屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高强度建筑用钢生产领域，特别涉及一种屈服强度高于630MPa的建 筑用结构钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于钢结构符合发展省地节能建筑和低碳经济可持续发展的要求，在高层建筑、 大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥其自身优势，目前，美国、日本等国钢 结构用钢量已超过钢材消费量的35%，钢结构建筑面积已超过建筑总面积的40%以上；而 一般国家钢结构用钢量的比例也达到了 10%左右。而我国钢结构建筑用钢占钢材消费总量 的比例为5%~6%，且88%为Q345以下级别，目前我国建筑用钢总体处于消费结构不合 理、品种规格不配套、综合性能偏低的状况，特别在抗震、耐候、耐火、特殊规格等高性能建 筑用钢产品研发和应用方面，尚不能满足国家低碳经济发展战略的需求，所以必须加快建 筑用钢品种优化与更新换代的步伐。
[0003] 通常，建筑用钢要承受较高的载荷，针对其抗震性更是要求强韧度、塑性达到最佳 配合。在严酷的变形负荷下，建筑用钢的塑性变形一致性是关键，而提高塑性变形性能的有 效方法是降低钢的屈强比。但屈强比太低势必会损失强度，造成材料浪费，而单一地提高强 度又会使屈强比增大，所以合理的强韧度、塑性配合是提高建筑用钢过载抗力的保证。当钢 板屈服强度波动较小时（此处屈服强度波动较小指的是不同块钢板的屈服强度值相差不 大，一般在120MPa内），钢结构间的载荷与变形比较均匀，提高了钢结构整体的塑性变形能 力，有利于提高抗震安全性。因此建筑用钢板在保证其强度要求下还应该保持其波动范围 不能过大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢及其制备方 法，能够实现建筑用钢板在保证其强度的要求下还能保持其波动范围不大。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢，该结构钢按质量百分比由以下 化学成分组成：C 0.07 ~0.12%，Si 0.1 ~0.25%，Mn 1.3 ~1.6%，P 彡 0.015%， S 彡 0. 010%，V 0. 04 ~0. 06%，Nb 0. 02 ~0. 04%，Ti 0. 015 ~0. 03%，Cr 0. 4 ~0. 6%， B 0.001~0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0007] 优选地，在上述屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢中，所述结构钢的碳当量 Ceq < 0? 45,焊接裂纹敏感指数Pcm < 0? 23。
[0008] 优选地，在上述屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢中，所述结构钢的屈服强度 彡630MPa，抗拉强度彡785MPa，屈强比彡0? 83。
[0009] 优选地，在上述屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢中，C 0.08~0. 11%，Si 0? 12 ~0? 14%，Mn 1. 47 ~1. 5%，P 彡 0? 012%，S 彡 0? 005%，V 0? 05 ~0? 06%，Nb 0? 02 ~ 0? 03%，Ti 0? 015 ~0? 026%，Cr 0? 40 ~0? 42%，B 0? 001 ~0? 003%，余量为 Fe 和不可 避免的杂质元素。
[0010] 制备上述屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢的方法，包括冶炼、精炼、连铸、加 热、乳制以及冷却步骤，其中：
[0011] 所述乳制步骤中，将加热后的连铸坯进行两阶段控制乳制，第一阶段乳制的开乳 温度为1050°C~1100°C，乳制9-11道次，道次压下率彡15%，所述第一阶段乳制后的乳件 厚度为成品厚度的2-3倍；第一阶段乳制后待温到900°C~950°C进行第二阶段乳制，乳制 6-10道次，累计压下率>50%;最终得到乳制后的结构钢；
[0012] 所述冷却步骤中，是采用分段冷却的方式对所述乳制后的结构钢进行冷却，首先 将所述乳制后的结构钢空冷至670°C~720°C，然后水冷至280°C~350°C，再空冷至室温。
[0013] 优选地，在上述制备方法中，在所述乳制步骤中，所述第一阶段乳制的终乳温度为 980-1040 °C。
[0014] 优选地，在上述制备方法中，在所述加热步骤中，加热温度为1180°C~1220°C，保 温时间为70-150min。
[0015] 优选地，在上述制备方法中，所述保温时间为90min~120min。
[0016] 优选地，在上述制备方法中，在所述乳制步骤中，所述第二阶段乳制的终乳温度 850 ~900 °C。
[0017] 分析可知，本发明公开一种屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢及其制备方法， 本发明的结构钢能够承受较高的载荷，且强韧度和塑性达到较好的配合，满足了建筑用结 构钢过载抗力的要求，结构钢屈服强度波动较小，钢结构间的载荷与变形比较均匀，提高了 结构钢整体的塑性变形能力，有利于提高抗震安全性。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例2中结构钢的金相组织照片；
[0019] 图2为实施例3中结构钢的金相组织照片。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明的限制。
[0021] 本发明建筑结构钢按质量百分比由以下化学成分组成：C 0.07~0. 12%，Si 0? 1 ~0? 25%，Mn 1. 3 ~1. 6%，P 彡 0? 015%，S 彡 0? 010%，V 0? 04 ~0? 06%，Nb 0? 02 ~ 0? 04%，Ti 0.015 ~0.03%，Cr 0.4 ~0.6%，B 0.001 ~0? 003%，余量为 Fe 和不可避免 的杂质元素。
[0022] 本发明的结构钢化学成分及质量百分比含量设计的原理如下：
[0023] (1)C含量：C可以提高强度、提高淬透性，但C含量过高会影响钢的焊接性能，因此 为了兼顾钢的强度和焊接性能，本发明采用低碳设计，将碳含量设计为〇. 07~0. 12%;
[0024] (2)Mn含量：Mn可以提高钢的韧性，扩大贝氏体转变区，但Mn含量过高，会导致焊 接热影响区的韧性，因此，综合考虑将锰含量设计为1. 3~1. 6%;
[0025]3)强化元素：由于本发明结构钢为F (铁素体）+B (贝氏体）或F+M (马氏体）或 F+M(马氏体）+B组织，F组织的存在可能导致强度降低，因此本发明钢中添加适当的V、Nb 和Ti进行微合金化处理，利用V进行析出强化，利用Nb、Ti适当控制奥氏体转变前的晶粒 度；
[0026] (4)淬透性调整元素：由于本发明C含量较低，因此通过添加适当的Cr和硼提高 钢的淬透性，促进贝氏体。
[0027] 经过上述成分设计的屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢，其碳当量 Ceq彡0. 45,焊接裂纹敏感指数Pcm彡0. 23,屈服强度彡630MPa，抗拉强度彡785MPa，屈强 比彡0. 83,屈服强度最高值为755MPa，抗拉强度最高值为927MPa。碳当量Ceq和焊接裂纹 敏感指数Pcm的计算公式分别如下：
[0028] Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14,
[0029] Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10〇
[0030] 本发明的建筑用结构钢的厚度可以达到35mm。
[0031] 制备上述成分设计的屈服强度高于630MPa的建筑用结构钢的方法，包括冶炼、精 炼、连铸、加热、乳制以及冷却步骤，其中：
[0032] 冶炼、精炼以及连铸步骤：按照上述钢的化学成分及含量设计进行原料配制，采用 本领域常规的转炉冶炼、LF炉外精炼以及连铸工艺制备连铸坯。
[0033] 加热步骤：将连铸坯进行加热，其中加热温度优选为1180 °C~1220 °C (比如 1190。(：、1200。(：、1210。(：、1215。(：），保温时间为 70-150min(比如 75min、80min、90min、 llOmin、120min、130min、140min)，使铸还奥氏体化和避免加热过长导致的奥氏体晶粒粗 大；其中保温时间更优选为90min~120min，以保证铸坯奥氏体化均匀。
[0034] 乳制步骤：将加热后的连铸坯进行两阶段控制乳制，第一阶段乳制的开乳温度 1050°C ~1100 °C (1060 °C、1070°C、1080 °C、1090°C、1095 °C )，道次压下率彡 15% (比如 15 %、20 %、25 %、30 %、35 % )，所述第一阶段乳制后的乳件厚度为成品钢厚度的2-3倍；第 一阶段乳制后待温到900°C~950°C (比如910°