一種節(jié)鉬型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種節(jié)鉬型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法，其重量百分比化學(xué)成分為：C：0.03-0.09%，Si：0.00-0.50%，Mn：0.50-1.50%，P：<0.02%，S：<0.01%，Cr：0.35-1.00%、Mo：0.15-0.20%，Nb：0.05-0.15%、V：0.00-0.10%，Ti：0.01-0.025%、B：0.0000-0.0030%、Al：0.01-0.06%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種節(jié)鉬型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼的制造方法；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種節(jié)鉬型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法能夠降低合金使用成本，具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異的焊接性及智能耐火性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種節(jié)鉬型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法，屬于合金鋼制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高層、大跨度、安全性高、節(jié)約環(huán)保是現(xiàn)代大型建筑的發(fā)展趨勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)重量輕、施工快、空間大、舒適美觀、抗震性好、可循環(huán)利用，在高層建筑和大型公共場(chǎng)所建筑中應(yīng)用越來(lái)越多，但是普通建筑用鋼的耐火性能很差，隨著溫度的上升，其屈服強(qiáng)度下降較快，特別是在350°C以上高溫時(shí)陡降，不具備承重能力，因此必須噴涂很厚的耐火涂層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，噴涂耐火涂層使鋼結(jié)構(gòu)建筑成本成倍增加，且延長(zhǎng)工期，噴涂作業(yè)的飛濺還造成環(huán)境污染，減少使用或不使用耐火涂層成為開(kāi)發(fā)耐火鋼的驅(qū)動(dòng)力。
[0003]由于Mo是提高高溫強(qiáng)度的有效合金元素，20世紀(jì)80年代以來(lái)，日本率先研制并推出Mo系商用耐火鋼板，耐火鋼600°C的高溫屈服強(qiáng)度必須不低于室溫標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度的2/3，成分體系以Mo-Nb系和Mo-Nb-Cr系兩種為主，主要利用Mo強(qiáng)烈的高溫固溶強(qiáng)化作用，保證6000C以下的高溫強(qiáng)度，通常添加0.5wt.%Mo和采用約0.01-0.06wt.%的Nb微合金化。
[0004]韓國(guó)與中國(guó)國(guó)內(nèi)耐火鋼也大多添加Mo或Mo+Nb，為降低合金成本，Mo含量有所下降，但仍然在0.3wt.%左右，如“一種耐火鋼及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?200810179362.6)、“一種高性能建筑結(jié)構(gòu)用耐火鋼板及其制造方法”(申請(qǐng)?zhí)?200910011963.0)、“低成本高強(qiáng)高韌抗震耐火鋼及其制備工藝”(申請(qǐng)?zhí)?201110080774.6)等申請(qǐng)專(zhuān)利中的Mo含量為0.2-0.4wt.%，其中“一種耐火鋼及其制備方法”還添加了 0.05-0.12wt.%V，但是該專(zhuān)利主要通過(guò)控制終冷溫度為550-650°C，并保溫1-2小時(shí)，以控制耐火鋼的組織組成，同時(shí)還可以促使V在緩慢冷卻或保溫過(guò)程中析出增強(qiáng)耐火鋼的室溫性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能夠降低合金使用成本，具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異的焊接性及智能耐火性能的一種節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼及其制造方法。
[0006]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.03-0.09%, Si:0.00-0.50%, Mn:0.50-1.50%, P:<0.02%,
S:<0.01%, Cr:0.35-1.00%、Mo:0.15-0.20%, Nb:0.05-0.15%、V:0.00-0.10%, Ti:0.01-0.025%、B:0.0000 ~0.0030%、Al:0.01-0.06%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]碳:本發(fā)明中的抗震耐火鋼采用低碳成分設(shè)計(jì)，碳含量范圍為0.03-0.09%，有效解決了碳含量較高對(duì)鋼的沖擊韌性尤其是上平臺(tái)沖擊功非常不利，明顯損害焊接性能這一技術(shù)問(wèn)題；
[0008]硅:本發(fā)明鋼的硅含量范圍為〈0.50%有效防止了過(guò)量的Si對(duì)于鋼的韌性及焊接性能的惡化；[0009]錳:本發(fā)明鋼Mn含量范圍為:0.50-1.50%,不僅擴(kuò)大了微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積，避免過(guò)多的微合金碳氮化物在軋制過(guò)程中形變誘導(dǎo)析出，同時(shí)防止在鑄坯中的偏析傾向增加而對(duì)焊接性能造成的不利；
[0010]鉻:本發(fā)明中Cr含量控制在0.35~1.00%不僅提高鋼的淬透性、耐大氣腐蝕性能及耐火性，同時(shí)防止較高的Cr將降低焊接性能；
[0011]鑰:本發(fā)明中Mo的含量精確控制，范圍為0.15-0.20%，除了顯著提高鋼的淬透性，抑制P、S等雜質(zhì)元素在晶界的偏聚而降低回火脆性外，在耐火鋼中主要是起到高溫固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用；Mo含量低于0.15%時(shí)，上述作用效果不明顯，超過(guò)0.20wt.%時(shí)，成本較聞。
[0012]鈮:本發(fā)明中Nb含量應(yīng)控制在0.05-0.15%，軋制過(guò)程中固溶于奧氏體中的Nb和形變誘導(dǎo)析出碳氮化鈮粒子顯著提高奧氏體未再結(jié)晶溫度，獲得薄餅狀?yuàn)W氏體，有助于細(xì)化鐵素體和貝氏體組織，固溶于奧氏體中的Nb還能夠提高淬透性，固溶于鐵素體和貝氏體中的Nb對(duì)提高高溫強(qiáng)度也有顯著作用。
[0013]釩:本發(fā)明中V的含量不超過(guò)0.1%，由于V具有較低的全固溶溫度，均熱時(shí)基本全部固溶，軋制過(guò)程中固溶的V能有效提高淬透性和提高再結(jié)晶溫度，具有與Nb類(lèi)似的著火智能析出作用，作為MC相的形成元素輔助添加；
[0014]鈦:本發(fā)明鋼中加入少量Ti是為了形成納米級(jí)尺寸的TiN粒子，可以細(xì)化鑄坯加熱過(guò)程中奧氏體晶粒，Ti含量控制在0.01-0.025%范圍內(nèi)，低于0.01%所形成TiN數(shù)量較少，細(xì)化晶粒作用很?。桓哂?.025%將形成微米級(jí)尺寸的液析TiN，不僅不能起到細(xì)化晶粒作用，而且對(duì)鋼板韌性有害；
[0015]硼:本發(fā)明控制B范圍為0-30ppm強(qiáng)烈偏聚于晶界而顯著提高淬透性，對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較高、C含量較低的耐火鋼，可以加入10-`20ppm，過(guò)量的硼將產(chǎn)生含B析出相，帶來(lái)不利影響，因此B含量一般不超過(guò)30ppm，對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較低、C含量較高的耐火鋼，可以不特意加入，因此B的含量可以根據(jù)強(qiáng)度級(jí)別進(jìn)行適量添加；
[0016]鋁:本發(fā)明中鋁的含量為0.01-0.06%,鋁是強(qiáng)脫氧元素，還可與N結(jié)合形成A1N，能夠起到細(xì)化晶粒作用；
[0017]磷和硫:本發(fā)明中磷和硫的含量分別控制在0.02%和0.01%以?xún)?nèi)，其為鋼中雜質(zhì)元素，控制含量能夠顯著降低塑韌性和焊接性能；
[0018]本發(fā)明Nb含量應(yīng)控制在0.05-0.15%，并通過(guò)在熱軋后較快的冷速配合下，Nb的析出被抑制，以至于屈服強(qiáng)度不會(huì)過(guò)高，對(duì)室溫下較低的屈強(qiáng)比有利，但未析出的Nb將在返紅過(guò)程中會(huì)從鐵素體和貝氏體中單獨(dú)析出，或與V、Mo復(fù)合析出，形成納米第二相，彌補(bǔ)鋼在高溫下因基體軟化而造成的強(qiáng)度降低，提高高溫強(qiáng)度；
[0019]本發(fā)明的Mo含量控制為0.15-0.20%，并配合本發(fā)明的軋制工藝，可以擴(kuò)大微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積，避免過(guò)多的微合金碳氮化物在軋制過(guò)程中形變誘導(dǎo)析出；另外，本發(fā)明通過(guò)Mo與其他微合金元素(V、Nb、Ti)的配合，在加熱火過(guò)程中可以與其他微合金元素(V、Nb、Ti)復(fù)合析出，增加析出量的同時(shí)能夠提高析出物的熱穩(wěn)定性，從而穩(wěn)定提高和保證鋼在高溫時(shí)的強(qiáng)度。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
[0021]進(jìn)一步的，前述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.05%、Si:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%、Nb:0.05%、V:0.03%、Ti:0.015%、B:0.0002%、Al:0.033%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0022]前述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.06%、Si:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%、Nb:0.08%、V:0.04%、Ti:0.015%、B:0.0004%、Al:0.016%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0023]前述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、Ti:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0024]本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼的制造方法，將與所述抗震耐火鋼具有相同組分的鋼坯依次經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐或電爐工序冶煉，爐外精煉工序，鋼水澆注連鑄坯工序，加熱爐加熱工序以及中厚板軋機(jī)軋制工序；
[0025]加熱爐加熱工序:加熱溫度為1150_1280°C，時(shí)間為1_5小時(shí)，鋼內(nèi)部獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織；
[0026]中厚板軋機(jī)軋制工序:采用兩階段軋制工藝，粗軋軋制3-5道次，鋼內(nèi)部通過(guò)反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化奧氏體；粗軋終軋溫度為1020-1150°C，精軋軋制5-10道次，精軋開(kāi)軋溫度880-980 V，終軋溫度為830-920 V，軋后獲得薄餅狀?yuàn)W氏體組織；軋后經(jīng)層流冷卻，冷速15-250C /s，使Nb的析出被抑制，終冷返紅溫度350-550°C，未析出的Nb在返紅過(guò)程中從鐵素體和貝氏體中單獨(dú)析出，或與V、Mo復(fù)合析出，形成納米第二相，并獲得細(xì)晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，隨后空冷至室溫。
[0027]本發(fā)明加熱爐加熱階 段控制溫度1150_1280°C，控制奧氏體化溫度，高于微合金元素Nb、V的全固溶溫度，但低于TiN回溶和奧氏體發(fā)生反常晶粒長(zhǎng)大的溫度，充分利用固析TiN阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織；
[0028]本發(fā)明采用兩階段控軋工藝，在粗軋階段，適當(dāng)降低粗軋溫度、提高道次壓下量3-5道次，實(shí)施再結(jié)晶控軋，通過(guò)反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化奧氏體；精軋階段在奧氏體未再結(jié)晶溫度(Tnr)以下變形，利用固溶Nb和析出Nb抑制奧氏體再結(jié)晶的機(jī)制，獲得薄餅狀?yuàn)W氏體，有助于細(xì)化鐵素體和貝氏體組織；
[0029]本發(fā)明中層流冷卻階段，冷卻速度15_25°C /S、終冷返紅溫度控制在350_550°C，獲得細(xì)晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，抑制大量馬氏體形成和微合金碳化物在鐵素體和貝氏體中大量析出；
[0030]綜上所述:本發(fā)明米用適量Nb、低Mo、低V、微Ti多兀復(fù)合微合金化和低碳成分設(shè)計(jì)，通過(guò)控制加熱階段溫度、采用兩階段控軋工藝、控制層流冷卻速度、控制終冷溫度工藝生產(chǎn)具有細(xì)晶鐵素體/粒狀貝氏體組織或粒狀貝氏體組織的抗震耐火鋼，細(xì)晶鐵素體/粒狀貝氏體組織或粒狀貝氏體組織保證了高的室溫強(qiáng)度和低屈強(qiáng)比，細(xì)晶組織和大量微合金第二相在著火過(guò)程中智能析出，保證高溫強(qiáng)度，具有抗震性和智能型耐火性；低的碳含量和碳當(dāng)量設(shè)計(jì)，添加少量的Nb、V，降低較多的Mo，降低了合金成本，通過(guò)控軋控冷獲得細(xì)晶組織，具有高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)異的焊接性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明中熱軋板顯微組織的OM照片；[0032]圖2為本發(fā)明中熱軋板600°C高溫析出相TEM形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1-3
[0034]本發(fā)明制造了三種不同重量百分比化學(xué)成分的連鑄坯，如表1所示分別為編號(hào)A、B和C:
[0035]A:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.05%、S1:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%、Nb:0.05%、V:0.03%、T1:0.015%、B:0.0002%、Al:0.033%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0036]B:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.06%、S1:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%、Nb:0.08%、V:0.04%、T1:0.015%、B:0.0004%、Al:0.016%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0037]C:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、T1:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0038]將上述的三種連鑄坯利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的制造方法分別各設(shè)置三組不同的工藝參數(shù)進(jìn)行制備，共制造了 9塊節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金化抗震耐火鋼，其具體的參數(shù)設(shè)置如表2所示，制造出的9塊節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼橫向拉伸性能、_40°C縱向沖擊功在表3中列出，達(dá)到屈服強(qiáng)度420MPa級(jí)耐火鋼(GB/T28415-2012中Q420FRE)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0039]表1節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼的化學(xué)成分(wt.%)
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.03-0.09%, Si:0.00-0.50%, Mn:0.50-1.50%, P:<0.02%, S:<0.01%, Cr:0.35-1.00%、Mo:0.15-0.20%, Nb:0.05-0.15%, V:0.00-0.10%, Ti:0.01-0.025%,B:0.0000-0.0030%,Al:0.01-0.06%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.05%、Si:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%, Nb:0.05%, V:0.03%, T1:0.015%, B:0.0002%, Al:0.033%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.06%、Si:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%, Nb:0.08%, V:0.04%, T1:0.015%, B:0.0004%, Al:0.016%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、T1:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的節(jié)鑰型多元復(fù)合微合金抗震耐火鋼的制造方法，將與所述抗震耐火鋼具有相同組分的鋼坯依次經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐或電爐工序冶煉，爐外精煉工序，鋼水澆注連鑄坯工序，加熱爐加熱工序以及中厚板軋機(jī)軋制工序；其特征在于: 所述加熱爐加熱工序:加熱溫度為1150-1280°C，時(shí)間為1-5小時(shí)，鋼內(nèi)部獲得細(xì)小均勻的原始奧氏體組織； 中厚板軋機(jī)軋制工序:采用兩階段 軋制工藝，粗軋軋制3-5道次，鋼內(nèi)部通過(guò)反復(fù)再結(jié)晶細(xì)化奧氏體；粗軋終軋溫度為1020-1150°C，精軋軋制5-10道次，精軋開(kāi)軋溫度880-980°C，終軋溫度為830-920°C，軋后獲得薄餅狀?yuàn)W氏體組織；軋后經(jīng)層流冷卻，冷速15-250C /s，使Nb的析出被抑制，終冷返紅溫度350-550°C，未析出的Nb在返紅過(guò)程中從鐵素體和貝氏體中單獨(dú)析出，或與V、Mo復(fù)合析出，形成納米第二相，并獲得細(xì)晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，隨后空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103882318SQ201410073270
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】鄧偉, 李昭東, 苑陽(yáng)陽(yáng), 崔強(qiáng), 孫新軍, 張正延, 吳年春, 雍岐龍 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司