[发明专利]一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业钢板及其加工工艺技术领域，具体涉及到一种Q345系列厚度在50～70mm的普通碳素结构钢板及其生产方法。

 

背景技术

焊接连接的钢结构中，当钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚度方向的拉力时，为避免焊接时产生层状撕裂，需采用抗层状撕裂的钢材（通常简称为“Z向钢”）。厚板存在层状撕裂问题，故要提出Z向性能测试。钢板和型钢经过滚轧成型的，一般多高层钢结构所用钢材为热轧成型，热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒。钢锭浇筑时形成的气泡和裂纹，可在高温和压力作用下焊合，从而使钢材的力学性能得到改善。然而这种改善主要体现在沿轧制方向上，因钢材内部的非金属夹杂物(主要为硫化物、氧化物、硅酸盐等)经过轧压后被压成薄片，仍残留在钢板中(一般与钢板表面平行)，而使钢板出现分层（夹层）现象。这种非金属夹层现象。使钢材沿厚度方向受拉的性能恶化。因此钢板在三个方向的机械性能是有差别的：沿轧制方向最好；垂直于轧制方向的性能稍差；沿厚度方向性能又次之。一般厚钢板较易产生层状撕裂，因为钢板越厚，非金属夹杂缺陷越多，且焊缝也越厚，焊接应力和变形也越大。为解决这个问题，最好采用Z向钢。这种钢板是在某一级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊冶练、处理的钢材，其含硫量为一般钢材的1／5以下，断面收缩率在15%以上。钢板沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为Z向性能。钢板的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到，一般用断面收缩率来度量。我国生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25、Z35，Z字后面的数字为断面收缩率(%)的指标。

厚度在50～70mm的Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板广泛用于造船、机械、建筑、压力容器、锅炉和大型结构等，随着我国国民经济的迅速发展，对Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的需求也不断增加。特厚钢板是指厚度≥50mm的钢板，从国内外其他企业生产Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的经验来看，无论是炼钢环节还是轧钢环节，特厚钢板的生产具有很大的难度。对于炼钢环节，铸坯厚度越大，板坯质量特别是中心偏析和有害气体含量的控制难度越大。对于轧钢环节，随着钢板厚度的增加，轧制送厚比（控轧厚度与成品厚度的比值，送厚比=控轧厚度÷成品厚度，下同）的减小，轧制过程中降温慢、轧后冷却强度难于提高等因素，导致特厚钢板的控轧难度增加，产品冲击韧性有逐渐恶化的趋势，产品性能质量不稳定，初试性能合格率不到90％。如何保证产品强度性能和改善产品冲击韧性，保障产品性能质量稳定，提高产品合格率，也是本领域急需要解决的问题。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种屈服强度≥325Mpa，抗拉强度470～630Mpa，延伸率≥21%，冲击韧性（20℃、0℃纵向AKV）≥38J，断面收缩率≥15%，厚度50～70mm的钢板及其生产方法，并能达到产品性能质量稳定和合格率高的要求。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板，该钢板的厚度在50～70mm，该钢板包含如下质量百分比的化学成分（本发明的化学成分均指质量百分比，以下不在重复阐述）：C：0.15～0.16；Si：0.27～0.32；Mn：1.39～1.45；P：0.010～0.013；S：0.001～0.007；Al：0.029～0.049；V：0.056～0.064；Ti：0.013～0.016；Nb:0.012～0.014；其余为Fe；碳当量：0.40～0.42，碳当量的含义及其计算符合GB/T 1591的规定。

本发明还提供了一种生产上述Q345的Z向特厚低合金高强度结构钢板的生产方法，该方法包括钢坯加热、高压水除鳞、钢坯粗轧、钢坯精轧、轧后冷却和热处理工序；钢坯加热工序中，加热炉的出钢温度控制在1050～1200℃；在高压水除鳞工序中，钢坯加热出炉后，利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化铁皮和其他附着物；在钢坯粗轧工序中，粗轧完成的钢坯厚度为成品厚度的2倍以上；在钢坯精轧工序中，精轧控轧温度控制在≤860℃，精轧终轧温度控制在800～830℃；在轧后冷却工序中，采用堆冷工艺，堆冷温度≥400℃，堆冷时间≥72小时，正火温度890～910℃，加热系数1.2～1.5min/mm。

作为本发明的优选方案，在上述生产方法的钢坯精轧工序中，精轧终轧温度控制在800～820℃。