安鋼Q420GJC高強建筑用鋼板研制開發

宋立偉　王立群　徐博　李娜　陳尹澤　牛超

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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安鋼Q420GJC高強建筑用鋼板研制開發

宋立偉王立群徐博李娜陳尹澤牛超

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼結合當前高強建筑結構用鋼的市場，緊隨用戶需求，研發出Q420GJC高強建筑用鋼板。采用低碳+高錳配加鈮+釩+鋁復合微合金化的成分體系，制定兩階段軋制工藝，軋后鋼板獲得鐵素體+珠光體的組織結構和各位置均勻的力學性能。鋼板各項性能數據穩定，滿足建筑結構用鋼的標準和客戶使用要求。

Q420GJC建筑結構用鋼研制開發力學性能

0　前言

當前隨著大型鋼結構建筑的逐漸普及，尤其在我國的大型化鋼結構建筑的建設進入了快速發展時期，高強度結構用鋼的需求量大幅的增加。而隨著鋼結構建筑高度的不斷增加、跨度的不斷增大，一些構件所承受的約束力越來越大、越來越復雜，傳統的345 MPa級鋼板，已不能滿足當前鋼結構建筑的發展需要。體育場館、航站樓、高鐵站、大型劇院等建筑的部分構件已開始采用了屈服強度更高的390 MPa、420 MPa、460 MPa級鋼板[1]。鋼結構建筑的蓬勃發展，極大發地促進了建筑結構用鋼板的研制與開發。

現行GB/T 19879-2005 《建筑結構用鋼板》國家標準當中，Q420GJC系列鋼由于具有強度高、韌性好、屈強比低等特點，廣泛用在高層、超高層、大跨度等鋼結構建筑設計中。安鋼為適應國內建筑鋼結構行業的發展形勢，滿足用戶需求，開展了Q420GJC系列鋼相關研制和開發工作，并完成了鋼種試制及批量供貨，取得了顯著的社會經濟效益。

1　Q420GJC化學成分

GB/T 19879-2005 《建筑結構用鋼板》標準中Q420GJC鋼板性能要求見表1。

表1　Q420GJC鋼板性能要求

注：1.試樣除沖擊為縱向試驗外，其余均為橫向試樣。

根據GB/T19879標準中的化學成分要求，結合Q420GJC強度與韌性的匹配、可焊性、耐腐性、交貨狀態等要求，其合理的組織應為鐵素體+珠光體，Q420GJC的化學成分設計采用“低碳、高錳、鈮、釩氮和鋁”多元素復合微合金化保證強度，同時在冶煉過程增加鐵水預處理和VD精煉等處理工藝降低鋼中有害元素、提高鋼水純凈度。Q420GJC具體化學成分見表2。

表2　Q420GJC鋼種的化學成分 　/ %

工藝路線為：鐵水預處理—150 t頂底復吹轉爐—LF精煉爐—VD真空爐—3250 mm寬板坯連鑄機—鑄坯堆冷—3500 mm爐卷軋機。

2　軋制工藝

2.1加熱

固溶鈮對奧氏體晶界起拖拽作用，在軋制過程中析出的碳化鈮對奧氏體晶界的釘扎，可顯著延遲奧氏體再結晶，提高奧氏體再結晶溫度。相變前固溶在奧氏體中的鈮可降低相變溫度，細化鐵素體晶粒，并在相變過程中析出起到強化效果；釩在奧氏體中的固溶度較高，在鐵素體中的溶解度相對較低，是一種理想的低溫鐵素體析出強化元素，通過固溶強化、析出強化來提高強度和細化晶粒，最終改善韌性[2]。加熱時應保證有足夠的鈮、釩固溶到奧氏體中，獲取均勻的奧氏體晶粒尺寸，加熱溫度控制在1220 ℃～1280 ℃。

2.2軋制

軋制工藝采用再結晶區和未再結晶區兩階段控制軋制工藝。

再結晶區軋制在奧氏體再結晶溫度以上進行多道次大變形量軋制，單道次壓下率在15%以上。未再結晶區軋制使奧氏體晶粒充分壓扁、拉長，奧氏體晶粒內存在大量的變形帶，彌散分布的Nb、V的碳氮化析出物能作為鐵素體的形核核心，在原奧氏體晶內和晶界大量形核，鐵素體晶粒被充分細化。通過控制總的壓下率和終軋溫度，以獲得良好的軋態性能。未再結晶區開軋溫度840 ℃～880 ℃，待溫厚度為成品厚度的2倍以上，終軋溫度控制在810 ℃以下，厚度超過40 mm的鋼板采取400 ℃～500 ℃線下堆冷48 h。

軋制工藝控制參數見表3。

3　高強度建筑結構用鋼板試制結果分析

3.1力學性能

針對40 mm、50 mm規格的鋼板進行常規拉伸及低溫沖擊性能檢測。鋼板的各項性能檢測結果見表4。

表3　軋制工藝

表4　Q420GJC鋼板性能結果

從表4可以看出，1)與標準性能要求相比，40 mm鋼板各部位強度富裕量均超過60 MPa，50 mm鋼板各部位強度富裕量均在30 MPa以上；2)鋼板表層及厚度1/4的強度略高于中心位置，但差別較小，厚度效應不明顯；3)鋼板斷后伸長率均在20%以上，塑性優良；4)屈強比不高于0.80，滿足標準要求(屈強比≤0.85)；5)鋼板的0 ℃、-20 ℃的沖擊值均在90 J以上，高于標準規定的34 J，表明鋼板的沖擊韌性優良。

3.2厚度方向拉伸性能檢測

對50 mm的鋼板沿厚度方向按照GB/T 5313-2010 《厚度方向性能鋼板》標準檢測的拉伸性能檢測結果如圖1所示。

圖1　鋼板厚度拉伸斷面收縮率

從圖1可以看出，50 mm厚鋼板的厚度方向拉伸試樣斷面收縮率與 GB/T 5313-2010標準中厚度方向鋼Z向級別的要求相比，Q420GJC鋼板的Z向斷面收縮率在36%～59%，平均在47%，能夠滿足Z35的要求，表明該鋼板具有良好的抗層狀撕裂性能。這主要是因為在冶煉中保證了低P、S控制，并獲得了良好的鑄坯內部質量，其中中心偏析低于B1級、中心疏松低于1級、無中心裂紋，控軋后鋼板內部組織均勻、無分層。

3.3金相組織情況

該產品金相組織如圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可以看出，1/4厚度位置的晶粒度在9～9.5級，鋼板組織均為鐵素體+珠光體，這種強弱相匹配的雙相組織結構保證了Q420GJC系列鋼板具有良好的強韌性匹配和較低的屈強比。

圖2　40 mm鋼板1/4位置　圖3　50 mm鋼板1/4位置

4　工業生產鋼板性能

目前，安鋼Q420GJC及Z向高強度建筑結構用鋼板已經進入市場化生產，其多個規格的實物水平見表5。

表5　實物力學性能

Q420GJC自成功開發以來，已發往多個客戶，交貨狀態為熱軋。經多個鋼結構制作方使用反應，該鋼板具有高強度、高韌性，板厚效應小，優良的抗震性(低屈強比)和抗層狀撕裂性能，綜合性能指標穩定，完全滿足項目設計及使用要求。

5　結語

1)采用Nb、V的復合微合金化及兩階段控軋技術，成功的研制出高強度建筑結構用鋼板Q420GJC，工藝路線設計合理、過程控制穩定，鋼板性能優異。

2)安鋼研發的Q420GJC鋼質純凈，鋼板抗層狀撕裂性能優良，具有高強度、良好的韌性、良好的表面和內部質量、理想的鐵素體+珠光體組織結構、晶粒度9級以上，滿足高強建筑結構用鋼板的要求。

[1]常躍峰,韋明,劉利香. 建筑結構用高強度寬厚鋼板的開發[A].//2007年全國鋼結構學術年會論文匯編[C].北京:中國鋼結構協會,2007:1-5.

[2]葉建軍. 高層建筑結構用鋼(49s0B)的強韌化理論與工藝研究[D]. 西安建筑科技大學,2000:9-12.

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF Q420GJC HIGH-STRENGTH CONSTRUCTION STEEL PLATE IN ANYANG STEEL

Song LiweiWang LiqunXu BoLi NaChen YinzeNiu Chao

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

Q420GJC high strength steel plate is developed in Anyang Steel based on the current high strength construction steel market and user' needs. The microstructure of the ferrite and pearlite and the mechanical properties are obtained by using composite micro alloying components system of low-C+high-Mn+Nb+V+Al and two stage rolling process. The performance of the steel plate is stable and can meet the standards and customers' requirement for the building structure steel.

Q420GJC steel plants for structure buildingsresearch and developmentmechanical property

偉，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司技術中心；

2016—4—29