专利名称：一种极低屈服点钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及结构钢板及其制造方法，特别涉及一种极低屈服点钢板及其制造方 法，其屈服强度140 180MPa、延伸率δ 5彡50%，具有优良抗低周疲劳性能和焊接性。
背景技术：
众所周知，碳素结构钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于造船、桥梁结构、 压力容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。碳素结构钢性能取决于其化学 成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性、延伸率和焊接性是碳素结构钢最重要的性能， 它最终决定于成品钢材的显微组织和钢板化学成分。
随着钢结构大型化、超高度化及结构设计复杂化，对钢结构整体抗震性能提出了 更高的要求，单从降低钢结构主承梁钢板的屈强比(YR <0.80)已不能满足大型钢结构抵 抗里氏7. 5级及以上的强烈地震，因此在钢结构主承梁之间使用抗震阻尼器势在必行，通 过抗震阻尼器优良的室温塑性形变能力，吸收大部分地震波能量，确保钢结构主承梁在强 烈地震状态下不至于坍塌，最大程度减少强烈地震带来的人员财产的损失。日本作为多地震国家，最早开发低屈服点软钢，这种低屈服点软钢特点是屈服强 度低、延伸率高，在地震过程中通过先期反复塑性形变吸收地震波能量，避免主要钢结构构 件遭受破坏；新日铁、JFE、住友金属等均开发出具有各自特色的低屈服点软钢。屈服点在 245MPa以下的低屈服点软钢，一般采用Si-Mn成分体系；屈服点在130MPa以下的极低屈 服点软钢，一般采用纯铁成分体系；铁素体晶粒粗大均勻并且采用Ti、Nb等微合金化技术 固定间隙原子N，消除应变时效和不连续屈服方式制铁研究(日文)，1989，No. 334，P17 ； JSSC，1992，No.6，P15 ；日本建筑学会大会学术讲演梗概集(北海道)，1995年8月，P399 ；新 日铁技报，1995，No. 356，P22 ；CAMP-ISIJ，1992，No. 5，P558 ；日本建筑学会构造系论文集， 1995，No. 473，P159 ；日本建筑学会构造系论文集，1995，No. 472，P139。
发明内容
本发明的目的是提供一种极低屈服点钢板及其制造方法，通过钢板主合金元素、 微合金元素的组合设计与控轧工艺相结合，在获得钢板具有极低屈服点、优良冲击韧性、优 良室温形变能力的同时，钢板还具有优良的焊接工艺性，能够承受大线能量焊接，焊接接头 具有低屈服点和室温形变能力，并且成功地解决了碳素结构钢不连续屈服和抗低周疲劳性 能低下的问题。针对上述要求，本发明采用极低C-超低Si-低Mn-高Als-低N-Ti微合金化-微 量B处理的成分体系，适当提高酸溶Als的含量、Ti微合金化、控制Ti/N彡10.0、Als/ N彡12. 0、Ti/C彡13. 0等成分设计技术手段，优化控轧工艺；使成品钢板的显微组织为单 相铁素体，铁素体晶粒尺寸均勻，平均晶粒尺寸在50 IOOym之间；消除钢中固溶的C、N 间隙原子，A1N、Ti (C，N)粒子粗大且均勻分布；获得极低屈服强度(YP = 140 180MPa)、 优良的室温塑性形变能力(均勻延伸率达到50%以上)和冲击韧性、抗低周疲劳性能及低加工硬化率，特别适用于做大型钢结构的抗震阻尼器。具体地，本发明的一种极低屈服点钢板，其成分重量百分比为C:≤ 0.005%Si :0· 03% 0. 10%Mn :0· 20% 0. 60%P≤ O. 010%S≤ O. 005%Als :0· 035% 0. 055%Ti :0· 035% 0. 065%N≤ O. 0040%B:3 7ppm其余为铁和不可避免的夹杂；上述元素含量必须同时满足如下关系Ti/N ≥10.0Als/N ≥ 12. 0Ti/C ≥ 13.0。在本发明中，为了保证钢板显微组织为单相铁素体，钢中C含量必须低于碳在铁 素体中的最大固溶度0. 020% ；考虑到凝固过程中C偏析、极低屈服强度、连续屈服等要求， 钢中C含量上限控制在0. 005%以下。为确保钢板屈服强度在140 180MPa之间和低应变硬化率，钢中Mn含量上限控 制在0. 60%以下，考虑到炼钢精炼、物流时间和成本因素，钢中Mn含量下限控制在0. 20% 以上。钢中Si元素提高钢板的屈服强度、应变硬化率，降低钢板的拉伸延伸率，因此钢 中Si含量必须0. 以下；考虑到炼钢精炼、物流时间和成本因素，钢中Si含量下限控制 在0. 03%以上。P作为钢中有害夹杂对钢的力学性能损害很大，尤其对无间隙原子的极低屈服点 宽厚钢板，P会造成严重的晶界脆化，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢 成本，P含量需要控制在< 0.010%。S在钢中形成有害的硫化物夹杂物，对钢板的拉伸延伸率损害很大，理论上要求越 低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，S含量需要控制在< 0. 005%。钢中添加微量的Ti目的是与钢中N结合，不仅要生成稳定性很高的TiN粒子，消 除钢中固溶的N原子，而且生成的TiN粒子粗大且均勻分布在钢中，减少TiN对钢板屈服强 度的影响；因此Ti含量控制在0. 035% 0. 065%之间。钢中固溶N原子不仅能够极大地提高钢板的屈服强度、应变硬化率并造成不连续 屈服现象，而且能够大幅度地降低钢板室温形变能力；为了确保钢中无间隙原子，N含量越 低越好，但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，N含量控制在< 0. 0040%。钢中的Als不仅要与钢中N结合，消除钢中的固溶N，而且形成的AlN粒子要粗大 均勻并均勻分布在钢中；因此Als下限不得低于0. 035%;但是钢中加入过量的Als不但会 造成浇铸困难，而且会在钢中形成大量弥散的针状Al2O3夹杂物，损害钢板内质健全、室温形变能力及抗疲劳破坏能力，因此Als上限控制在0. 055%。固溶间隙原子C、N具有强化晶界之作用，当钢中不存在固溶间隙原子C、N时，会造 成严重的晶界弱化而大幅度地劣化钢板的塑韧性；固溶B与固溶C、N —样具有强化晶界之 作用，因此本发明钢采用微量固溶B原子来强化晶界，改善钢板的塑韧性；当钢中固溶B含 量超过3ppm时，产生显著的晶界强化；而当钢中固溶B含量超过7ppm时，不仅导致钢板屈 服强度、抗拉强度大幅度波动，而且造成钢板的脆化；通过上述分析，钢中添加3 7ppm，以 改善钢板的塑韧性。本发明极低屈服点钢板的制造方法，其包括如下步骤1)冶炼、连铸，连铸工艺重点控制中间包浇铸温度，中间包浇注温度控制在 1545 1575°C ；2)钢板加热温度1050°C 1130°C，板坯出炉后采用高压水除鳞；3)车L制第一阶段为普通轧制，轧制累计压下率彡50%，确保形变金属发生动态/静态再 结晶，细化奥氏体晶粒；第二阶段为控制轧制，开轧温度870 930°C，轧制道次压下率彡8%，终轧温度 860 900°C，轧制累计压下率彡67% ；4)轧制后成品钢板厚度> 50mm，钢板堆垛缓冷至室温，堆缓冷工艺为钢板表面温 度彡300°C保温24小时以上；轧制后成品钢板厚度< 50mm，钢板自然空冷至室温。本发明轧制分2个阶段，第一阶段为普通轧制，以轧机最大能力(轧制力和轧制扭 矩)，确保形变金属发生动态/静态再结晶，细化奥氏体晶粒，第一阶段普通轧制累计压下 率彡50%。第二阶段为控制轧制，开轧温度870 930°C之间，轧制道次压下率彡8%,终轧温 度860 900°C之间，控制轧制累计压下率彡67% ；基于上述的成分体系特点及超低C、低Mn含量，导致Y (奥氏体)一α (铁素体) 的相变温度较高，为保证组织均勻，防止混晶出现，采用上述控轧工艺，使成品钢板获得优 良的强韧性、强塑性匹配。轧制后成品钢板厚度> 50mm，钢板堆垛缓冷至室温，堆缓冷工艺为钢板表面温度 彡300°C保温24小时以上；轧制后成品钢板厚度< 50mm，钢板自然空冷至室温。本发明的有益效果本发明采用极低C-超低Si-低Mn-高Als-低N-Ti微合金化-微量B处理的 成分体系，适当提高酸溶Als的含量、Ti微合金化、控制Ti/N彡10. 0、Als/N彡12. 0、Ti/ C ^ 13.0等成分设计技术手段，优化控轧工艺；使成品钢板的显微组织为单相铁素体，铁素 体晶粒尺寸均勻，平均晶粒尺寸在50 IOOym之间；消除钢中固溶的C、N间隙原子，A1N、 Ti (C，N)粒子粗大且均勻分布；获得极低屈服强度(YP = 140 ISOMpa)、优良的室温塑性 形变能力(均勻延伸率达到50%以上)和冲击韧性、抗低周疲劳性能及 低加工硬化率，特别 适用于做大型钢结构的抗震阻尼器。本发明极低屈服点钢板可经受较大线能量焊接，因而节约了用户构件制造的成 本，缩短了用户构件制造的时间，为用户创造了巨大的价值，因而此类钢板不仅是高附加 值、绿色环保性的产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。本发明实施例化学成分参见表1，制造工艺参见表2，性能参见表3。实施例1，制造工艺TDS铁水深度脱硫一转炉冶炼一RH(真空精炼)—连铸一板坯下线精 整一板坯定尺火切一加热一控制轧制(CR)—钢板堆缓冷一AUT/MUT(自动/手动探伤检 测)一钢板切边、切头尾一取样与性能验测一切定尺钢板一表面质量和外观尺寸、标识及 检测一出厂。_ I .得极
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§异 [O优低屈服点钢板制造关键核心技术，为更低屈服点钢板(如YP彡135MPa)研制奠定了基础； 它的成功研制必将为提高我国钢结构安全性与抗震性做出贡献，带动我国钢结构设计理念 发展，拓展我国钢结构用钢品种；并可以出口日本、欧美等对钢结构抗震性能要求严格的发 达国家，因而具有广阔的市场前景。
采用本发明技术生产YP160钢板，无需要添加任何设备，制造工艺简单、生产过程 控制容易，因此制造成本低廉，具有很高性价比和市场竞争力。
权利要求
一种极低屈服点钢板，其成分重量百分比为C≤0.005％Si0.03～0.10％Mn0.20％～0.60％P≤0.010％S≤0.005％Als0.035％～0.055％Ti0.035％～0.065％N≤0.0040％B3～7ppm其余为铁和不可避免的夹杂；上述元素含量必须同时满足如下关系Ti/N≥10.0Als/N≥12.0Ti/C≥13.0。
2.如权利要求1所述的极低屈服点钢板的制造方法，其包括如下步骤1)冶炼、连铸，中间包浇注温度控制在1545°C 1575°C；2)钢板加热温度1050°C 1130°C，板坯出炉后采用高压水除鳞；3)轧制第一阶段为普通轧制，轧制累计压下率> 50%，确保形变金属发生动态/静态再结晶， 细化奥氏体晶粒；第二阶段为控制轧制，开轧温度870 930°C，轧制道次压下率> 8%，终轧温度860 900°C，轧制累计压下率彡67% ；4)轧制后成品钢板厚度>50mm，钢板堆垛缓冷至室温，堆缓冷工艺为钢板表面温度 彡300°C保温24小时以上；轧制后成品钢板厚度< 50mm，钢板自然空冷至室温。
全文摘要
一种极低屈服点钢板及其制造方法，采用极低C-超低Si-低Mn-高Als-低N-Ti微合金化-微量B处理的成分体系，适当提高酸溶Als的含量、Ti微合金化、控制Ti/N≥10.0、Als/N≥12.0、Ti/C≥13.0等成分设计技术手段，优化控轧工艺；使成品钢板的显微组织为单相铁素体，铁素体晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸在50～100μm之间；消除钢中固溶的C、N间隙原子，AlN、Ti(C，N)粒子粗大且均匀分布；获得极低屈服强度(YP＝140～180MPa)、优良的室温塑性形变能力(均匀延伸率达到50％以上)和冲击韧性、抗低周疲劳性能及低加工硬化率，特别适用于做大型钢结构的抗震阻尼器。
文档编号C22C38/14GK101845589SQ20091004829
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者刘自成, 吴晓辉, 施青, 温东辉 申请人:宝山钢铁股份有限公司