一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于合金钢制造领域，涉及了一种高层建筑用钢板及其制造方法，具体的是，涉及了一种抗拉强度的730MPa级超高强度高层建筑用钢板及其制造方法。

背景技术

钢结构因为具有强度高、自重轻、抗震性能好，易于建成大跨度、大空间，建造周期短、质量更可靠、环保和可再利用等特点，所以备受市场推崇。随着建筑结构高层化、大型化、绿色化发展，抗拉强度730MPa甚至更高级别超高强度高层建筑钢应用前景广阔。

目前对于抗拉强度730MPa级超高强度中厚钢板，建筑行业鲜有应用业绩，相关专利也较少，且生产工艺以调质工艺，例如，公开号为CN 112813344 B的“一种屈服强度620MPa级高强高韧易焊接结构钢板及其制备方法”采用淬火+高温回火工艺生产屈服强度620MPa级易焊接结构钢板，其缺点是：工艺流程相对复杂、且最终获得的钢板屈强比较高均不小于0.88。

公开号为CN 115216681 A的“一种低屈强比高韧性Q620GJ的生产方法”采用在线淬火+高温回火的工艺生产的Q620GJ钢板，其缺点是：工艺流程相对复杂且合金元素含量较高，主要应用于厚度80mm以上厚板的生产。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板及其制造方法，所述钢板的质量百分数为：C：0.11％～0.13％，Si：0.17％～0.30％，Mn：1.61％～1.85％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Cr：0.55％～0.85％，Ni：0.30～0.50％，Cu：0.15～0.30％，Nb：0.040％～0.070％，V：0.03％～0.06％，Ti：0.010～0.020％，Al：0.020～0.050％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，所述的730MPa级超高强度高层建筑用钢板，其重量百分比成分为：C：0.11％，Si：0.17％，Mn：1.61％，P：0.011％，S：0.005％，Cr：0.55％，Ni：0.31％，Cu：0.15％，Nb：0.040％，V：0.031％，Ti：0.015％，Al：0.021％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，所述的730MPa级超高强度高层建筑用钢板，其重量百分比成分为：C：0.12％，Si：0.24％，Mn：1.76％，P：0.013％，S：0.003％，Cr：0.74％，Ni：0.39％，Cu：0.22％，Nb：0.058％，V：0.043％，Ti：0.010％，Al：0.040％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，所述的730MPa级超高强度高层建筑用钢板，其重量百分比成分为：C：0.13％，Si：0.30％，Mn：1.85％，P：0.010％，S：0.004％，Cr：0.85％，Ni：0.50％，Cu：0.29％，Nb：0.070％，V：0.06％，Ti：0.020％，Al：0.048％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制造方法，将与所述730MPa级钢具有相同组分的钢坯依次经过转炉冶炼工序、炉外精炼工序、钢水浇筑连铸坯工序生产出目标成分的730MPa级钢连铸坯；连铸坯依次经过板坯加热炉加热工序、控制轧制、控制冷却、钢板矫直、检验以及入库等工序；其具体的步骤是：

(1)、板坯加热炉加热制度：加热温度为1180～1220℃，在炉总时间10～14min/cm，钢内部获得均匀的原始奥氏体组织；

(2)、轧制工序：采用控轧控冷工艺，为两阶段控制轧制，即奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区轧制，总压缩比不小于3倍：粗轧开轧温度≥1080℃，该阶段采用大压下量方式；精轧开始温度为900～930℃，待温坯厚度不小于成品厚度3.0倍，该阶段通过保证足够的变形量使得奥氏体晶粒被沿着轧制方向拉伸以及变形，同时通过添加的Nb、V等微合金元素，在该变形过程中应变诱导析出碳氮化物粒子，起到钉扎奥氏体晶粒阻止其长大，从而使得相变后的组织得到细化，同时起到一定的析出强化的作用；终轧温度为860～890℃；

(3)、冷却工序：轧后快速入水，经过层流冷却，入水温度为820～850℃，终冷返红温度440℃～500℃，随后空冷至室温。

进一步的，本发明所述的730MPa级超高强度高层建筑用钢板，钢板最终组织类型为贝氏体+铁素体组织，其中贝氏体量为85％～90％，铁素体量为10～15％。钢板具有低屈强比、高强度、高延伸、高低温韧性的优异的综合性能。

有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的特点是：1、本发明提供的730MPa级超高强度高层建筑用钢板采用低C低、微合金化，同时添加少量Cr、Ni、Cu元素成分设计，Nb、V等微合金元素使其在两阶段轧制过程中沉淀析出起到钉扎奥氏体晶粒、抑制奥氏体晶粒长大而起到细化晶粒尺寸作用，同时起到一定的析出强化作用，以保证钢板高强度的要求；高固溶强化元素Cr的添加显著提高钢板的固溶强化效果，通过适量Ni元素添加保证钢板强度的同时显著提高钢板低温韧性，同时适量Cu元素的添加再次提供一定的固溶和析出强化，最终获得性能优异的钢板；2、本发明提供的730MPa级超高强度高层建筑用钢板采用控轧控冷的生产工艺，严格控制两阶段轧制过程温度以及压缩比的轧制工艺辅以后续快速入水的控制冷却的方式，通过精确的返红温度的控制以获得一定比列的贝氏体和铁素体组织，同时获得稳定优异的力学性能，生产工艺流程短、制备方法简便；3、所述的730MPa级超高强度高层建筑用钢板具有低屈强比、高强度、高延伸、高低温韧性的优异的综合性能。

附图说明

图1是本发明实施例中730MPa级超高强度高层建筑用钢板显微组织的OM图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

本发明所述的一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.11％，Si：0.17％，Mn：1.61％，P：0.011％，S：0.005％，Cr：0.55％，Ni：0.31％，Cu：0.15％，Nb：0.040％，V：0.031％，Ti：0.015％，Al：0.021％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1180℃，在炉总时间308min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1081℃，待温坯厚度60mm，精轧开始温度为900℃，终轧温度为860℃，轧成厚度20mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为820℃，终冷返红温度500℃，随后空冷至室温。

其另一种制备方法包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1180℃，在炉总时间308min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1090℃，待温坯厚度120mm，精轧开始温度为905℃，终轧温度为880℃，轧成厚度40mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为841℃，终冷返红温度445℃，随后空冷至室温。

实施例2：

本发明所述的一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.12％，Si：0.24％，Mn：1.76％，P：0.013％，S：0.003％，Cr：0.74％，Ni：0.39％，Cu：0.22％，Nb：0.058％，V：0.043％，Ti：0.010％，Al：0.040％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1200℃，在炉总时间220min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1085℃，待温坯厚度70mm，精轧开始温度为930℃，终轧温度为880℃，轧成厚度20mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为840℃，终冷返红温度492℃，随后空冷至室温。

其另一种制备方法包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1200℃，在炉总时间228min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1091℃，待温坯厚度150mm，精轧开始温度为930℃，终轧温度为890℃，轧成厚度40mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为850℃，终冷返红温度440℃，随后空冷至室温。

实施例3：

本发明所述的一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制造方法，其化学成分各元素质量百分比为：C：0.13％，Si：0.30％，Mn：1.85％，P：0.010％，S：0.004％，Cr：0.85％，Ni：0.50％，Cu：0.29％，Nb：0.070％，V：0.06％，Ti：0.020％，Al：0.048％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步的，一种730MPa级超高强度高层建筑用钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1220℃，在炉总时间280min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1100℃，待温坯厚度65mm，精轧开始温度为920℃，终轧温度为876℃，轧成厚度20mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为834℃，终冷返红温度487℃，随后空冷至室温。

其另一种制备方法包括以下步骤：

(1)、将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯，铸坯厚度220mm；

(2)、板坯置于加热炉加热，加热温度为1218℃，在炉总时间286min；

(3)、采用两阶段轧制工序：粗轧开轧温度为1090℃，待温坯厚度124mm，精轧开始温度为900℃，终轧温度为862℃，轧成厚度40mm钢板；

(4)、轧后经过层流冷却进行冷却，入水温度为825℃，终冷返红温度471℃，随后空冷至室温。

表1 730MPa级超高强度建筑钢化学成分质量百分比(wt.％)

表2 730MPa级超高强度建筑钢力学性能

由表2可知，实施例1～3力学性能屈服强度≥624MPa，抗拉强度≥750MPa，延伸率≥19％，屈强比≤0.85，-40℃低温冲击值≥166J，Z向断面收缩率≥65％，均高于标准GB/T19879-2015所规定的的要求，性能稳定性好，可满足我国高层建筑结构设计要求。

本发明采用低C低、微合金化，同时添加少量Cr、Ni、Cu元素成分设计，Nb、V等微合金元素使其在两阶段轧制过程中沉淀析出起到钉扎奥氏体晶粒、抑制奥氏体晶粒长大而起到细化晶粒尺寸作用，同时起到一定的析出强化作用，以保证钢板高强度的要求；高固溶强化元素Cr的添加显著提高钢板的固溶强化效果，通过适量Ni元素添加保证钢板强度的同时显著提高钢板低温韧性，同时适量Cu元素的添加再次提供一定的固溶和析出强化，最终获得性能优异的钢板。

本发明提供的730MPa级超高强度高层建筑用钢板采用控轧控冷的生产工艺，严格控制两阶段轧制过程温度以及压缩比的轧制工艺辅以后续快速入水的控制冷却的方式，通过精确的返红温度的控制以获得一定比列的贝氏体和铁素体组织，同时获得稳定优异的力学性能，生产工艺流程短、制备方法简便。

本发明提供的730MPa级超高强度高层建筑用钢板具有低屈强比、高强度、高延伸、高低温韧性的优异的综合性能，对于我国高层、超高层、大型化建筑钢结构建筑的发展具有重要意义。

本发明通过相对经济的成分设计，控轧控冷的生产工艺，开发出性能优异的730MPa级建筑用钢板，可满足我国高层、超高层、大型化建筑设计的需求。