一种TMCP型屈服强度400Mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法与流程

一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法
技术领域
1.本发明属于建筑用钢领域，具体涉及一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法。


背景技术：

2.近年来，随着建筑行业的发展，对建筑用钢结构的材料提出新的要求，具体表现为：1、抗震性、安全性要求越来越高，2、钢结构材料经济性要求越来越高。具体体现在钢材料上，要求钢材料具体良好的焊接性、良好的抗层状撕裂性能、良好的韧性、低屈强比及低制造成本的特点。
3.目前，提供用于建筑用钢的热轧卷板产品一般采取以下方案生产：
4.1、c含量在0.12～0.18之间，配合mn、nb、ti等合金元素及常规冷却工艺，不经过离线热处理达到钢板所需的强韧性能，其组织一般为珠光体+铁素体组织，例如中国专利cn112662941a中公开了一种低屈强比低成本高性能建筑结构用q420gj中厚钢板，其特点是屈强比较低，但其碳当量较高，不利于材料的焊接性能，且较高的c、mn含量易造成铸坯中心偏析，造成钢板带状组织，使钢材厚度方向组织、性能不均匀，不利于钢材的抗层状撕裂性能。
5.2、低c设计，c含量在0.05～0.10之间，加入cr、mo等合金元素配以合适的冷却工艺或配备离线热处理设备进行热处理以形成双相组织的设计，其组织一般为贝氏体/马氏体+铁素体组织，例如：中国专利cn102433507a中公开了低屈强比易焊接高强钢板及其制备工艺、中国专利cn101260495a 公开了一种590mpa级低屈强比低碳当量建筑用钢板的制造方法，这两个专利的特点是屈强比较低、且碳当量较低，然而cr、mo等合金价格较高，离线热处理亦会提高制造成本，不利于产品的制造成本控制。
6.另外中国专利cn104342600a中公开了非正火型桥梁用中厚钢板及其制造方法，采用低碳设计，两段冷却方式，不添加cr、mo等贵重元素。但在实际生产中，二段冷却工艺受模型限制，温度精度控制难度较大，加上不添加cr、mo成分，工艺窗口较窄，会导致卷板性能及组织波动较大。
7.综上所述，以上低屈强比的建筑用钢生产方案不能兼备稳定的强韧性能、优异的焊接性能、较低屈强比(≤0.85)及低成本制造的特点。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供了一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法，所述建筑用热轧卷板具有成本低、屈强比低、稳定的强韧性能、优异的焊接性能、可热装轧制的特点。
9.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
10.一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，当热轧卷板厚度
6～12mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.65～0.85％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.037～0.053％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.033；
11.当12mm＜热轧卷板厚度≤25.4mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.95～1.05％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.032～0.048％；nb：0.005～0.015％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.038。
12.所述热轧卷板的金相组织为珠光体+多边形铁素体。
13.所述热轧卷板的屈服强度r
el
≥400mpa，抗拉强度rm≥490mpa，屈强比≤0.85，延伸率a≥20％，v形缺口冲击功≥100j。
14.本发明还提供了所述tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：转炉冶炼、rh精炼、连铸、加热、tmcp、冷却、卷取。
15.所述转炉冶炼步骤中，采用自循环废钢并控制废钢加入量，减少废钢中n元素的影响；严格控制转炉下渣量。
16.所述rh精炼步骤中，采用深处理模式，真空处理时间15～30min，保证脱气效果；
17.所述连铸步骤中，连铸过程做好开浇前中包充氩和浇注过程中保护浇注控制连铸过程中增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃。
18.所述加热步骤中，采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，出炉温度1210～1250℃，在炉时间160～210min，铸坯厚度230mm。
19.所述加热步骤中，加热采用板坯头部高于板坯尾部20～30℃的加热策略。板坯头部指的是热卷头部，钢卷内圈；板坯尾部指的是热卷尾部，钢卷外圈。采用这样的加热策略，可以抵消后续tmcp步骤中恒速轧制时钢带的尾部温降而造成的终轧温度波动，而钢带终轧温度波动会导致钢卷性能波动。
20.所述tmcp步骤中，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次轧制，中间坯厚度50～60mm，精轧开轧温度980～1050℃，终轧温度860～900℃，精轧采用恒速轧制模式，轧制速度2.0～7.5m/s，恒速轧制模式有利于材料性能组织及性能的整卷的稳定性。
21.所述冷却步骤中，采用后段稀疏层流冷却方式，精轧后先空冷5～15s，再水冷至目标卷取温度。
22.所述卷取步骤中，卷取温度为620～660℃。
23.本发明提供的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板中，各成分的作用及控制如下：
24.c：是钢中最基础的固溶强化元素，可以显著提高强度，特别是抗拉强度，提高c含量可以明显降低材料的屈强比，当c在0.09～0.17％时，处于包晶反应区，显著提高铸坯的裂纹敏感性，c含量较高(＞0.17％)将损害钢材的焊接性、塑性及韧性。在本发明中，优异焊接性能的前提是c含量较低，所以，c含量的设计范围为0.06～0.08％。但较低的c含量设计会导致材料的屈强比较高，必须通过其它手段降低材料的屈强比，本发明主要通过降低细晶强化及析出强化在材料强化中的比例以降低材料屈强比，而细晶强化及析出强化这两种强化方式将显著提高材料屈强比。具体为以下2个手段：1、控制化学成分配比：1)当热轧卷板规格为6～12mm时：满足公式c-ti+3.42n+1.5s≥0.033，2)当12mm＜热轧卷板规格≤
25.4mm时：满足公式c-ti+3.42n+1.5s≥0.038，公式中，各成分的数值＝各成分在钢中的含量
×
100。2、轧后层流冷却采用后段稀疏冷却方式，降低冷却强度，减小细晶强化比例。
25.si：起到一定的固溶强化作用，但添加过多会影响钢材的韧性，本发明中控制si：0.15～0.25％。
26.mn：是固溶强化元素，可以在提高钢板的强度的同时不显著的影响钢材的塑性，mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度，但mn提高抗拉强度的同时同步提高屈服强度，提高屈强比。在本发明中在c含量较低的情况下，需要较多的mn提供钢材强度，同时综合考虑到制造成本及屈强比，将mn设计含量按材料厚度为0.65～0.85％/0.95～1.05％。
27.p：对钢材的焊接性能影响较大，且具冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。
28.s：易形成mns类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。
29.al：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的aln粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，但连铸过程中aln粒子会提高铸坯裂纹敏感性，因此不宜过多，设计为0.03～0.05％。
30.ti：主要起沉淀强化作用，另外起一定的细化晶粒及防止铸坯角裂的作用。在本发明中沉淀强化的主要元素选择ti而不是nb，主要的考虑一是ti的成本低廉，二是考虑到nb的细化晶粒作用大于ti，而沉淀作用小于ti，选用nb作为强化方式会较ti更加显著提高材料的屈强比，三是考虑铸坯角裂，连铸过程nb形成nbn损害钢材的热塑性，会造成铸坯裂纹。
31.nb：由于ti元素的析出ti(c、n)对钢材韧性有损害作用，在建筑用钢需要有良好的韧性的前提下，由于热连轧机组生产厚规格板卷压下量的不足，因此往往造成韧性不足，因此厚规格(＞12mm)需要加入少量nb以进一步细化晶粒改善钢材韧性。但nb的添加一是会显著提高制造成本，二是增加铸坯角裂的风险，三是显著提高屈强比，因此不宜多，综合考虑及经过大量实践，nb的含量在0.007-0.012％。
32.n：由于n与在连铸过程与al、nb形成nbn、aln损害钢材的热塑性，造成铸坯裂纹，因此n在本钢种中属于有害元素，结合实际控制水平，n≤0.0060％。
33.本发明提供的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，在成分设计上，(1)使用低c设计，铸坯裂纹敏感性较低，无需铸坯清理，满足可直装、热装生产的要求；(2)低碳当量设计ceq≤0.26，产品有着优异的焊接性能；(3)以ti的析出强化作用代替了一部分nb或mn的强化作用，而ti合金成本远低于nb或mn，使得合金成本较低。
34.本发明提供的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板的生产方法，(1)使用tmcp工艺，无需离线热处理；(2)在精轧阶段使用恒速轧制模式，有利于材料性能组织及性能的整卷的稳定性；(3)轧后冷却采取后段稀疏冷却模式，形成常规珠光体+多边形铁素体组织。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.(1)本发明提供的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板具有良好的机械性能，屈服强度r
el
≥400mpa，抗拉强度rm≥490mpa，屈强比≤0.85，延伸率a≥20％，0℃的v形缺口冲击功≥100j。
37.(2)对于不同厚度规格的产品，采用不同和化学成分，各成分的配合使得铸坯裂纹敏感性较低，无需铸坯清理，热卷无边部裂纹缺陷，节省人力物力；c含量低使得产品具有优异的焊接性能。
38.(3)合金成本相对较低，本发明以ti的析出强化作用代替了一部分nb或mn的强化作用，而ti合金成本远低于nb或mn。
39.(4)采用恒速轧制+后段冷却工艺，得到常规的珠光体+多边形铁素体组织，宏观力学性能较稳定。
附图说明
40.图1为实施例1中的热轧卷板1/4厚度处的100x的金相组织；
41.图2为实施例1中的热轧卷板1/4厚度处的500x的金相组织。
具体实施方式
42.本发明提供的一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，当热轧卷板厚度6～12mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.65～0.85％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.037～0.053％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.033；
43.当12mm＜热轧卷板厚度≤25.4mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.95～1.05％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.032～0.048％；nb：0.005～0.015％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.038。
44.所述tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼、rh精炼、连铸、加热、tmcp、冷却、卷取。
45.所述转炉冶炼步骤中，采用自循环废钢并控制废钢加入量，减少废钢中n元素的影响；严格控制转炉下渣量。
46.所述rh精炼步骤中，采用深处理模式，真空处理时间15～30min，保证脱气效果；
47.所述连铸步骤中，连铸过程做好开浇前中包充氩和浇注过程中保护浇注控制连铸过程中增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃。
48.所述加热步骤中，采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，出炉温度1210～1250℃，在炉时间160～210min，铸坯厚度230mm。
49.所述加热步骤中，加热采用板坯头部高于板坯尾部20～30℃的加热策略。所述tmcp步骤中，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次轧制，中间坯厚度60mm，精轧开轧温度980～1050℃，终轧温度860～900℃，精轧采用恒速轧制模式，轧制速度根据厚度为2.0～7.5m/s。
50.所述冷却步骤中，采用后段稀疏层流冷却方式，精轧后先空冷5～12s，再水冷至目标卷取温度。
51.所述卷取步骤中，卷取温度为620～660℃。
52.下面结合实施例对本发明进行详细说明。
53.各实施例及对比例中的热轧卷板的化学成分及重量百分比如表1所示，余量为铁
及不可避免的杂质。
54.表1
[0055][0056][0057]
各实施例及对比例中的热轧卷板的生产工艺参数如表2所示。
[0058]
表2
[0059][0060]
按照上述表1中的成分经表2中的工艺及参数生产得到的各实施例及对比例中的热轧卷板的性能如表3所示。
[0061]
表3
[0062]
[0063][0064]
表3中，实施例1、2及对比例1、2中的v形缺口冲击功试样的尺寸为7.5mm*10mm*55mm，实施例3、4及对比例3、4中的v形缺口冲击功试样的尺寸为10mm*10mm*55mm。
[0065]
从表3中可以看出，按照本发明的方法生产的热轧卷板的屈服强度r
el
≥400mpa级，抗拉强度rm≥490mpa，屈强比≤0.85，延伸率a≥20％，0℃的v形缺口冲击功≥100j。而对比例材料屈强比均超过0.85。
[0066]
上述参照实施例对一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，其特征在于，当热轧卷板厚度6～12mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.65～0.85％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.037～0.053％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.033；当12mm＜热轧卷板厚度≤25.4mm时，所述热轧卷板包括以下重量百分比的化学成分：c:0.06～0.08％；si：0.15～0.25％；mn：0.95～1.05％；p≤0.015％；s≤0.008％；ti：0.032～0.048％；nb：0.005～0.015％；al：0.030～0.050％；n≤0.005％，并且满足c-ti+3.42n+1.5s≥0.038。2.根据权利要求1所述的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的金相组织为珠光体+多边形铁素体。3.根据权利要求1所述的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的屈服强度r
el
≥400mpa，抗拉强度rm≥490mpa，屈强比≤0.85，延伸率a≥20％，0℃的v形缺口冲击功≥100j。4.如权利要求1-3任意一项所述的tmcp型屈服强度400mpa级低成本低屈强比建筑用热轧卷板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：转炉冶炼、rh精炼、连铸、加热、tmcp、冷却、卷取。5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述连铸步骤中，控制连铸过程中增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃。6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加热步骤中，采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，出炉温度1210～1250℃，在炉时间160～210min。7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加热步骤中，加热采用板坯头部高于板坯尾部20～30℃的加热策略。8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述tmcp步骤中，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次轧制，中间坯厚度50～60mm，精轧开轧温度980～1050℃，终轧温度860～900℃，精轧采用恒速轧制模式，轧制速度2.0～7.5m/s。9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述冷却步骤中，采用后段稀疏层流冷却方式，精轧后先空冷5～15s，再水冷至卷取温度。10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述卷取步骤中，卷取温度为620～660℃。

技术总结
本发明公开了一种TMCP型屈服强度355Mpa低成本低屈强比建筑用热轧卷板及其生产方法，当热轧卷板厚度6～12mm时，所述热轧卷板包括以下化学成分：C、Si、Mn、Ti、Al，并且满足C-Ti+3.42N+1.5S≥0.033；当12mm＜热轧卷板厚度≤25.4mm时，所述热轧卷板包括以下化学成分：C、Si、Mn、Ti、Nb、Al；所述建筑用热轧卷板金相组织为珠光体+多边形铁素体，具有成本低、屈强比低、稳定的强韧性能、优异的焊接性能、可热装轧制的特点。制的特点。制的特点。


技术研发人员：文亮 张宇光 王飞 张杨 王龙涛 戴思源 彭正波 白丽杨 孙夺亮 王尧 陈勇
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24