屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼，其組分及wt%為：C：0.041~0.125%，Si：0.31～0.62%，Mn：1.81～2.40%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.041~0.065%，Ti：0.007~0.020%，Mo：0.41~0.63%，W：0.07~0.10%，Mg：0.0071~0.0098%，O：≤0.0012%；生產(chǎn)步驟：鐵水脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；真空處理，添加Mg元素；常規(guī)連鑄并對鑄坯加熱；分段軋制；終軋后進(jìn)行冷卻，待用。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)成分、工藝簡單，鋼板屈服強(qiáng)度在550~700MPa，抗震性能好即屈強(qiáng)比≤0.83，耐火性能優(yōu)良即600℃屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3，耐腐蝕性能優(yōu)于CortenB。此外，鋼種也具有優(yōu)良的沖擊韌性及焊接性能。
【專利說明】屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑用鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候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，對用于制作柱、梁等結(jié)構(gòu)件的鋼板在強(qiáng)度、防火性能、耐候性能、抗震性能等方面均提出了新的要求，這是因?yàn)?使用高強(qiáng)度鋼種可以完善結(jié)構(gòu)用鋼強(qiáng)度等級，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；可減少因火災(zāi)、地震等因素對結(jié)構(gòu)造成的損壞，延長人員疏散時(shí)間，減少生命財(cái)產(chǎn)損失，增加建筑物安全使用性能；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結(jié)構(gòu)造成安全隱
患O
[0003]經(jīng)檢索，中國專利申請?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:0.20%"0.40%, Cr < 0.10%, Cu < 0.10%, Ni < 0.10%,Nb:0.02%"0.04%, V:0.01%~0.04%, Ti: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。本發(fā)明鋼種采用Mo+Nb合金體系，成分簡單，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)涉及鋼種強(qiáng)度為460MPa級，P、S含量相對較高，對鋼種后續(xù)焊接性能也有一定的影響，此外，該鋼種也不具有良好的耐侯性能。
[0004]中國專利申請?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:0.035%~0.065%, Cu:0.25%"0.50%, N1:0.209Π).50%, Cr:0.40%~0.70%, Mo:
0.05%"0.15%,Ti:0.008%"0.018%,V:0.030%"0.060%,Nb:0.015%"0.030%,N ^ 0.0055%, Ca:
0.ΟΟ1%~Ο.004%,選擇性添加B:0.00 04%~0.0010%,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，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)，這無疑延長了生產(chǎn)時(shí)間，增加了工序成本，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，鋼中P含量較高,含有馬氏體組織,而馬氏體為不穩(wěn)定組織，其對鋼板延伸、彎曲、沖擊韌性均可造成不利影響。
[0005]上述專利文獻(xiàn)共性的不足:鋼種強(qiáng)度級別相對不高；鋼板不同時(shí)具備耐火、耐候性能；鋼中含有較多量的Cu、Cr、Ni貴重元素。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種屈服強(qiáng)度不低于550MPa、同時(shí)具有優(yōu)良的耐火、耐候及抗震性能的屈服強(qiáng)度為550MPa級耐候抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.041~0.125%, Si:0.31 ~0.62%, Mn:1.81 ~2.40%, P: ^ 0.008%, S: ^ 0.002%, Nb:0.041 ~0.065%, Ti:0.007~0.020%, Mo:0.41 ~0.63%，W:0.07~0.10%, Mg:0.0071 ~0.0098%, O:(0.0012 %，其余為Fe及不可避免的夾雜；性能:屈服強(qiáng)度:55(T700MPa，屈強(qiáng)比≤0.83，600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3,耐腐蝕性能優(yōu)于CortenB。
[0008]其特征在于:添加有Sn:0.09^0.12%或Zn:0.08^0.12%或兩種以任意比例的混合物。
[0009]優(yōu)選地S:≤ 0.001%。
[0010]生產(chǎn)屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候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:0.041~0.125%，P≤0.008% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，添加Mg元素，使Mg:0.0071~0.0098%,并控制O ≤ 0.0012% ；
4)常規(guī)連鑄并對鑄坯加熱，控制加熱溫度在1200~1320°C；
5)進(jìn)行分段軋制，控制粗軋開軋溫度在1080~1190°C，控制精軋開軋溫度不高于9850C，控制精軋終軋溫度在810~860°C，控制前三道次每道次壓下量不低于5%，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ；
6)終軋后進(jìn)行冷卻，開始冷卻溫度控制在720~800°C，控制冷卻速度在2.0~9.5°C /秒，控制返紅溫度≤5500C ;待用。
[0011]本發(fā)明中各元素的作用
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，耐腐蝕能力也會下降，而且鋼材的焊接熱影響區(qū)還會出現(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0.041 ~0.125%。
[0012]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 0.31~0.62%。
[0013]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1.81~2.40%。
[0014]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，對低溫韌性極為有害。S元素在鋼中易于偏析和富集，是對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%,以滿足鋼種對純凈度、沖擊韌性、焊接性能以及耐腐蝕性能的要求。
[0015]T1、Nb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T1、Nb元素含量控制為T1:0.007~0.020%、Nb:0.041~0.065%。
[0016]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含量控制為:Μο:0.41-0.63%、W:0.07~0.10%ο
[0017]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達(dá)到并略優(yōu)于Ca處理鋁脫氧鋼，并且明顯優(yōu)于單獨(dú)用鋁脫氧的鋼，所以本發(fā)明用鎂處理生產(chǎn)超低氧的純凈鋼。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極上的水解反應(yīng)造成的PH值降低，SP抑制腐蝕反應(yīng)，提高耐蝕性。本發(fā)明鋼Mg含量控制在0.0071-0.0098%范圍，O含量控制為(0.0012%。
[0018]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:0.09、.12%。
[0019]Zn可與鹽分或硫反應(yīng)，通過在鋼表面形成保護(hù)膜從而將基體與環(huán)境中的水分隔斷，從而達(dá)到抑制腐蝕的作用。本發(fā)明Zn含量選擇為0.08、.12%。
[0020]本發(fā)明的鋼具有如下優(yōu)點(diǎn):
I)鋼板化學(xué)成分、工藝簡單，鋼板強(qiáng)度高(屈服強(qiáng)度:55(T700MPa)，抗震性能好(屈強(qiáng)比(0.83)，耐火性能優(yōu)良(600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3)，耐腐蝕性能優(yōu)于CortenB。此外，鋼種也具有優(yōu)良的沖擊韌性及焊接性能。
[0021]2)通過低S含量(S≤0.002)控制，利用Mg脫氧及控制鋼中夾雜物數(shù)量、形態(tài)，達(dá)到抑制腐蝕反應(yīng)提高耐蝕性的作用，并適量添加Sn、Zn等元素進(jìn)一步提高鋼種耐蝕性。本發(fā)明鋼未添加Cu、Cr、Ni等常規(guī)提高耐蝕性貴重元素。
[0022]3)本發(fā)明鋼可用于對鋼板強(qiáng)度、耐火性能、耐侯性能、抗震性能均有一定要求的建筑結(jié)構(gòu)及裝置?？梢愿纳苹蛘邷p少因火災(zāi)、腐蝕、地震引起的人員及財(cái)產(chǎn)損失，降低維護(hù)成本，提高使用安全性。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例性能檢測情況列表。
[0024]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(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:0.041~0.125%，P≤0.008% ；
3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，添加Mg元素，使Mg:0.0071~0.0098%,并控制
O≤0.0012% ；
4)常規(guī)連鑄并對鑄坯加熱，控制加熱溫度在1200~1320°C；
5)進(jìn)行分段軋制，控制粗軋開軋溫度在1080~1190°C，控制精軋開軋溫度不高于9850C，控制精軋終軋溫度在810~860°C，控制前三道次每道次壓下量不低于5%，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ；
6)終軋后進(jìn)行冷卻，開始冷卻溫度控制在720~800°C，控制冷卻速度在2.0~9.5°C /秒，控制返紅溫度≤5500C ;待用。
[0025]表1本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的化學(xué)組分及重量百分含量
【權(quán)利要求】
1.屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.041~0.125%, Si:0.31 ~0.62%, Mn:1.81 ~2.40%, P: ^ 0.008%, S: ^ 0.002%, Nb:0.041 ~0.065%, Ti:0.007~0.020%, Mo:0.41 ~0.63%,ff:0.07~0.10%, Mg:0.0071 ~0.0098%, O:(0.0012 %，其余為Fe及不可避免的夾雜；性能:屈服強(qiáng)度:55(T700MPa，屈強(qiáng)比≤0.83，600°C屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3,耐腐蝕性能優(yōu)于CortenB。
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼，其特征在于:添加有Sn:0.09~0.12%或Zn:0.08~0.12%或兩種以任意比例的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候抗震建筑用鋼，其特征在于:S:(0.001%。
4.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的服強(qiáng)度為550MPa級耐火耐候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:0.041~0.125%，P≤0.008% ； 3)在RH爐中進(jìn)行真空處理，添加Mg元素，使Mg:0.007~0.0098%,并控制O ≤ 0.0012% ； 4)常規(guī)連鑄并對鑄坯加熱，控制加熱溫度在1200~1320°C； 5)進(jìn)行分段軋制，控制粗軋開軋溫度在1080~1190°C，控制精軋開軋溫度不高于9850C，控制精軋終軋溫度在810~860°C，控制前三道次每道次壓下量不低于5%，最后三道次累計(jì)壓下率不低于30% ； 6)終軋后進(jìn)行冷卻，開始冷卻溫度控制在720~800°C，控制冷卻速度在2.0~9.5°C /秒，控制返紅溫度≤5500C ;待用。
【文檔編號】B21B37/74GK103695772SQ201310665894
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】張開廣, 童明偉, 梅榮利, 范巍, 黃海娥, 劉文斌 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司