阅读说明：本技术 一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢及生产方法 (Large-size building round steel with good longitudinal and transverse impact toughness and production method thereof ) 是由 赵瑞华 李双居 李秀查 武森 胡云生 任鹏飞 陈良勇 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢及生产方法,圆钢化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17～0.22%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00～1.40%、Cr≤0.30%、V：0.02～0.15%、Ti：0.01～0.03%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni≤0.30%、Cu≤0.30%、Al：0.010～0.040%、N：0.007～0.012%,余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序。本发明产品常温下纵、横向V型冲击功KV2均≥60J,屈服强度Rel：370～435MPa、抗拉强度Rm：545～620MPa。(The invention discloses a large-size round steel for buildings with good longitudinal and transverse impact toughness and a production method thereof, wherein the round steel comprises the following chemical components in percentage by mass: c: 0.17 to 0.22%, Si: 0.25 to 0.45%, Mn: 1.00-1.40%, Cr is less than or equal to 0.30%, V: 0.02 to 0.15%, Ti: 0.01-0.03%, P is less than or equal to 0.020%, S is less than or equal to 0.010%, Ni is less than or equal to 0.30%, Cu is less than or equal to 0.30%, Al: 0.010-0.040%, N: 0.007-0.012%, and the balance of Fe and inevitable impurities; the production method comprises the working procedures of smelting, LF refining, VD vacuum treatment, continuous casting, heating and rolling. The product has vertical and horizontal V-shaped impact energy KV2 of more than or equal to 60J at normal temperature, yield strength Rel: 370-435 MPa, tensile strength Rm: 545-620 MPa.)

一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢及生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢及生产方法。

背景技术

随着城市规模不断扩大，出现了严重的城市用地紧张局面，为了有效缓解这一局面，超高层建筑成为城市建设以及发展的主要方式。当前城市化质量得到了很大的提升，人们的生活质量也在逐渐提高，其中建筑工程所发挥的作用越来越大。超高层建筑较之低层建筑的安全性与稳定性要求更高，与此同时，人们对建筑工程的质量与安全提出了更高的要求。因此对建筑用钢也提出了越来越高的要求。

建筑用钢正向高强度、高性能、大型化方向发展。现代建筑用钢的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故特别适宜用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物；材料匀质性和各向同性好，符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载。

一些现代建筑用钢，对钢的某一指标要求较严格，如对钢的各项同性要求较严，需要纵、横向冲击功均≥60J，而常规要求纵向KV2≥27J已无法满足使用要求、安全要求。因此迫切需要一种纵、横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢；本发明还提供了一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢的生产方法。该发明化学成分设计通过添加V、Al、N元素形成氮化物粒子，采用“转炉+LF+VD+连铸+轧制”的生产工艺，产品常温下轧态的纵、横向V型冲击功KV2均≥60J，屈服强度Rel：370～435MPa、抗拉强度Rm：545～620MPa，性能稳定。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢，所述建筑用圆钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.17～0.22%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00～1.40%、Cr≤0.30%、V：0.02～0.15%、Ti：0.01～0.03%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni≤0.30%、Cu≤0.30%、Al：0.010～0.040%、N：0.0070～0.0120%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明各化学成分在钢中的作用机理：

C：提高钢材硬度和强度的主要元素，C含量过低，材料在热处理后强度过低，无法满足建筑用圆钢所需强度要求；C含量过高容易降低材料塑、韧性。

Si：提高钢中固溶体的强度，同时降低钢的韧性和塑性，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。

Mn：在一定的范围内，Mn能提高钢的韧性，降低脆性；Mn对提高低碳和中碳钢的强度有显著作用，提高钢的淬透性；但Mn含量较高时，有较明显的回火脆性现象，有促进晶粒长大的作用。

Cr：可提高钢的强度和硬度，提高淬透性；但Cr含量过高则容易生成贝氏体，大大降低钢的低温冲击韧性。

N：最经济有效的合金化元素，可以通过与V、Ti、Al结合形成氮化物，起到加强沉淀强化及细化晶粒的效果；但是N含量过高容易生成较多的AlN，增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。

V：不仅能提高钢的强度、降低过热倾向，并且对钢冲击韧性有明显影响。其与钢中的氮反应形成化合物并在晶界析出，从而起到细化晶粒的作用。

Ti：通过合理控制钛在钢中的存在形态及形成规律，钛可以起到细化晶粒、提高强度、提高韧性等作用。其与钢中的氮反应形成化合物并在晶界析出，从而起到细化晶粒的作用。钛在一定的范围内，可以提高冲击韧性，但如果含量过高，会严重恶化钢的冲击韧性。

Al：是强脱氧元素，同时也起到细化晶粒的作用。Al与N结合细化晶粒，利于提高强韧性；当钢中Al在0.50%以上时，Al对钢韧性的作用已无明显影响。同时Al含量过高容易引起连铸时流动性变差，易造成水口结瘤等生产事故。

S：对钢的塑性及韧性都起到有害作用。S含量控制过高会降低钢的洁净度，恶化钢的性能，尤其是各向异性。

P：增加钢的脆性，降低冲击性能，因此将P元素含量控制在较低的范围内，可以防止降低钢的冲击韧性。

本发明所述建筑用圆钢规格为φ130～150mm。

本发明所述建筑用圆钢的屈服强度Rel：370～435MPa、抗拉强度Rm：545～620MPa，常温下纵、横向V型冲击功KV2均≥60J。

本发明还提供了一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢的生产方法，所述生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序；所述LF精炼工序，LF精炼后期加钒铁1.5～2.5㎏/t钢、钛铁0.5～1.5㎏/t钢；所述VD真空处理工序，VD真空脱气处理后喂入MnN线2.5～4.5㎏/t钢、铝线0.5～1.5㎏/t钢。

本发明所述LF精炼工序，采用高碱度R为5～8的精炼渣精炼，控制钢中S：0.002～0.010%。

本发明所述连铸工序，连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.17～0.22%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00～1.40%、Cr≤0.30%、V：0.02～0.15%、Ti：0.01～0.03%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni≤0.30%、Cu≤0.30%、Al：0.010～0.040%、N：0.0070～0.0120%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述加热工序，钢坯加热至1140～1200℃，保温0.8～1.1h。为防止奥氏体晶粒过分长大，在对钢坯的加热过程要严格控制加热温度及保温时间。

本发明所述轧制工序，开轧温度1050～1120℃，终轧温度880～950℃。

本发明大规格建筑用圆钢产品标准参考ASTM A 572/A 572M-07；性能检测方法标准参考GB/T 228.1-2010、GB/T 229-2007。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明化学成分设计通过添加V、Al、N元素形成氮化物粒子，起到细化晶粒的作用，既提高了钢的冲击韧性，又提高了钢的强度，降低钢中P、S含量，提高了钢的各向同性。2、本发明采用“转炉+LF+VD+连铸+轧制”的生产工艺，生产流程简便。3、本发明产品常温下轧态的纵、横向V型冲击功KV2均≥60J，屈服强度Rel：370～435MPa、抗拉强度Rm：545～620MPa，性能稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ150mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.010%；精炼后期加钒铁1.7㎏/t钢，钛铁0.5㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线0.5㎏/t钢、MnN线4.5㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1140℃，保温0.8h；

（5）轧制工序：开轧温度1050℃，终轧温度880℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例2

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ140mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7的精炼渣精炼，控制钢中S：0.005%；精炼后期加钒铁1.5㎏/t钢、钛铁1.0㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.1㎏/t钢、MnN线2.5㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1190℃，保温1.1h；

（5）轧制工序：开轧温度1120℃，终轧温度950℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例3

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ130mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7.5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.004%；精炼后期加钒铁1.6㎏/t钢、钛铁0.8㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线0.9㎏/t钢、MnN线3.0㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1180℃，保温0.9h；

（5）轧制工序：开轧温度1100℃，终轧温度930℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例4

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ130mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为8的精炼渣精炼，控制钢中S：0.002%；精炼后期加钒铁2.0㎏/t钢、钛铁1.0㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线0.9㎏/t钢、MnN线3.5㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1170℃，保温0.9h；

（5）轧制工序：开轧温度1080℃，终轧温度910℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例5

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ145mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7的精炼渣精炼，控制钢中S：0.004%；精炼后期加钒铁2.0㎏/t钢、钛铁0.9㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.5㎏/t钢、MnN线4.5㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1190℃，保温0.9h；

（5）轧制工序：开轧温度1095℃，终轧温度940℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例6

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ145mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为6的精炼渣精炼，控制钢中S：0.005%；精炼后期加钒铁2.1㎏/t钢、钛铁0.8㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.1㎏/t钢、MnN线3.7㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1200℃，保温1.0h；

（5）轧制工序：开轧温度1100℃，终轧温度940℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例7

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ150mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7的精炼渣精炼，控制钢中S：0.004%；精炼后期加钒铁1.9㎏/t钢、钛铁1.5㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.0㎏/t钢、MnN线3.0㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1190℃，保温1h；

（5）轧制工序：开轧温度1100℃，终轧温度940℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例8

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ145mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7.5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.004%；精炼后期加钒铁1.5㎏/t钢、钛铁1.2㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线0.8㎏/t钢、MnN线3.0㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1160℃，保温0.8h；

（5）轧制工序：开轧温度1050℃，终轧温度880℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例9

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ135mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为6.5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.005%；精炼后期加钒铁2.0㎏/t钢、钛铁1.1㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线0.7㎏/t钢、MnN线4.0㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1170℃，保温0.8h；

（5）轧制工序：开轧温度1060℃，终轧温度890℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例10

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ135mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为7.5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.003%；精炼后期加钒铁2.5㎏/t钢、钛铁1.3㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.0㎏/t钢、MnN线4.0㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1160℃，保温1.1h；

（5）轧制工序：开轧温度1070℃，终轧温度900℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

实施例11

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢规格为φ135mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢生产方法包括冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸、加热、轧制工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）LF精炼工序：采用高碱度R为5.5的精炼渣精炼，控制钢中S：0.008%；精炼后期加钒铁2.2㎏/t钢、钛铁1.4㎏/t钢；

（2）VD真空处理工序：VD脱气后喂入铝线1.5㎏/t钢、MnN线4.4㎏/t钢；

（3）连铸工序：连铸中包样的化学成分组成及其质量百分含量见表1；

（4）加热工序：钢坯加热至1170℃，保温1.0h；

（5）轧制工序：开轧温度1080℃，终轧温度890℃。

本实施例一种纵横向冲击韧性良好的大规格建筑用圆钢性能见表2。

表1 实施例1-11建筑用圆钢的化学成分组成及其质量百分含量（%）

表1中，成分余量为Fe和不可避免的杂质。

表2 实施例1-11建筑用圆钢的性能指标

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。