SN400B建筑结构用钢可以选择材料

SN400B 是武钢按照日本建筑用钢标准J ISG 3136 中SN400B 的要求开发的建筑用钢,主要用于建筑的钢结构骨架。由于国内建筑多使用钢筋水泥骨架,而且目前国内还没有建筑用钢的国家标准。随着中国建筑行业的蓬勃发展,钢结构建筑的广泛应用,建筑结构用钢急待开发。为了适应国内外建筑用钢的需求,在通过与用户多次技术交流和充分了解其使用要求的基础上,设计了武钢建筑用钢SN400B 的化学成分和生产工艺,较终达到了日本同类钢种的性能和质量水平。该钢种填补了国内建筑用钢的空白,具有广阔的推广前景,为建筑用钢与国际接轨创造了条件。
1 　建筑结构用钢的特点
建筑结构受力复杂,必须满足能抵抗自然力的破坏、安全可靠性要高等事关生命财产的要求,
这就决定了建筑结构用钢的特殊性能,它必须具备以下特点:
(1) 要有足够的抗拉强度和屈服强度,同时还具有较低的屈强比。低的屈强比可使材料具有良
好的冷变形能力和高塑性变形功,即使局部**重失稳也不至于发生突然的断裂[1 ] ,这就有利于高层建筑结构的防震和抗震。
(2) 要具有良好的焊接性能,做到焊前不需预热、焊后不需热处理,以便于现场焊接,从而减少
劳动强度和提高劳动效率。
(3) 要有较高的塑性和韧性,以使钢板具有良好的综合力学性能。
(4) 要有良好的工艺性能,以便于进行机械加工。
(5) 建筑结构用钢板屈服强度数值波动范围不能太大。这是为了防止由于屈服强度不同而造成建筑物各部分间强度不平衡较终可能导致的倒塌。要满足以上特殊性能要求,就必须在钢的成分、组织、轧制工艺等重要方面进行深入细致地工作。
2 　冶炼成分和冶炼工艺的设计
2. 1 　冶炼成分
为了确保良好的可焊性,要求碳当量(Ceq)≤0. 36 % ,焊接裂纹敏感性( Pcm) ≤0. 26 % , 因此应选择合适的化学成分。冶炼上要在保证强度的基础上减少合金元素添加量,从而使Ceq、Pcm降低。
(1) 在化学成分设计中尽量降低含碳量,适当提高锰含量,以保证强度,并具有优良的焊接性能。在强度方面,不但要求屈服强度控制在较窄的范围内(235～355 MPa) ,抗拉强度也要求在较窄的范围内(400～510 MPa) 。为使钢中碳锰含量的配比和工艺的调整范围很窄,我们增加了成分设计和工艺控制的难度;为此还较大限度地控制Cr 、Mo 、V、Ni 、Cu 等影响焊接性能的残余元素含量,以在确保强度的前提下,较大限度地降低焊接碳当量,使钢板具有良好的焊接性能。
(2) 将炼钢成分中硫的质量分数控制在0. 015 %以下,并要求在钢包炉进行钙处理,以改变硫化物形态,确保交货实物的冲击功远大于27J 和焊缝的超声波探伤符合要求。冶炼成分的目标设定见表1 所示[2 ] 。
表1 　SN400B 钢的目标设定冶炼成分( wB ) %
牌号
C
Si
Mn
P
S
Ceq
Pcm
SN400B
≤0. 20
≤0.35
0.60-1.40
≤0.30
≤0.015.
≤0.36
≤0.26
　　注:1) 可以根据需要添加表以外的合金元素
2) 碳当量Ceq ( %) = w(C) + w(Mn) / 6 + w (Si) / 24 + w(Ni) / 40 + w (Cr) / 5 + w(Mo) / 4 + w(V) / 14
3) 焊接裂纹敏感性Pcm( %) = w(C) + w(Si) / 30 + w(Mn) / 20 + w(Cu) / 20 + w(Ni) / 60 + w(Cr) / 20 + w(Mo) / 15 + w(V) / 10 + 5w(B)
2. 2 　冶炼工艺
冶炼工艺流程在一般的出口材钢的工艺流程基础上,采用低硫铁水、低硫废钢,增加了L HF 炉
深脱硫及SiCa 处理的精炼过程。这样,既能使钢中的硫含量降低,又能对钢中硫化物进行变性处理,大大提高钢的韧性,并改善了钢水的浇铸性能,提高了中包温度合格率,保证浇铸的顺利进行。
由于此钢种成分在包晶区域,铸坯纵裂发生率较高,通过不断的改进,较后确定了如下保证铸坯质量的措施。
(1) 选择合适的保护渣。中包保护渣选用含碳碱性渣HD - 1 ; 结晶器保护渣1 、2 号机选用CK- 2 、XL Z - 38 ,3 号机选用ST - SP/ 616A -S1 。
(2) 调整合适的结晶器水量和二冷水量。采用弱冷配水,调整分配合适的二冷水量,尽量降低铸坯纵裂发生率。
(3) 每隔一段时间进行铸机开口度的测量,了解扇型段接弧情况,及时更换有问题的扇型段,保证铸机设备处于良好运行状态。
(4) 采用结晶器液面自动控制浇铸,确保浇铸时结晶器液面在±3 mm 范围内;控制中包上水口吹氩流量在40 L/ min 内,以减少铸坯皮下气泡的产生和卷渣的可能性。
3 　轧制工艺的设计
建筑结构用钢对屈服强度和抗拉强度的范围都有严格要求,要求较低的屈强比,较高的冲击功。因此,对轧制工艺有了以下的设计分析和措施。
3. 1 　满足低屈强比
屈强比( YR) 是钢材屈服强度与抗拉强度的比值,其大小反映了钢材塑性变形时不产生应变集中的能力。结构用钢材的屈强比YR 、屈服点伸长EL 、均匀延伸率Eu 和应变硬化指数n 四者之间有(1) 和(2) 的关系式[3 ] :Eu = exp ( n) - 1 ≈ n (1)ln (1/ YR) = ln (ln n - 1) + ln (1 + EL )- n ln[ ln (1 + EL ) ] (2)上两式表明,钢材的屈强比越低,其均匀延伸率即材料破坏前产生稳定塑性变形的能力就越高,即使结构出现局部**载失稳也不至于发生突然的倒塌断裂。通过形成由固溶C 含量少、位错密度低、屈服强度低的铁素体组织与抗拉强度高硬度也高的贝氏体(也含有一部分珠光体) 组织构成的混合组织来实现抗拉强度高、屈强比低的目的。为了不使屈服强度过高,显微组织不应过于细微化,这就要求轧制温度控制在能够确保韧性偏高的温度侧。为了生成固溶C 含量较少的铁素体,就得降低快速冷却时的冷却速度和水冷开始温度。另外,通过热机械控制工艺促进贝氏体化,以提高抗拉强度,从而控制屈强比在较低的水平。
3. 2 　提高低温韧性
为了改善钢的低温韧性, 在对显微组织进行细化的同时要减小贝氏体针片尺寸。贝氏体针片尺寸越小,方向越杂乱,抗裂纹扩展能力韧性就越好。为此,在大生产中, 应采用控制轧
制[4 ] 来细化晶粒,提高钢板韧性,并获得期望的强
度和屈强比等综合性能。
3. 3 　确定较终组织
为了保证钢的强度和韧性,设计希望得到的组织是铁素体+ 珠光体+ 贝氏体。通过控制碳含
量来控制铁素体和珠光体的含量比;通过控制卷取温度,以得到一定比例具有强度高、韧性好及优良的焊接性能等特点的贝氏体。
3. 4 　设计控轧控冷参数
在热连轧中采用控制轧制和控制冷却工艺。鉴于以上分析结果,要求精轧终轧温度控制在奥氏
体未再结晶区[5 ] ,卷取温度设定在600 ℃以下,以获得细晶粒铁素体+ 珠光体+ 针状贝氏体组织。
4 　实际效果
(1) 工业生产的化学成分、碳当量、裂纹敏感性组成与产品标准要求的相应值见表2 和表3 。就越强,
表2 　工业生产的化学成分与产品标准要求值(样本数1500) wB / %
项　目C Si Mn P S Als Al
较大值0. 121 0. 280 1. 164 0. 025 0. 015 0. 075 0. 082
较小值0. 070 0. 151 0. 984 0. 009 0. 002 0. 018 0. 021
平均值0. 090 0. 190 1. 080 0. 017 0. 007 0. 039 0. 042
产品标准要求≤0. 20 ≤0. 35 0. 60～1. 40 ≤0. 30 ≤0. 015
R9F16551 RJU R9F16551 热轧卷板 SN400B 16*2130* 16.209 2146 R9F16552 RJU R9F16552 热轧卷板 SN400B 16*2130* 16.202 2146 R9F16553 RJU R9F16553 热轧卷板 SN400B 16*2130* 16.214 2146 R9F16554 RJU R9F16554 热轧卷板 SN400B 16*2130* 16.221 2139