屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼，其組分及wt%：C：0.095~0.180%，Si：0.28～0.55%，Mn：1.40～1.60%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.014~0.045%，Ti：0.004~0.030%，V：0.034~0.044%，Mo：0.09~0.29，W：0.06~0.12%，Mg：0.0080~0.0100%，Sn：0.08~0.13%，O：≤0.0016%；工藝：鐵水脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；真空處理；鑄坯加熱；分段軋制；冷卻；待用。本發(fā)明使用性能在滿足GB/T19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的前提下，屈服強(qiáng)度不低于460MPa、屈強(qiáng)比≤0.80，耐火性能在600℃屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2·h，同時(shí)滿足耐火、耐腐蝕，抗震要求且性能優(yōu)良。
【專利說明】屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種屈服強(qiáng)度460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高層鋼結(jié)構(gòu)建筑物快速發(fā)展，對(duì)用于制作柱、梁等結(jié)構(gòu)件的鋼板在強(qiáng)度、防火性能、耐腐蝕性能、抗震性能等方面均提出了新的要求。
[0003]一方面，使用高強(qiáng)度鋼種可以完善結(jié)構(gòu)用鋼強(qiáng)度等級(jí)，避免因鋼材厚度過大而在后續(xù)加工、焊接過程中產(chǎn)生質(zhì)量問題，同時(shí)也可以減輕結(jié)構(gòu)重量，降低建造成本，減少鋼材浪費(fèi)量，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0004]另一方面，使用耐高溫防火性能優(yōu)良、抗震性能優(yōu)良(即低屈強(qiáng)比)鋼材，可減少因火災(zāi)、地震等因素對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損壞，延長(zhǎng)人員疏散時(shí)間，減少生命財(cái)產(chǎn)損失，增加建筑物安全使用性能。
[0005]再一方面，使用耐腐蝕性能優(yōu)良鋼材，可以減少或免除因涂裝、維護(hù)引起的昂貴費(fèi)用，減少鋼材因腐蝕而對(duì)結(jié)構(gòu)造成安全隱患。
[0006]在此前，經(jīng) 檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N201110080774.6文獻(xiàn)公開了一種低成本高強(qiáng)高韌抗震耐火鋼及其制備工藝。該鋼種包含按重量百分比計(jì)的如下組分:c:0.05%~0.09%,Si:0.10%~0.30%, Mn:0.60%"1.00%, Mo:0.209Π).40%, Cr < 0.10%, Cu < 0.10%, Ni < 0.10%,Nb:0.02%~0.04%, V:0.01%~0.04%, T1:0.01%~0.04%, Al:0.02%~0.04%, N ^ 0.006%,P ^ 0.010%, S ( 0.006%,以及Fe及雜質(zhì)。其制備工藝包括依次進(jìn)行的保溫處理、兩階段軋制和冷卻工序。發(fā)明鋼種采用Mo+Nb合金體系，成分簡(jiǎn)單，貴合金元素含量少,合金成本低，且屈服強(qiáng)度高，抗震性能好，并具有良好沖擊韌性，同時(shí)由于采用了先進(jìn)的控制軋制和控制冷卻技術(shù)，工藝成本也較低。該文獻(xiàn)涉及鋼種不具有良好的耐腐蝕性能，其Ti元素上限含量也超過我國(guó)現(xiàn)行建筑鋼專用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的Ti ( 0.03%。
[0007]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200910196233.2文獻(xiàn)公開了一種耐候鋼板，其按重量百分比計(jì)的組成為:c:0.06%~0.09%, Si: ^ 0.30%, Mn:1.10%"1.50%, P: ^ 0.015%, S:(0.003%, Als:0.0359Π).065%, Cu:0.25%"0.50%, N1:0.209 ).50%, Cr:0.40%~0.70%, Mo:
0.05%~0.15%, Ti:0.008%~0.018%, V:0.030%~0.060%, Nb:0.0159 ).030%, N ^ 0.0055%,Ca:0.001%~0.004%，選擇性添加B:0.00 049Π).0010%，其余為鐵和不可避免的夾雜。其制造方法包括:鐵水深度脫硫一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF — RH —連鑄一板坯下線精整一板坯定尺火切一加熱一TMCP —鋼板緩冷。這樣得到的耐候鋼板具有強(qiáng)韌性和強(qiáng)塑性匹配、低屈強(qiáng)比、耐大氣腐蝕性、優(yōu)良焊接性及抗疲勞性能，特別適宜于用做無(wú)涂裝高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)。該文獻(xiàn)涉及鋼種強(qiáng)度為490MPa級(jí)，鋼中元素組成關(guān)系限定復(fù)雜，含有較多的Cu、Cr、Ni貴重元素，也不具有明顯的耐火性能，且鋼板軋制后需在300°C保溫至少24小時(shí)，這無(wú)疑延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間，增加了工序成本，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。此外,該鋼種Cu元素上限含量超過GB/T19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的Cu ≤ 0.30%，而且鋼中P含量較高，含有馬氏體組織，由于馬氏體為不穩(wěn)定組織，其對(duì)鋼板延伸、彎曲、沖擊韌性均可造成不利影響。
[0008]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200810041727.9文獻(xiàn)公開了一種高強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比鋼，提供了一種高強(qiáng)度高韌性低屈強(qiáng)比鋼，其化學(xué)成分包含:c:0.05~0.12%、S1:0.15~0.50%、Mn:1.0 ~L 5%、P≤0.025%、S≤0.015%、Cu:0.20-0.50%、Ni ≤ 0.25%、Nb:0.015-0.050%、V:0.015 ~0.045%、Ti:0.010-0.050%、Cr ≤ 0.55%、Mo ≤ 0.30%、Al:
0.015-0.05%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明生產(chǎn)方法包括真空冶煉、鑄坯、加熱、軋制、水冷回火，其鋼板屈服強(qiáng)度≥ 460MPa，屈強(qiáng)比≤0.80，同時(shí)具有良好的低溫沖擊韌性和焊接性，適用于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑及其它要求低屈強(qiáng)比的大型鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。該文獻(xiàn)涉及鋼種化學(xué)成分中Cu含量較高，不符合GB/T 19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的Cu ≤ 0.30%,且不同時(shí)具有耐火耐腐蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于提供一種使用性能滿足GB/T 19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的前提下，屈服強(qiáng)度不低于460MPa、屈強(qiáng)比≤ 0.80,耐火性能在600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2.h的屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼及生產(chǎn)方法。
[0010]本申請(qǐng)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的的起影響或者關(guān)鍵作用的合金元素及工藝進(jìn)行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證滿足GB/T 19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》的前提下，還能實(shí)現(xiàn)屈服強(qiáng)度不低于460MPa、屈強(qiáng)比≤0.80，耐火性能在600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2 -h,因此提出了采用在成分方面主要是采用了 W、Mg及Sn元素:經(jīng)過Mg處理的鋁脫氧鋼在夾雜物總數(shù)和單位面積上夾雜物個(gè)數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于經(jīng)過Ca處理的鋁脫氧鋼中夾雜物總數(shù)和單位面積上夾雜物個(gè)數(shù)；用Mg處理鋁脫氧鋼在控制鋼液總氧含量方面優(yōu)于單獨(dú)用鋁脫氧的鋼。此外，Mg溶解可以提高PH值，能夠抑制因鐵溶解而引起的局部陽(yáng)極上的水解反應(yīng)造成的PH值降低，即抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性。W元素可以提高腐蝕的均勻性，抑制局部腐蝕。此外，W也是提高鋼板高溫強(qiáng)度最有效的元素，用于取代部分Mo的含量，降低成本；Sn元素能提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕性能，并提高耐酸腐蝕性，此外，還具有海水飛沫環(huán)境下在PH值降低時(shí)提高耐腐蝕性的效果。其次還采用了嚴(yán)格限定P及S，尤其是S元素，以提高鋼的潔凈度而提高鋼的耐腐蝕性能。成分的優(yōu)化，還需要匹配的工藝才行，因此，本申請(qǐng)經(jīng)研究，工藝方面主要采取了特殊的合金冶煉添加技術(shù)，結(jié)合真空處理時(shí)間分步驟完成Sn、Mg等元素的添加?？刂畦T坯加熱、軋制等各階段溫度，對(duì)軋制各階段溫度、壓下率進(jìn)行合理分配，保證鋼板獲得良好的綜合性能。
[0011]屈服強(qiáng)度為4600MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.095^0.180%, S1:0.28 ~0.55%, Mn:1.40 ~1.60%, P: ≤ 0.008%, S: ≤ 0.002%, Nb:
0.014^0.045%, Ti:0.004^0.030%, V:0.034^0.044%, Mo:0.09^0.29，W:0.06^0.12%, Mg:
0.0080^0.0100%, Sn:0.08~0.13%，O:≤0.0016 %，其余為Fe及不可避免的夾雜；性能:ReH≥460MPa，屈強(qiáng)比≤0.80，耐火性能:600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2.ho[0012]優(yōu)選地:S的重量百分比含量不超過0.001%。
[0013]生產(chǎn)屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼的方法，其步驟:
1)進(jìn)行鐵水脫硫，并控制鐵水中S≤0.001% ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，并控制鋼水中C:0.095~0.180%, P≤0.008% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理:真空處理總時(shí)間不低于16min;在真空處理進(jìn)行到6分鐘時(shí)一次性加入Sn，其加入量以使其滿足含量在0.08、.13% ;在真空處理結(jié)束前5分鐘時(shí)一次性加入Mg元素，其加入量以使?jié)M足Mg在0.0080、.0100% ;并控制真空爐鋼液中的O ≤ 0.0016% ；
4)常規(guī)連鑄并對(duì)鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1200~1350°C；
5)進(jìn)行分段軋制:控制粗軋開軋溫度在1080~1195°C，并控制此軋制階段前三道次每道次壓下率不低于6% ;控制精軋開軋溫度96(T100(rC，精軋終軋溫度在770~880°C，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ；
6)進(jìn)行冷卻，控制鋼板返紅溫度≤750°C ；
7)待用。
[0014]本發(fā)明主要化學(xué)成分限定理由如下:
C是提高鋼材強(qiáng)度最有效的元素，碳含量的增加鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨之提高，但延伸率和沖擊韌性下降，耐腐蝕能力也會(huì)下降，而且鋼材的焊接熱影響區(qū)還會(huì)出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接冷裂紋的產(chǎn)生。為保證鋼板獲得良好的綜合性能，本發(fā)明鋼碳元素含量設(shè)計(jì)為
0.095 ~0.180%O
[0015]Si能改善鋼的耐腐蝕性能，常被添加到不銹鋼、低合金鋼、耐蝕合金中，以提高這些合金的耐蝕性，使它們具有耐氯化物應(yīng)力腐蝕破裂、耐點(diǎn)蝕、耐熱濃硝酸腐蝕、抗氧化、耐海水腐蝕等性能。研究表明，在濕熱大氣環(huán)境中，Si能明顯改善碳鋼和低合金鋼的耐大氣腐蝕性能，另外，Si還能提高低合金鋼在海水中飛濺帶的耐蝕性。本發(fā)明鋼的Si含量設(shè)計(jì)為 0.28~0.55%。
[0016]Mn是重要的強(qiáng)韌化元素，隨著Mn含量的增加，鋼的強(qiáng)度明顯增加，而沖擊轉(zhuǎn)變溫度幾乎不發(fā)生變化。含1%的Mn大約可提高抗拉強(qiáng)度lOOMPa，同時(shí)，Mn稍有提高鋼的耐大氣腐蝕性能的效果。本發(fā)明鋼力學(xué)性能要求較高，綜合鋼的耐腐蝕性能，本發(fā)明鋼將Mn含量設(shè)計(jì)為1.40~1.60%。
[0017]P、S是鋼中的雜質(zhì)元素。P具有一定的提高耐腐蝕性作用，但P是一種易于偏析的元素，在鋼的局部產(chǎn)生嚴(yán)重偏析，降低塑性及韌性，對(duì)低溫韌性極為有害。S元素在鋼中易于偏析和富集，是對(duì)耐腐蝕性能用害的元素。本發(fā)明鋼，在冶金質(zhì)量方面嚴(yán)格控制了硫、磷含量水平，即P≤0.008%, S≤ 0.002%，優(yōu)選的S:≤0.001%,以滿足鋼種對(duì)純凈度、沖擊韌性、焊接性能以及耐腐蝕性能的要求。
[0018]Nb、Ti是兩種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，在鋼板軋后冷卻的過程中析出碳氮化合物，提高鋼板強(qiáng)度。同時(shí)，由于析出物熔解溫度較高，能夠提高鋼板在600°C的強(qiáng)度，提高耐火性能。本發(fā)明將Nb、Ti元素含量控制為Nb:0.014~0.045%、T1:0.004~0.030%。
[0019]V是一種相當(dāng)強(qiáng)烈的碳化物形成元素，它可以通過細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來提高鋼材的強(qiáng)度。此外在鋼中，當(dāng)V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%時(shí)，隨著V含量的增加，鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低。當(dāng)V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.1%時(shí)，V含量增加，韌脆轉(zhuǎn)變溫度反而升高。在含S1、Mn的鋼中，加入少量的V就可以明顯減輕這兩種元素對(duì)晶粒長(zhǎng)大和提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響。V與Nb復(fù)合添加時(shí)，既能提高鋼的強(qiáng)度又能改善鋼的韌性。本發(fā)明V元素含量
0.034、.044%。
[0020]Mo、W元素可以提高腐蝕的均勻性，抑制局部腐蝕。此外，Mo、W也是提高鋼板高溫強(qiáng)度最有效的元素。尤其是Mo元素，通常其含量越高，其高溫強(qiáng)度越高，但Mo元素成本較高，過量可引起焊接性能下降，因此，本發(fā)明將Mo、W含量分別控制為:Mo:0.09、.29%、W:
0.06~0.12%。
[0021]Mg是一個(gè)金屬活潑性特別強(qiáng)、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都比較低的堿土金屬。在鋼中有著脫硫、脫氧、減少夾雜物分布及改變夾雜物形狀的作用，經(jīng)過Mg處理的鋁脫氧鋼在夾雜物總數(shù)和單位面積上夾雜物個(gè)數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于經(jīng)過Ca處理的鋁脫氧鋼中夾雜物總數(shù)和單位面積上夾雜物個(gè)數(shù)；用Mg處理鋁脫氧鋼在控制鋼液總氧含量方面優(yōu)于單獨(dú)用鋁脫氧的鋼。此外，Mg溶解可以提高PH值，能夠抑制因鐵溶解而引起的局部陽(yáng)極上的水解反應(yīng)造成的PH值降低，即抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性。本發(fā)明鋼Mg含量控制在0.008、.0100%范圍，O含量控制為≤ 0.0016%。
[0022]Sn元素可以提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕性能，并提高耐酸腐蝕性。此外，還具有海水飛沫環(huán)境下在PH值降低時(shí)提高耐腐蝕性的效果。本發(fā)明將其含量分別選擇為Sn:0.08、.13%。
[0023]本發(fā)明的與現(xiàn)有技術(shù)相比，其使用性能在滿足GB/T 19879《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》要求的前提下，屈服強(qiáng)度不低于460MPa、屈強(qiáng)比≤0.80,耐火性能在600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2.h,同時(shí)滿足耐火、耐腐蝕，抗震要求且性能優(yōu)良。成本相對(duì)較低。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的化學(xué)組分及重量百分含量列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)取值列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的力學(xué)、耐火、耐腐蝕性能檢測(cè)結(jié)果列表。
[0025]本發(fā)明各實(shí)施例是根據(jù)以下工藝步驟進(jìn)行生產(chǎn):
1)進(jìn)行鐵水脫硫，并控制鐵水中S≤0.001% ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，并控制鋼水中C:0.095~0.180%, P≤0.008% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理:真空處理總時(shí)間不低于16min;在真空處理進(jìn)行到6分鐘時(shí)一次性加入Sn，其加入量以使其滿足含量在0.08、.13% ;在真空處理結(jié)束前5分鐘時(shí)一次性加入Mg元素，其加入量以使?jié)M足Mg在0.0080、.0100% ;并控制真空爐鋼液中的O ≤ 0.0016 % ；
4)常規(guī)連鑄并對(duì)鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1200~1350°C；
5)進(jìn)行分段軋制:控制粗軋開軋溫度在1080~1195°C，并控制此軋制階段前三道次每道次壓下率不低于6% ;控制精軋開軋溫度960-100(rC，精軋終軋溫度在770~880°C，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ；
6)進(jìn)行冷卻，控制鋼板返紅溫度≤750°C ；7)待用。
[0026]表1本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的化學(xué)組分及wt%
【權(quán)利要求】
1.屈服強(qiáng)度為4600MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.095~0.180%, S1:0.28 ~0.55%, Mn:1.40 ~1.60%, P: ≤ 0.008%, S: 0.002%, Nb:0.014~0.045%, Ti:0.004~0.030%, V:0.034~0.044%, Mo:0.09~0.29，W:0.06~0.12%, Mg:0.0080~0.0100%, Sn:0.08~0.13%，O:≤0.0016 %，其余為Fe及不可避免的夾雜；性能:R6H≥460MPa，屈強(qiáng)比≤0.80，耐火性能:600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性周浸腐蝕速率不超過0.45g/m2.ho
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼，其特征在于:S的重量百分比含量不超過0.001%。
3.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度為460MPa級(jí)耐火耐腐蝕抗震建筑用鋼的方法，其步驟: 1)進(jìn)行鐵水脫硫，并控制鐵水中S≤0.001% ； 2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，并控制鋼水中C:0.095~0.180%, P≤0.008% ； 3)在RH爐中進(jìn)行真空處理:真空處理總時(shí)間不低于16min;在真空處理進(jìn)行到6分鐘時(shí)一次性加入Sn，其加入量以使其滿足含量在0.08~0.13% ;在真空處理結(jié)束前5分鐘時(shí)一次性加入Mg元素，其加入量以使?jié)M足Mg在0.0080~0.0100% ;并控制真空爐鋼液中的O ≤ 0.0016% ； 4)常規(guī)連鑄并對(duì)鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1200~1350°C； 5)進(jìn)行分段軋制:控制粗軋開軋溫度在1080~1195°C，并控制此軋制階段前三道次每道次壓下率不低于6% ;控制精軋開軋溫度960~1000.C，精軋終軋溫度在770~880°C，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ； 6)進(jìn)行冷卻，控制鋼板返紅溫度≤750°C ； 7)待用。
【文檔編號(hào)】C22C38/14GK103866188SQ201410124997
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】張開廣, 童明偉, 陳顏堂, 范巍, 郭斌, 鄒德輝 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司