国内某钢厂建筑结构板Q345GJC的生产浅析

2020-12-30常伟

中国金属通报 2020年9期

常伟

（南京钢铁股份有限公司中板厂，江苏南京 210035）

随着我国的经济发展，城市发展进一步扩大，建筑行业发展迅猛[1]。高层建筑结构钢具有良好的塑性和韧性，良好的抗震性能，而且具备高的施工效率，绿色环保，利用率高等特点，因此主要用于高层建筑、大型场馆、博物馆会议中心等[2]。其中高建钢Q345GJC是其中的典型钢种。利用控轧控冷工艺，设计合理的化学成分，成功研制Q345GJC。

1 建筑结构钢的特点及技术要求

高层建筑结构钢受力复杂，要求具有安全可靠性高、使用寿命长[3]，主要有以下特点：

（1）能够抵御一定的地震力破坏，具备一定的防震和抗震特点。因此钢板不仅有足够的抗拉强度和屈服强度，而且要具有较低的屈强比。低的屈强比使材料具有良好的冷变形能力和高塑性变形功，可以抵抗地震的变形力，减弱地震的破坏程度。

（2）具有良好的塑性和韧性以及较小的屈服强度波动范围。使钢板具有良好的力学性能，同时使建筑物各部分之间的屈强度更加匹配，使局部更加牢固，增强建筑物的稳定性。

（3）具有良好的焊接性能。焊前不需要进行预热，焊后不需要进行热处理，便于现场施工，减少劳动成本，提高劳动效率。

国标GB/T19879-2015中对Q345GJC的性能要求如表1所示。

2 化学成分设计与生产装备及工艺

2.1 生产工艺流程

为了提高钢质的纯净度，减少钢中有害元素如P、S等，冶炼采用钢包炉+真空处理工艺，具体工艺流程如图1。

2.2 化学成分设计

建筑结构钢的成分设计不仅要考虑高强度和良好的低温韧性，还要考虑其在建筑行业中的应用性能，即良好的焊接性能。为了获得良好的焊接性能和低温冲击韧性，在成分设计中降低了C含量。为了保证钢的强度，必须提高锰的含量，锰是一种弱碳化物，具有脱氧和脱硫作用，并且可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒[4]。因此，锰应控制在上限。Mn/C比越高，低温韧性越好。同时加入一定量的微合金元素，使钢板具有良好的屈服强度比。微合金化微合金钢一般是指合金元素总量小于0.1%的钢。目前Nb和T的应用非常广泛，其特点是能够用与碳氮接合成碳化物、氮化物和碳氮化物[5]。这些化合物在高温下溶解，在低温下析出。它们的作用是：在加热过程中阻碍原始奥氏体晶粒的生长；在轧制过程中，抑制再结晶和再结晶后晶粒的生长；在低温下，Nb起沉淀强化作用，可产生显著的晶粒细化和介质沉淀[6]。Nb晶粒细化的强烈作用与轧制过程中Nb析出时奥氏体的延迟再结晶有关。Ti能产生强析出强化，提高钢的强度，防止奥氏体再结晶。它能细化晶粒，提高钢的屈服强度，但对韧性的贡献不大。作为一种重要的微合金元素，Ti可以形成细小的碳和氮化物颗粒。在板坯再加热过程中，防止奥氏体晶粒粗化，获得细小的奥氏体组织。此外，氮化钛颗粒的存在可以抑制热影响区晶粒的粗化[7]。因此，Ti可以同时提高母材和热影响区的低温韧性。

表2 Q345GJC的化学成分设计（Wt/%）

2.3 生产工艺

为获得较好性能，采用两阶段控轧，使用ACC进行冷却。加热工艺如表3、轧制和冷却工艺如表4：

表3 Q345GJC的加热工艺

表4 Q345GJC的轧制和冷却工艺

2.4 冷却系统的介绍

超快冷系统主要由供水系统和冷却系统组成。供水系统包括供水泵组、冷水池、热水池、冷却塔组成。冷却系统主要由分流集水管、喷射集管，阀门流量计、控制系统、配管等组成。超快冷系统主体设备长度为27m，距离精轧机59m，距离热矫直机50m，如图2所示。由于采用先进的射流冲击冷却机理，具有高冷却强度、均匀的冷却温度、较高的温度命中率、快捷的自动化控制等特点。在该厂2800mm中厚板生产线上进行了Q345GJC工业生产，实际控制参数如表5所示。