[发明专利]一种低屈强比高层建筑用钢Q550GJD及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低屈强比高层建筑用钢Q550GJD及其生产方法。

技术背景

屈强比，是指钢材的屈服点，屈服强度与抗拉强度的比值。该指标是衡量钢材强度储备的重要系数。通常，钢铁材料的屈强比较高时，表明该种材料的抗变形能力较强，不易在外力作用下发生塑性变形，但材料抗外力冲击的能力较差，发生脆性破坏的风险也较大，材料的可靠性也较低。钢铁材料的屈强比较低时，表明该种材料的塑性较好，具有较强的抗震性能，材料的可靠性也较高。因此，为确保高层建筑抗震性能，避免高层建筑的倾斜或垮塌发生，国家对高层建筑用钢铁材料的屈强比有明确的要求，一般要求在0.80以下。

建筑用钢是中国钢材消费最大的品种，快速发展的建筑业为建筑用钢品种的开发和应用提供了广泛的市场。在钢构方面，随着高层建筑及各种地标性建筑的快速发展，对高强中厚板的需求量越来越大。由于高层或超大型建筑结构受力复杂，除高强度要求外，还需要钢板具有高韧性、低屈强比等，以抵御外力冲击对建筑的破坏。其中公开号为：CN 102876970 A的专利公开了一种屈服强度≥390MPa高层建筑用钢及制造方法，具体公开了100-120mm厚度高层建筑用钢的强度与屈强比所对应的制造方法，通过采用超厚板坯及正火工艺，保证了力学性能良好匹配。但其屈服强度控制在370-490MPa，强度级别偏低。本发明则提供了一种屈服强度大于550MPa的高强高韧低屈强比的高层建筑用钢，以满足当前超高层或大型建筑工程项目的需求。

钢材产品的力学性能主要取决于钢中的组织构成。通过分析可知，对于Q550GJD而言，为确保该钢种的强度、屈强比和韧性满足GB/T 19879-2015要求，就必须有效确保钢中的硬相和软相比例。Q550GJD组织以粒状贝氏体或板条贝氏体为主，该组织的特点是在铁素体基体上分布有许多岛状物，这些岛状物为马氏体和残余奥氏体组织(以下简称：M/A岛)。

M/A岛通常具有较高的力学强度，但该组织的存在破坏了集体的连续性，韧性较差，在较大的外力冲击下，容易发生断裂。铁素体是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体。该种组织具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度都很低，同时冷加工硬化缓慢，可以承受较大减面率的拉拔。因此，当钢中的M/A岛含量较多时，且分布不均匀时，钢材主要体现出力学强度较大，但韧性较差的特点，屈强比偏高；反之，当钢中的铁素体含量较多时，钢材主要体现出力学强度较小，但韧性较强的特点，屈强比偏低。钢材产品较低的力学性能或是较高的屈强比，都无法满足用户对于钢材产品的要求。因此，只有合理控制钢中贝氏体中的M/A岛分布形态，才能确保Q550GJD产品的力学性能和屈强比均能够满足GB/T 19879-2015和用户的要求。

低碳粒状贝氏体组织，它是由细小的铁素体板条和M/A岛组成，M/A岛分布在铁素体板条内部，细小的铁素体板条具有更小的有效晶粒尺寸，能有效地阻止裂纹的扩展。这些弥散分布的M/A岛细小并且近似呈球状，可以避免断裂时成为裂纹的萌生源和裂纹的低能量扩散通道。另外，M/A岛在基体中是以不连续的方式分布，岛与岛之间具有一定的距离，由于中间是具有良好韧性的板条铁素体，裂纹更不易扩展。因此，M/A岛的存在，在增加钢强度的同时并未明显地降低钢的韧性。同时，作为硬相的M/A岛弥散分布在软相铁素体上，合理的软硬相组合也可保证较低的屈强比。

根据数值模拟及现场试验的结果表明：当Q550GJD钢中获得细密M/A岛均匀分布于铁素体基体上的粒状贝氏体组织，能够确保该钢种的力学强度满足GB/T 19879-2015要求的前提下，屈强比有效降低到0.8以下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低屈强比高层建筑用钢Q550GJD；本发明还提供了一种低屈强比高层建筑用钢Q550GJD的生产方法。本发明在生产过程中，通过在线调整Q550GJD的开冷温度、冷却速度及终冷温度，从而获得均匀细小M/A岛，确保钢板在满足强度要求的前提下，具有足够的韧性和低屈强比特性，力学性能符合GB/T 19879-2015 Q550GJD钢板的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种低屈强比高层建筑用钢Q550GJD，所述建筑用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.05～0.08%，Mn：1.55～1.75%，Nb：0.040～0.060%，Ti：0.010～0.030%，Cr：0.20～0.30%，Mo：0.20～0.30%，Als≥0.015%，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明所述建筑用钢厚度规格为20～40mm。