國內某鋼廠建筑結構板Q345GJC的生產淺析

常 偉

（南京鋼鐵股份有限公司中板廠，江蘇 南京 210035）

隨著我國的經濟發展，城市發展進一步擴大，建筑行業發展迅猛[1]。高層建筑結構鋼具有良好的塑性和韌性，良好的抗震性能，而且具備高的施工效率，綠色環保，利用率高等特點，因此主要用于高層建筑、大型場館、博物館會議中心等[2]。其中高建鋼Q345GJC是其中的典型鋼種。利用控軋控冷工藝，設計合理的化學成分，成功研制Q345GJC。

1 建筑結構鋼的特點及技術要求

高層建筑結構鋼受力復雜，要求具有安全可靠性高、使用壽命長[3]，主要有以下特點：

（1）能夠抵御一定的地震力破壞，具備一定的防震和抗震特點。因此鋼板不僅有足夠的抗拉強度和屈服強度，而且要具有較低的屈強比。低的屈強比使材料具有良好的冷變形能力和高塑性變形功，可以抵抗地震的變形力，減弱地震的破壞程度。

（2）具有良好的塑性和韌性以及較小的屈服強度波動范圍。使鋼板具有良好的力學性能，同時使建筑物各部分之間的屈強度更加匹配，使局部更加牢固，增強建筑物的穩定性。

（3）具有良好的焊接性能。焊前不需要進行預熱，焊后不需要進行熱處理，便于現場施工，減少勞動成本，提高勞動效率。

國標GB/T19879-2015中對Q345GJC的性能要求如表1所示。

2 化學成分設計與生產裝備及工藝

2.1 生產工藝流程

為了提高鋼質的純凈度，減少鋼中有害元素如P、S等，冶煉采用鋼包爐+真空處理工藝，具體工藝流程如圖1。

2.2 化學成分設計

建筑結構鋼的成分設計不僅要考慮高強度和良好的低溫韌性，還要考慮其在建筑行業中的應用性能，即良好的焊接性能。為了獲得良好的焊接性能和低溫沖擊韌性，在成分設計中降低了C含量。為了保證鋼的強度，必須提高錳的含量，錳是一種弱碳化物，具有脫氧和脫硫作用，并且可以降低奧氏體轉變溫度，細化鐵素體晶粒[4]。因此，錳應控制在上限。Mn/C比越高，低溫韌性越好。同時加入一定量的微合金元素，使鋼板具有良好的屈服強度比。微合金化微合金鋼一般是指合金元素總量小于0.1%的鋼。目前Nb和T的應用非常廣泛，其特點是能夠用與碳氮接合成碳化物、氮化物和碳氮化物[5]。這些化合物在高溫下溶解，在低溫下析出。它們的作用是：在加熱過程中阻礙原始奧氏體晶粒的生長；在軋制過程中，抑制再結晶和再結晶后晶粒的生長；在低溫下，Nb起沉淀強化作用，可產生顯著的晶粒細化和介質沉淀[6]。Nb晶粒細化的強烈作用與軋制過程中Nb析出時奧氏體的延遲再結晶有關。Ti能產生強析出強化，提高鋼的強度，防止奧氏體再結晶。它能細化晶粒，提高鋼的屈服強度，但對韌性的貢獻不大。作為一種重要的微合金元素，Ti可以形成細小的碳和氮化物顆粒。在板坯再加熱過程中，防止奧氏體晶粒粗化，獲得細小的奧氏體組織。此外，氮化鈦顆粒的存在可以抑制熱影響區晶粒的粗化[7]。因此，Ti可以同時提高母材和熱影響區的低溫韌性。

表2 Q345GJC的化學成分設計（Wt/%）

2.3 生產工藝

為獲得較好性能，采用兩階段控軋，使用ACC進行冷卻。加熱工藝如表3、軋制和冷卻工藝如表4：

表3 Q345GJC的加熱工藝

表4 Q345GJC的軋制和冷卻工藝

2.4 冷卻系統的介紹

超快冷系統主要由供水系統和冷卻系統組成。供水系統包括供水泵組、冷水池、熱水池、冷卻塔組成。冷卻系統主要由分流集水管、噴射集管，閥門流量計、控制系統、配管等組成。超快冷系統主體設備長度為27m，距離精軋機59m，距離熱矯直機50m，如圖2所示。由于采用先進的射流沖擊冷卻機理，具有高冷卻強度、均勻的冷卻溫度、較高的溫度命中率、快捷的自動化控制等特點。在該廠2800mm中厚板生產線上進行了Q345GJC工業生產，實際控制參數如表5所示。

圖2 超快冷系統布置圖

表5 實際工藝參數

3 力學性能

屈服強度如圖3、抗拉強度如圖4、延伸性能如圖5、低溫沖擊性能分布如圖6、所示。試驗鋼的屈服強度控制為385～430MPa，抗拉強度控制為545～585MPa，伸長率控制為26%-30%，0℃沖擊功為253～295J。

圖3 20mm屈服強度分布

圖4 20mm抗拉強度分布

圖5 20mm試樣延伸率分布

圖6 20mm試樣低溫沖擊功分布

4 結論

Q345GJC的成分滿足國標要求，工藝設計合理，Q345GJC的試樣強度、延伸率、沖擊韌性滿足GB/T9711-2017的要求，試制成功。