專利名稱：抗震h型鋼及其生產(chǎn)方法
抗震H型鋼及其生產(chǎn)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于低合金鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種高抗震性能熱軋H型鋼用鋼及其生產(chǎn) 方法背景技術(shù)
近年來，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，高層、超高層以及大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑是一 種發(fā)展趨勢，這樣對建筑用鋼有了更高的性能要求，除了提高鋼材的強度級別外，也提 出了一些特殊的要求如抗震性能。高層建筑用鋼主要是以鋼板和型鋼為主，其中熱軋H 型鋼在高層建筑用鋼中所占的比例很大。同時，以熱軋H型鋼為主的鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)科 學(xué)合理，力學(xué)性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，設(shè)計靈活等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用在大型工業(yè)廠 房和城市高層建筑領(lǐng)域。目前，普通的Q235、Q345級熱軋H型鋼已經(jīng)不能滿足鋼結(jié)構(gòu) 建筑的發(fā)展需求，為此有必要開發(fā)具有高強度高抗震性的建筑用H型鋼。
如今關(guān)于抗震鋼的研究主要是調(diào)整鋼中的化學(xué)成分，在鋼中加入釩(V)、鈮 (Nb)、鈦(Ti)、(鋁Al)等一種或多種低合金元素，再結(jié)合控制軋制技術(shù)，細化奧氏體晶 粒，從而得到比較細小的鐵素體晶粒，同時，通過控制軋制工藝參數(shù)，讓合金元素的第 二相粒子更加均勻、細小、彌散的析出，從而進一步提高鋼的抗震性能。
阪神地震后，日本國內(nèi)幾家大型鋼鐵公司開發(fā)了一系列用于高層建筑的、抗 震性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)鋼。川崎制鐵開發(fā)的具有高韌性的厚壁H型鋼，鋼的化學(xué)成分為 (wt % ) C 0.05 0.18、Si 0.60、Mn 1.0 1.8、P 0.020、S < 0.004、Al 0.016 0.05、V: 0.04 0.15、N 0.0070 0.0200、Cu 0.02 0.60、Ni 0.02 0.60、Cr: 0.02 0.50、Mo: 0.01 0.20。為了細化組織，用控制軋制技術(shù)，在1100 1150°C范圍，凸緣每道次斷面縮減5% 10%，總縮減至20%，使其再結(jié)晶細化。軋后 以0.2 2.0°C/s的速度冷至700 750°C。新日鐵開發(fā)的用于超高層、大跨距、抗震性 能優(yōu)良的高強度、高韌性的型鋼，鋼中含有0.04% 0.18%，含合金元素V、N、Al、 Mo、Nb、Ni、Cu中的2 7種。軋制時，凸緣部在900°C以下全壓下量22% 33%， 凸緣部終軋溫度780 840°C。NIPPON鋼鐵公司發(fā)明了一種在低溫下具有優(yōu)良的可焊性 和韌性、低屈服比的抗震建筑用結(jié)構(gòu)鋼。鋼中含0.03% 0.15C、Si <0.40%, 1.0% 1.20% Mn、力Π Nb、Ti、Al微合金化，還有少量的Cr、Ni、Mo、Cu。在奧氏體未再結(jié) 晶的溫度范圍變形2 30%，終軋溫度2 720°C，在2 680°C以上控制冷卻。以上抗震鋼均含 有Cr、Ni、Mo、Cu等貴重合金元素，生產(chǎn)成本較高，同時添加大量的合金元素，會降 低鋼的焊接性能和韌性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抗震H型鋼及其生產(chǎn)方法，該抗震H型鋼 不含Cr、Ni、Mo、Cu等貴重合金元素，即可降低成本，又可使其抗震性能優(yōu)良。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種抗震H型鋼，其化學(xué)成分重量百分比為CO.16 0.20%、Si 0.4 0.5%、Mnl.3 1.5%、VO.06 0.08%、Nb 0.02 0.04%, P <0.025, S <0.015, [N] < 100ppm> [O] < IOOppm,其余為 Fe 和雜質(zhì)元ο
本發(fā)明還提供抗震H型鋼的生產(chǎn)方法，包括加熱、軋制、冷卻工序，其特征在 于，加熱溫度為1210°C 1250°C ；軋制工藝為奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控軋，道次累積變 形量50% 70%，終軋溫度控制在820°C 880°C ；軋后在冷床上空冷至室溫。
下面具體說明本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容
建筑結(jié)構(gòu)鋼的五項抗震性能指標為(1)強度與塑性的配合；(2)應(yīng)變時效敏 感性；( 韌脆轉(zhuǎn)變溫度；(4)可焊性；( 高應(yīng)變低周疲勞性能。此五項指標科學(xué)合 理，不僅包括了國內(nèi)外建筑用鋼主要抗震性能指標屈強比、塑性和韌性、碳當量，而 且還提出了時效應(yīng)變敏感性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、高應(yīng)變低周疲勞性能等新的綜合抗震性能 指標。相關(guān)抗震性能性能指標為強度與塑性的配合屈強比R^(Rpa2)/RmS0.85;應(yīng) 變時效敏感性延伸降低率(ΔΕ$5%)；韌脆轉(zhuǎn)變溫度(0°C縱向KV227J)；焊接性能 (CEV<0.44%)；高應(yīng)變低周疲勞性能(試驗參照GB6399-86 金屬材料軸向等幅低循 環(huán)疲勞試驗方法進行)用循環(huán)韌度值Qa · Δ ε t表示(oa · Δ ￡t^30j/Cm3)。
本發(fā)明鋼的合金元素的組合及含量(％ )范圍是通過大量的實驗確定的，(1)對 現(xiàn)有的一種含釩熱軋H型鋼的抗震性能進行檢測；( 調(diào)整C、Si、Mn等元素的含量， 用V、Nb復(fù)合微合金化代替V合金化；( 進一步優(yōu)化合金成分，尋找最佳的軋制工 藝。這些元素在鋼中的作用敘述如下
C是間隙強化元素，可以提高基體的強度，同時，又可以與鋼中的合金元素形 成彌散碳化物，對基體進行彌散強化，而不影響材料的塑性，提高了材料的低周疲勞性 能。故C含量應(yīng)高于0.15%，但不宜超過0.2%，過高就會影響基體的韌性，特別重要的 是影響材料的焊接性能。
Mn是弱碳化物形成元素，在鋼中起到固溶強化的作用，加入的Mn含量在1.3 1.5之間，這樣可以進一步保證基體的強度，同時Mn的加入，降低了奧氏體的相變溫 度，增加了鐵素體晶體形核速度并且降低了鐵素體晶粒長大速度，從而細化晶粒。
Si是非碳化物形成元素，以原子狀態(tài)存在于奧氏體和鐵素體之間，固溶強化鐵 素體。但Si含量過高，影響焊接性能，使焊接組織性能惡化，含量控制在0.4 0.5%。
在鋼中添加微合金元素V、Nb，主要起晶粒細化和沉淀強化作用。這些微合 金元素能與碳、氮結(jié)合形成碳氮化物顆粒。這些碳氮化合物顆粒在加熱過程中可以阻礙 原是奧氏體晶粒長大，在軋制時可以抑制再結(jié)晶及再結(jié)晶后的晶粒長大，在冷卻過程中 時，析出起到彌散強化作用，從而提高的材料的綜合抗震性能。
本發(fā)明鋼采用V、Nb復(fù)合微合金化，充分發(fā)揮了微合金元素的作用。在鋼中添 加Nb，主要是阻礙熱軋過程中再結(jié)晶時晶粒長大，這樣可以細化晶粒；添加V主要是在 冷卻過程中產(chǎn)生析出強化。V和Nb的碳氮化物顆粒在析出過程中相互促進，這樣更加有 利于發(fā)揮微合金的作用。本發(fā)明鋼按上述成分進行冶煉時，采用常用的脫P、S技術(shù)，適 當降低P、S含量，同時在加入微合金元素之前進行脫氧，并控制N含量。
控制軋制技術(shù)即通過對軋制工藝參數(shù)(加熱溫度、軋制變形量、終軋溫度)的控 制，充分發(fā)揮V、Nb的細晶強化和析出強化的作用，從而提高鋼材的綜合抗震性能。
本發(fā)明的熱軋H型鋼，只需在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，優(yōu)化合金成分，調(diào)整工藝參 數(shù)，通過控制加熱溫度，保證合金元素完全熔入奧氏體，在軋制時，通過未再結(jié)晶區(qū)控 軋，保證在未再結(jié)晶區(qū)產(chǎn)生足夠的變形量，細化奧氏體晶粒，從而達到細化鐵素體晶粒 的目的，降低終軋溫度，使析出物的顆粒彌散細小，隨后在冷床上空冷至室溫，得到組 織均勻、晶粒細小、析出物顆粒彌散的鐵素體珠光體組織，這樣產(chǎn)品的性能，強韌性配 合良好，綜合抗震性能優(yōu)異，可以大大提高建筑物的抗震性能，滿足高層建筑對熱軋H 型鋼的需求。
具體實施方式
下面以4個具體實施例來說明本發(fā)明。
按照表1化學(xué)成分進行煉鋼，在軋制時，控制鋼坯的加熱溫度、未再結(jié)晶區(qū)的 變形量和終軋溫度，通過正交表設(shè)計進行軋鋼試驗，試驗結(jié)果主要以循環(huán)韌度為目標為 主，即循環(huán)能量吸收率Oa · Δ et,同時測試材料的其他抗震性能指標，然后通過數(shù)理 統(tǒng)計的方法，找到最佳的工藝搭配。最終確定采用1210 1250°C的鋼坯加熱溫度， 950°C以下的變形量為50% 70%，終軋溫度在820°C 880°C范圍內(nèi)，可以得到較高的 循環(huán)韌度。
實施例1
抗震H型鋼化學(xué)成分見表1實施例1，軋制工藝參數(shù)為加熱溫度1210°C ； 950°C以下變形量50% ；終軋溫度850°C。
性能指標是R^為 500MPa，Rm 為 665MPa，ReJRm 為 0.75，A 為對％，ΔE 為2.08%，0°C縱向KV為74J，循環(huán)韌度值σ a · Δ ε t為34.07J/cm3。以上指標均優(yōu)于 抗震鋼的五個性能指標。
實施例2
抗震H型鋼化學(xué)成分見表1實施例2，軋制工藝參數(shù)為加熱溫度1220°C ； 950°C以下變形量55% ；終軋溫度880°C。
性能指標是R^為 480MPa，Rm 為 650MPa，ReJRm 為 0.74，A 為 20.5%，ΔΕ 為3.2%，0°C縱向KV為115J，循環(huán)韌度值σ a · Δ ε t為37.82J/cm3。以上指標均優(yōu)于 抗震鋼的五個性能指標。
實施例3
抗震H型鋼化學(xué)成分見表1實施例3，軋制工藝參數(shù)為加熱溫度1230°C ； 950°C以下變形量60% ；終軋溫度820°C。
性能指標是R^*530MPa，Rm 為 695MPa，1^/1^*0.76，A 為 20.5%，ΔΕ 為2.44%，0°C縱向KV為76J，循環(huán)韌度值σ a · Δ ε t為33.06j/cm3。以上指標均優(yōu)于 抗震鋼的五個性能指標。
實施例4
抗震H型鋼化學(xué)成分見表1實施例4，軋制工藝參數(shù)為加熱溫度1250°C; 950°C以下變形量70% ；終軋溫度860°C。
性能指標是R^為 470MPa，Rm 為 650MPa，ReJRm 為 0.72，A 為 25%，Δ E 為4.00%，0°C縱向KV為45J，循環(huán)韌度值oa · Δ ε t為40.2J/cm3。以上指標均優(yōu)于抗震鋼的五個性能指標。
表1 各實施例化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種抗震H型鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比為C 0.16 0.20%、Si 0.4 0.5%、 Mnl.3 1.5%、 V0.06 0.08%、Nb 0.02 0.04%、 P <0.025, S <0.015, [N] < 100ppm> [O] < IOOppm,其余為 Fe 和雜質(zhì)元素。
2.—種如權(quán)利要求1所述的抗震H型鋼的生產(chǎn)方法，包括加熱、軋制、冷卻工序，其 特征在于，加熱溫度為1210°C 1250°C;軋制工藝為未再結(jié)晶區(qū)控軋溫度S950°C， 道次累積變形量50% 70%，終軋溫度控制在820°C 880°C ；軋后在冷床上空冷至室
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗震H型鋼，其化學(xué)成分重量百分比為C 0.16～0.20％、Si 0.4～0.5％、Mn 1.3～1.5％、V 0.06～0.08％、Nb 0.02～0.04％、P≤0.025、S≤0.015、[N]≤100ppm、[O]≤100ppm，其余為Fe和雜質(zhì)元素?？拐餒型鋼的生產(chǎn)方法，包括加熱、軋制、冷卻工序，其特征在于，加熱溫度為1210℃～1250℃；軋制工藝為未再結(jié)晶區(qū)控軋溫度≤950℃，道次累積變形量50％～70％，終軋溫度控制在820℃～880℃；軋后在冷床上空冷至室溫。
文檔編號B21B37/74GK102021474SQ201010511129
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者吳保橋, 吳結(jié)才, 盛光敏, 龔慶華 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司