧总变形率为60％，让连续粗轧大变形后的板坯发生驰豫析出，得到均匀细小的奥氏体组织的粗轧坯，有效防止混晶的发生，然后加热使粗轧钢板温度为890℃，控制轧制速度4.2m/s，进行7道次连续精轧，并开启道次间冷却水，控制终轧温度为870℃制备得到精轧钢板；

步骤5、将步骤4得到的精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为630℃，同时控制层流冷却速度12℃/s得到钢板卷；层流冷却速度为12℃/s，是为了控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体、贝氏体等组织转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

步骤6、将步骤5得到钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、低屈强比、厚度为26mm的Q550级抗震钢板。

本实施例制备得到的Q550级抗震钢板的力学性能如表5所示。

表5  Q550级抗震钢板的力学性能表

上面对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。