本发明专利技术涉及一种结构钢及其生产方法，特别涉及一种低屈服比易焊接结构钢厚板及其生产方法。解决了现有低屈服比高强钢需进行轧后热处理等缺陷。技术方案为：一种低屈服比易焊接结构钢厚板，其化学成分的重量百分比如下：Ｃ：０．０１％～０．１０％，Ｓｉ：１．００％～１．５０％，Ｍｎ：０．８０％～１．１０％，Ｐ：≤０．０２０％，Ｓ：≤０．０１５％，Ｎｉ：０．３０％～３．２０％，Ａｌ：０．０２％～０．０３％，Ｔｉ：０．０１％～０．１５％，Ｂ：０．０００３％～０．００１０％，Ｎ：０．００２０％～０．０１５０％，余量为铁及不可避免杂质。生产工艺流程：冶炼（电炉或转炉）－精炼－铸造（连铸或模铸）－钢坯加热－控制轧制－控制冷却－成品。主要用于高层建筑钢结构材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种结构钢及其生产方法，特别涉及。
技术介绍
为了达到抗震的目的，用于高层建筑钢结构的材料，一般都要求具有较低的屈服比；同时还要求良好的焊接性，要能做到焊前不预热、焊后不需消应处理。低屈服比钢具有良好的冷变形能力，虽局部超载失稳而不至于发生突然的破坏，因此十分有利于建筑结构的安全。目前，低屈服比高强钢主要包括抗拉强度为490、590、780MPa(如日本HT50，HT60，HT80)3个级别的20～100mm的厚板。490MPa和590MPa级钢种要求屈服比小于0.80，590MPAa级钢种要求屈服比小于0.85。这类钢种一般采用离线或在线热处理生产。如住友金属生产的HT60级钢板，采用轧后加速冷却加回火(DAC-T)或两相区淬火加回火方法(Q-Q′-T)。这两种方法最终都可获得软的铁素体和回火索氏体混和组织，在具有较高强度的同时，兼有较低的屈服比。而新日铁生产这类钢时，采用DL-T法(DL-轧制过程结束后，待钢板温度降低至Ar3以下时水冷，T-回火)或DQ-L-T法(DQ-轧后在奥氏体区直接淬火，L-将钢板加热至Ac1-Ac3之间的两相区然后水冷，T-回火)，也是为了获得具有较低屈服比的铁素体和回火索氏体混和组织。为了简化生产工艺流程，人们希望获得的结构钢无需热处理，即以轧制状态的产品可直接用于建筑现场。日本专利申请JP 9041080A、JP 4173920A、JP63293110A、JP 5179396A介绍了无需热处理的四种低屈服比高强度钢，但这些钢种存在屈服比仍然不够低、焊接冷裂纹敏感性指数Pcm稍高、焊接性能不够理想的缺陷。相比而言，本专利技术涉及的钢种，其焊接裂纹敏感性指数Pcm平均值低于0.20％，无需进行焊前预热和焊后消除应力处理，符合焊接无裂纹钢(CF钢)的条件；此外，根据已进行的实施例来看，其屈服比≤0.70。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该钢种具有铁素体与贝氏体混和组织，能够在外力作用下吸收较大的变形能，而不至于突然破坏，因而具有极好的抗震性能。钢的屈服比可以控制在0.65~0.75以下。由于采用新的成分设计，钢的焊接性很好，且可以控制较低的生产成本。需要解决的技术问题是进一步降低屈服比，降低焊接冷裂纹敏感性指数Pcm，提高焊接性能。本专利技术的技术方案是一种低屈服比易焊接结构钢厚板，其化学成分(重量百分比)C0.01％～0.10％，Si1.00％～1.50％，Mn0.80％～1.10％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni0.30％～3.20％，Al0.02％～0.03％，Ti0.01％～0.15％，B0.0003％～0.0010％，N0.0020％～0.0150％，余量为铁及不可避免杂质。在上述配比中控制Ti/N3～4且Ni≤9.2-40C-4Mn。生产工艺流程冶炼(电炉或转炉)-精炼-铸造(连铸或模铸)-钢坯加热-控制轧制-控制冷却-成品。按上述化学成分进行冶炼和铸造，然后按下列参数进行轧制和冷却钢坯规格根据成品钢板的厚度确定按照钢板厚度的3.5～5.5倍设计坯厚。将钢坯在加热炉内按1100℃～1250℃加热，按两阶段控制轧制法，第一阶段，将道次变形量控制在12％～30％，在950℃以上，道次变形量应尽可能大。轧制道次间可以高压水对轧件进行强制降温，第一阶段轧制的总变形量约为50～60％。第二阶段轧制自950℃左右开始。终轧温度850℃～750℃。轧制结束后，进行30～120秒钟等待，温度至700～750℃时，进入加速冷却装置，以10～40℃/秒的速度冷却至350～500℃，之后空冷至200℃以下。钢的显微结构应当为铁素体和贝氏体混和组织，其中铁素体比例为30～90％，其余为贝氏体。本专利技术钢种采用Si-Mn-Ni-Ti系合金化设计，碳含量较低，焊接裂纹敏感性指数为0.15～0.25％(平均值0.195％)，因此具有良好的焊接性。与同类专利相比，本钢种的Pcm值最低，焊接性最好。本钢种添加了1.00％～1.50％的Si，其目的之一是与Mn一起提高钢的淬透性，使钢获得贝氏体的能力增加。同时，Si在铁素体中的固溶度较大，能显著强化铁素体，其固溶强化效果高于Mn，非调质钢中加入一定的Si还可以改善钢的韧性。在本钢种加入Si的另一个重要目的是增加在空冷条件下钢中铁素体的体积分数，并且能够使晶粒细化。较高的Si与Mn的联合加入，有利于获得铁素体和贝氏体的混和组织，从而保证钢在具有较高强度的同时，具有较低的屈服比。Mn在钢中通过各种机制影响组织和性能。其主要作用是固溶强化、细化铁素体晶粒和增加钢的淬透性(尤其与Si一起)。但是，Mn含量增加将降低钢的相变温度，在一定条件下使铁素体体积分数减少，珠光体增加，使钢的韧性受到损害同时不利于降低屈服比。而且Mn对钢的焊接性影响也比较大。因此，本钢种降低了Mn含量，将其控制在0.80～1.10％。此外，将Mn提Si也可以降低钢的生产成本。Ti在钢中的作用是抑制加热和再结晶时晶粒粗化、与N形成TiN微细析出物沉淀强化以及阻止焊接热影响区晶粒长大。因此，对于结构钢来说，Ti的作用是必不可少的。Ni显著提高钢的韧性，尤其是低温韧性，同时与Si、B、Mn等元素配合能够推迟珠光体转变，使钢更容易获得贝氏体。因此，更有利于在厚板中生产低屈服比钢。本专利技术的有益效果是本钢种综合利用Si-Mn-Ni合金体系中各元素对铁素体与贝氏体组织比例的影响作用，其成分配比具有与其他专利技术不同之处。本专利技术与日本四项专利申请化学成分、生产方法以及焊接冷裂纹敏感性指数见表1 与所列相近专利对比，采用较高的Si含量和Ni含量，相比之下降低了Mn含量。与表1中的专利相比，Mn含量上限0.70％～1.40％降低了。与1号、2号、3号专利相比，本钢种采用了较高Si、较低Mn设计；与3、4号专利相比，采用了加Ni的方案。通过对实施例钢的性能进行分析发现，这种特殊的成分设计，其最主要的优点在于①高Si与适量的Mn结合，能够提高钢的淬透性，有利于获得贝氏体组织，同时在一定的冷却速度下，较高的Si可以增加铁素体比例，而且可以较稳定地进行控制，因此易于获得较低的屈服比；②Si-Mn-Ni合金组合，当Si和Ni含量较高并且加入微量B时，大厚度钢板的抗拉强度保持较高水平，也就是说钢板的屈服比能够较容易地降低，同时钢的低温韧性得到改善；③按照Ni≤9.2-40C-4Mn的要求对Ni含量进行控制，而不必加入Mo、Cr等元素，同时降低了C含量，在获得较低的屈服比和良好的低温韧性的同时，钢的焊接性得到保证；④本钢种没有采用微量Nb的合金化，而是采用较高的Ti，目的是利用Ti抑制奥氏体再结晶后的晶粒长大，得到所期望的组织状态；避免因Nb微合金化钢特有的变形“饼状”铁素体组织，因为具有这种组织的钢的屈服比较高，且不易控制；⑤按照本专利设计的化学成分，只需对热轧钢板进行一定时间的待温，以便获得适当比例的铁素体，随后进行加速冷却，获得贝氏体，即可得到较低的屈服比；这样就无需进行任何热处理，简化了生产工艺，节约了制造周期和成本。⑥与其他专利相比，本钢种具有最低的的焊接裂纹敏感性指数，因此焊接性最好，这一点对于大厚度建筑结构钢来说是十分重要的。本专利技术综合的有益效果是(1)本专利技术钢种化学成分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低屈服比易焊接结构钢厚板，其化学成分的重量百分比如下： Ｃ：０．０１％～０．１０％，Ｓｉ：１．００％～１．５０％，Ｍｎ：０．８０％～１．１０％，Ｐ：≤０．０２０％，Ｓ：≤０．０１５％，Ｎｉ：０．３０％～３．２０％，Ａｌ：０．０２％～０．０３％，Ｔｉ：０．０１％～０．１５％，Ｂ：０．０００３％～０．００１０％，Ｎ：０．００２０％～０．０１５０％，余量为铁和不可避免杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚连登，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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