專利名稱：耐火抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑用鋼，特別是涉及經(jīng)濟(jì)型耐火抗震建筑用鋼極其制造方法。
背景技術(shù)：
目前鋼結(jié)構(gòu)以其自重輕、基礎(chǔ)造價低，施工周期短、能解決大空間的復(fù)雜問題，整體性和抗震性較好以及資源的可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑及大跨度建筑中得到廣泛的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，也是未來建筑的發(fā)展方 向。然而，常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)存在致命弱點(diǎn)即耐火極限低一在火災(zāi)發(fā)生后的高溫環(huán)境下容易軟化且失去基本的承載能力，嚴(yán)重制約了鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展?，F(xiàn)有技術(shù)已有介紹耐火抗震建筑用鋼相關(guān)專利的，如CN1354273A公開了一種耐火抗震建筑用鋼及其生產(chǎn)方法。該鋼經(jīng)冶煉、軋制、冷卻后成材，不需要后續(xù)的熱處理工藝，就使鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的耐火和耐候性。但其化學(xué)成分中貴金屬合金元素Mo含量(O. 35-1% )、Cr 含量(O. 3-0. 8% )和 Ni (O. 1-1% )均較高，而且還附加 Cu、Nb、V、Ti、A1、B、RE等微量元素。貴金屬合金成分含量高，合金成分較復(fù)雜，都大大提高了鋼的合金化成本，從而限制了耐火抗震建筑用鋼的廣泛使用。CN1970818A也公開了一種耐火抗震建筑用鋼及其制造方法，其中鋼是以C、Si、Mn、Mo (O. 2-0. 5% ), Cr (O. 3-0. 6% )合金元素為主，附加 Cu、Nb、V、Ni、Ti、Al、B、RE 微量
元素。這些鋼中Mo和Cr等貴金屬合金元素含量可以較低，但生產(chǎn)過程過于復(fù)雜，在軋制成型后需采用淬火+回火熱處理工藝生產(chǎn)。因此，非常需要提供一種既能滿足耐火抗震建筑用鋼的性能要求，又能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型耐火建筑用鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐火抗震建筑用鋼。該類鋼板屈服強(qiáng)度覆蓋235MPa到460MPa級別，具有優(yōu)良的600°C高溫性能，表現(xiàn)出良好的耐火性能。鋼板的屈強(qiáng)比(O. 75%，碳當(dāng)量< O. 45%，鋼板具有很好的焊接性能和抗震性能。適用領(lǐng)域主要是鋼結(jié)構(gòu)建筑及其它要求耐火性能的鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分(按重量百分比)為C 0. 1-0. 18%, Si 0. 1-0. 50%, Mn :1_1· 80%, P 彡 O. 025%, S 彡 O. 015%, Cr ( O. 50%,Mo ( O. 30%,Al ( O. 04%,O. 007%,Ca^ O. 006%，以及 Nb ( O. 030%,O. 035%,Ti ^ O. 035%中的一種或兩種以上，且Nb+V+Ti ^ O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，屈服強(qiáng)度235MPa級別耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分(按重量百分比)為C 0. 1-0. 15%, Si 0. 1-0. 50 %, Mn :1-1. 40 %, P ^ O. 025 %, S 彡 O. 015 %，Cr ^ O. 50%,Mo ^ O. 20%,Al ^ O. 04%,O. 007%, Ca ( O. 006%，以及 Nb ( O. 050%,V彡O. 055%,Ti ( O. 035%中的一種或兩種以上，且Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，屈服強(qiáng)度345MPa級別耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分(按重量百分比)為C 0. 1-0. 16 %, Si 0. 1-0. 50 %, Mn :1-1. 60 %, P ^ O. 025 %, S^O. 015 %,Cr ^ O. 50%,Mo ^ O. 30%,Al ^ O. 04%,O. 007% ,Ca 彡 O. 006%，以及 Nb ( O. 050%,V^O. 055%, Ti ^ O. 035%中的一種或兩種以上，且 O. 015%^ Nb+V+Ti 彡 O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，屈服強(qiáng)度420MPa級別耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分為(按重量百分比):C O. 12-0. 18%, Si O. 1-0. 50%, Mn I. 1-1. 80%, P 彡 O. 025%, S 彡 O. 015%,N 彡 O. 007 %, Cr ^ O. 55 %,0. 10 % 彡 Mo 彡 O. 30 %, Al ^ O. 04 %, Ca ^ O. 006 %以及Nb彡O. 050 %，V彡O. 055 %，Ti彡O. 035 %中的一種或兩種以上，且O. 015 %(Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，C0. 10-0. 17%，優(yōu)選地，C 0. 10-0. 16%，優(yōu)選地，C 0. 10-0. 15%，更優(yōu)選地 C :0. 103-0. 15%。優(yōu)選地，Si0. 10-0. 45%，更優(yōu)選地，Si 0. 10-0.41%。優(yōu)選地，Mn:1. 01-1.6%，更優(yōu)選地，Mn :1. 03-1.6%。優(yōu)選地，P彡 O. 015%。優(yōu)選地，S彡O. 01%，更優(yōu)選地，S彡O. 005%。優(yōu)選地，Cr0. 15-0. 50%。優(yōu)選地，Mo0. 05-0. 26%。優(yōu)選地，Al:0· 01-0. 04%。優(yōu)選地，Nb0. 010-0. 04%，更優(yōu)選地，Nb 0. 010-0. 035%。優(yōu)選地，V0. 015-0. 05%，更優(yōu)選地，V 0. 015-0. 04%。優(yōu)選地，Ti0. 010-0. 03%，更優(yōu)選地，Ti 0. 010-0. 02%。優(yōu)選地，N0. 003-0. 007%。優(yōu)選地，Ca0. 0010% -O. 0040%。本發(fā)明的另一個目的是提供上述耐火建筑用鋼的制造方法，該方法包括鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄，鑄坯清理，鑄坯加熱，控軋和精整；其中，鋼錠加熱溫度1180±30°C，保溫時間3±0. 5h，開軋溫度彡1180°C，控軋末三道累計壓下率彡35%，終軋溫度為860-900°C，終軋后直接空冷至室溫，或以5-15°C /s冷速冷卻到室溫。優(yōu)選地，鋼錠加熱溫度1170_1190°C。本發(fā)明鋼具備優(yōu)異的耐火性，Rp0.2 (600 °C屈服強(qiáng)度)/Rpa2 (室溫屈服強(qiáng)度)彡2/3。具備低的屈強(qiáng)比(屈強(qiáng)比1^(|.2/抱彡0.75)，抗震性能好。由于本發(fā)明鋼碳當(dāng)量較低(Ceq ( O. 45)，因此焊接性能優(yōu)異。本發(fā)明鋼力學(xué)性能涵蓋Q235到Q460級別建筑結(jié)構(gòu)鋼。本發(fā)明鋼化學(xué)成分簡單，用Nb、Ti、V微合金化(Nb+V+Ti ( O. 055% )，有效降低鋼板的屈強(qiáng)比，使鋼板獲得良好的抗震性。同時，利用Nb、Ti、V的沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化，顯著降低貴金屬元素Mo的含量(Mo ( O. 3% )，提高鋼板的600°C屈服強(qiáng)度，使鋼板獲得優(yōu)良的耐火性能。此外，通過降低碳含量，提高鋼的純凈度，從而確保該鋼具有較好的低溫韌性。本發(fā)明鋼的生產(chǎn)方法容易控制，操作簡單，終軋后直接空冷至室溫，或以5-15°C /s冷速冷卻到室溫。鋼板軋后不需要后續(xù)熱處理，生產(chǎn)成本低，適合規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。為了得到經(jīng)濟(jì)型耐火抗震建筑用鋼，按照以下方式控制成分體系本發(fā)明中C含量控制在O. 10-0. 18%。碳是鋼中廉價的強(qiáng)化元素之一，為保證鋼材在軋后空冷工藝下仍然獲得需要的室溫強(qiáng)度，碳含量下限定為O. 10%。但是，碳含量過多時，將對鋼材的強(qiáng)韌性匹配以及焊接性等產(chǎn)生不利影響，因而碳含量的上限定為O. 18%。優(yōu)選地，C 0. 10-0. 15%，或 C :0· 10-0. 16%，更優(yōu)選地 ，C 0. 11-0. 15%。本發(fā)明中Si含量控制在O. 10-0. 50%。Si是煉鋼脫氧的必要元素之一，而且Si通過固溶強(qiáng)化方式可以提高鋼的強(qiáng)度，故限定Si的下限為O. 10%。但Si對焊接性和韌性等有不利影響，必須限制上限值為O. 50%。優(yōu)選地，Si :0. 10-0. 45%, Si :0. 12-0. 45%，更優(yōu)選地，Si :0. 15-0. 41%。本發(fā)明中Mn含量控制在1-1. 8%,Mn也是煉鋼脫氧的必要元素之一，而且Mn是確保強(qiáng)度不可缺少的。為保證鋼在空冷工藝下獲得合適的強(qiáng)度，其下限定為1.0%。但Mn含量過高對鋼的焊接性能有不利影響，并可能使中心偏析更嚴(yán)重，同時可能會引起鋼板在水冷工藝下強(qiáng)度偏高，其上限限定為I. 8%。優(yōu)選地，Mn :1. 0-1. 6%，優(yōu)選地，Mn :1. 01-1. 56，更優(yōu)選地，Mn :1.03-1. 55。本發(fā)明中P含量彡0.025%、S含量彡0.015%。S和P是鋼中的有害雜質(zhì)元素，含量過高會惡化鋼的韌性，因此應(yīng)盡量降低鋼中的硫、磷含量。優(yōu)選地，P <0.015%。優(yōu)選地，S彡O. 01%，更優(yōu)選地，S彡O. 005%。本發(fā)明中Cr含量控制在< O. 50%。Cr是提高淬透性的元素，能夠使鋼的強(qiáng)硬度增加。但Cr含量過高將影響鋼的韌性，并引起回火脆性，其上限為O. 50%。優(yōu)選地，Cr
O.15-0. 50%。本發(fā)明中Mo含量控制在彡O. 30%。Mo是提高鋼板高溫強(qiáng)度的最有效元素，Mo含量越高，其高溫強(qiáng)度越高。但是Mo成本較高，且引起鋼可焊性降低，因而M o含量最大控制在 O. 30%。優(yōu)選地，Mo 0. 05-0. 26%，更優(yōu)選地，Mo 0. 05-0. 20%。本發(fā)明中Nb含量控制為< O. 050%。Nb是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，通過在軋后冷卻過程中析出碳氮化合物，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用來提高鋼的強(qiáng)度。此外，Nb的析出物溶解溫度較高，能夠提高鋼板在600°C的強(qiáng)度，提高耐火性能。Nb含量過高對高溫性能影響不大，但可能影響鋼的韌塑性，故Nb的上限定為O. 050%。優(yōu)選地，Nb :0. 010-0. 04%,更優(yōu)選地，Nb :0. 010-0. 035%。本發(fā)明中Ti含量控制為< O. 035%。Ti是一種強(qiáng)碳氮化物形成元素，其碳氮化物具有較高的熔點(diǎn)，對加熱時奧氏體晶粒的長大有阻礙作用。而且在軋后冷卻過程中的析出將提高鋼的屈服強(qiáng)度，并對鋼板的高溫強(qiáng)度有利。Ti含量過高可能出現(xiàn)粗大的析出粒子，其上限定為 O. 035%。優(yōu)選地，Ti :0. 010-0. 03%，更優(yōu)選地，Ti :0. 010-0. 02%。本發(fā)明中V含量控制為< O. 055%。V是強(qiáng)碳氮化合物形成元素，強(qiáng)化作用與Nb相似，但效果相對較小。V含量較高時明顯惡化鋼的低溫韌性，尤其是焊接熱影響區(qū)的韌性，其上限控制為O. 055%。優(yōu)選地，V :0. 015-0. 05%，更優(yōu)選地，V :0. 015-0. 04%。本發(fā)明中Ca含量控制為彡O. 006%。Ca在鋼中的主要作用是改善鋼中硫化物的形態(tài)和分布，從而有利于改善鋼板的低溫沖擊性能。優(yōu)選地，Ca :0. 0010% -O. 0040%。
本發(fā)明中Al含量控制在彡O. 040%。Al含量越低越有利于提高鋼的高溫強(qiáng)度。Al是有效脫氧元素之一，而且可形成氮化物來細(xì)化晶粒。但是增加鋼中的Al含量將損害鋼的韌性，同時也會降低鋼的高溫強(qiáng)度，因此而且焊接熱影響取得韌性也變差。因此Al的上限限定為 0.040%。優(yōu)選地，Al 0. 01-0. 04% ο本發(fā)明中N含量控制在N < 0.007%。通常N是鋼中的有害元素，N含量較高，將明顯惡化鋼板的低溫韌性，因此N的上限定為O. 007%。鋼中少量的N能夠有助于析出細(xì)小的氮化物，有利于改善鋼板的耐火性能。優(yōu)選地，N :0. 003-0. 007%。通過將鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐冶煉一真空處理一連鑄一鑄坯清理一鑄坯加熱一控軋一精整，其中開軋溫度控制在1180°C以上，控軋末三道累計壓下率在35%以上，終軋溫度在 860-900°C，終軋后直接空冷至室溫，或以5-15°C /s冷速冷卻到室溫，得到本發(fā)明的上述經(jīng)濟(jì)型耐火抗震建筑用鋼板。實(shí)施例具體地，按照本發(fā)明鋼成分要求，在真空感應(yīng)電爐冶煉了七批本發(fā)明的鋼，將鋼錠加熱溫度1180±10°C，保溫時間3h，精軋開軋厚度為60mm最終厚度的三倍，終軋溫度為860-900°C，終軋后空冷至室溫，或以5-15°C /s冷速冷卻到室溫。實(shí)施例鋼板共軋制7道次，鋼板的最終厚度為20mm。本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)成分如表I所示。表I
II
σ C Si Mn Mo Cr Nb V Ti Al N P S Ca ______________
10.1340.251.150.150.15 00 00.030.0040.0110.0030.0020
20.1030.151.300.130.390.0120.0210.0100.010.0060.0130.0020.0025
30.1300.361.450.24Q.29 OO0.0200.02Q.0Q40.0110.0040.0010
40.1220.151.20.120.350.020O O0.0250.0040.0090.004 0.0045
50.150.351.100.26 O0.010O0.0200.010.0030.0120.0030.0030
60.1070.261.200.050.320.035O O0.030.0040.0090.0020.0020
70.1100.411.410.250.450.0260.015 O0.040.0050.0100.0020.0022
80.1550.251.350.150.450.020Q.Q2Q0,0100,040.0050.0090.0030.0024
90.1350.151.600.150.50Q.Q20O0.0200.040.0050.0080.0040.0028
100.1650.101.250.200.350.0200,0200.0100.040.0040.0100.0030,0018
110.1120.211.550.110.480.0140.035 O0.010.0070.0110.0030.0016
120.150.231.03 O0.380.035Q.015 O0.02 | 0.005 | 0.011 j 0.002 | 0.0038試驗例I :室溫拉伸性能按照GB/T228方法，測定實(shí)施例鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率，其結(jié)果如表2所
/Jn ο試驗例2 :沖擊性能按照GB/T229對實(shí)施例鋼進(jìn)行沖擊性能試驗，其結(jié)果如表2所示。
表2本發(fā)明實(shí)施例鋼的室溫拉伸性能

權(quán)利要求
1.一種耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為c :0. 1-0. 18%, Si O.1-0. 50 %, Mn :1-1. 80 %, P ^ O. 025 %, S ^ O. 015 %, Cr ^ O. 50 %, Mo ^ O. 30 %,Al ( O. 04%,O. 007%, Ca ( O. 006%，以及 Nb ( O. 030%,V ^ O. 035%,Ti ( O. 035%中的一種或兩種以上，且Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C :0. 1-0. 15%, Si O.1-0. 50 %, Mn :1-1. 40 %, P ^ O. 025 %, S ^ O. 015 %, Cr ^ O. 50 %, Mo ^ O. 20 %,Al ( O. 04%,O. 007%, Ca ( O. 006%，以及 Nb ( O. 050%,V ^ O. 055%,Ti ( O. 035%中的一種或兩種以上，且Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述鋼為屈服強(qiáng)度235MPa級別。
3.—種耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C :0. 1-0. 16%, Si O.1-0. 50 %, Mn :1-1. 60 %, P ^ O. 025 %, S ^ O. 015 %, Cr ^ O. 50 %, Mo ^ O. 30 %,Al ( O. 04%,O. 007%, Ca ( O. 006%，以及 Nb ( O. 050%,V ^ O. 055%,Ti ( O. 035%中的一種或兩種以上，且O. 015%彡Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述鋼為屈服強(qiáng)度345MPa級別。
4.一種耐火抗震用鋼，其化學(xué)特征為按重量百分比C :0. 12-0. 18%, Si :0. 1-0. 50%,Mn 1. 1-1. 80 %, P ^ O. 025 %, S ^ O. 015 %, Cr ^ O. 55 %,O. 10 % ^ Mo ^ O. 30 %,Al ( O. 04%,N ^ O. 007%,Ca ( O. 006% 以及 Nb ^ O. 050%, V ^ O. 055%,Ti ( O. 035%中的一種或兩種以上，且O. 015%彡Nb+V+Ti ( O. 055%，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述鋼為屈服強(qiáng)度420MPa級別。
5.如權(quán)利要求1-3任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，C:0. 10-0. 17%，優(yōu)選地，C 0. 10-0. 16%，優(yōu)選地，C 0. 10-0. 15%，更優(yōu)選地 C 0. 103-0. 15%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Si:0. 10-0. 45%，更優(yōu)選地，Si :0. 10-0. 41%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Mn:1. 01-1.6%，更優(yōu)選地，Mn :1. 03-1. 6%o
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，P< O. 015%。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，S^O.01%,更優(yōu)選地，S 彡 O. 005%。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Cr:0. 15-0. 50%。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Mo:0. 05-0. 26%。
12.如權(quán)利要求1-11任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Al:0. 01-0. 04%。
13.如權(quán)利要求1-12任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Nb:0. 010-0. 04%,更優(yōu)選地，Nb :0. 010-0. 035%。
14.如權(quán)利要求1-13任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，V:0. 015-0. 05%，更優(yōu)選地，V 0. 015-0. 04%。
15.如權(quán)利要求1-14任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Ti:0.010-0. 03%,更優(yōu)選地，Ti :0. 010-0. 02%。
16.如權(quán)利要求1-15任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，N:0. 003-0. 007%。
17.如權(quán)利要求1-16任一所述的耐火抗震建筑用鋼，其特征在于，Ca:O.0010% -O. 0040% O
18.如權(quán)利要求1-17任一所述的耐火建筑用鋼，其600°C屈服強(qiáng)度Rpa2與室溫屈服強(qiáng)度Rp0.2的比值≥2/3，屈強(qiáng)比Rp0.2/Rm≥O. 75。
19.如權(quán)利要求1-18任一所述的耐火建筑用鋼的制造方法，包括 加熱溫度1150-1210°C，保溫2. 5-3. 5h ;開軋溫度彡1180°C，控軋末三道累計壓下率≥35%，終軋溫度為860-900°C，終軋后直接空冷至室溫，或以5_15°C /s冷速冷卻到室溫。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該方法包括鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐冶煉，真空處理，連鑄和鑄坯清理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐火抗震建筑用鋼，其化學(xué)成分(按重量百分比)為C0.1-0.18％，Si0.1-0.50％，Mn1-1.80％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr≤0.50％，Mo≤0.30％，Al≤0.04％，N≤0.007％，Ca≤0.006％，以及Nb≤0.050％，V≤0.055％，Ti≤0.035％中的一種或兩種以上，且Nb+V+Ti≤0.055％，余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法包括加熱溫度1180℃，保溫3h，開軋溫度≥1180℃，控軋末三道累計壓下率≥35％，終軋溫度為860-900℃，終軋后直接空冷至室溫，或以5-15℃/s冷速冷卻到室溫。這樣得到的鋼具備優(yōu)異的耐火性，Rp0.2(600℃屈服強(qiáng)度)/Rp0.2(室溫屈服強(qiáng)度)≥2/3，具備低的屈強(qiáng)比(屈強(qiáng)比Rp0.2/Rm≤0.75)，抗震性能好。
文檔編號C21D8/02GK102952994SQ20111024761
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者溫東輝, 胡曉萍, 宋鳳明, 萬榮春, 孫峰, 張瀾庭, 崔慧然 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海交通大學(xué)