高性能耐火耐候建築用鋼及其生產方法
2023-09-21 22:11:20 2
專利名稱：高性能耐火耐候建築用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能耐火耐候建築用鋼及其生產方法，屬低合金鋼製造領域。
背景技術：
在本發明前，有如1993年公開的特開平5-279735專利「大線能量焊接熱影響區韌性優良的建築用耐火鋼板的生產方法」，該專利所涉及的鋼能承受大線能量焊接，能滿足耐火的要求，其不足之處在於對耐候性能沒有提出要求。另外，按照該專利的要求，僅能生產出厚度在50mm以上的鋼板，而沒有涉及厚度為50mm以下的鋼板。
發明內容本發明的目的旨在提供一種高性能耐火耐候建築用鋼及其生產方法，能克服已有技術之不足，本發明為建築、土木及海洋結構等領域提供的厚度為4～100mm的鋼板，製作的各種結構件具有優良的耐火、耐候性能，且在大線能量焊接時熱影響區仍具有優良的韌性，本發明提出的生產方法簡單，鋼材成本較低。
為達到上述目的，本發明設計了一種高性能耐火耐候建築用鋼，其特徵在於鋼的化學成分(按重量％)為C 0.01～0.15、Si≤0.55、Mn 0.50～1.60、P≤0.150、S≤0.010、Mo 0.35～1.00、Ti 0.005～0.025、Al≤0.010、N 0.001～0.004、O 0.001～0.006、Cr 0.30～0.80、Ni 0.10～1.00、Cu0.10～0.80、Ca 0.001～0.006、B≤0.0015，此外還含Nb≤0.030、V≤0.060、RE≤0.020中的一種或一種以上，餘量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％。
本發明鋼的化學成分的限定理由如下C對本發明鋼的高溫強度來說是極為重要的元素，添加0.01％以上，才能有效提高高溫強度，但是C含量過多，在大線能量焊接熱影響區，就不能生成針狀鐵素體(AF)，所以，以0.15％作為C含量的上限。
Si是為了對鋼進行脫氧而添加的元素，Si含量多了會導致可焊性和焊接熱影響區韌性惡化，因而將其上限規定為0.55％。
Mn在確保鋼的強度和韌性方面是不可缺少的元素，其下限為0.50％；但是Mn含量過多，淬透性就將增大，從而導致可焊性和焊接熱影響區韌性惡化，所以規定Mn的上限為1.60％。
P是對抗大氣腐蝕性能有利的元素，但其對鋼板的韌性和厚度方向性能影響極大，故在本發明鋼中P的上限規定為0.150％。
S和P一樣，對鋼板的韌性和厚度方向性能影響極大，所以S的含量控制在0.03％以下。
Mo在鋼中形成彌散分布的碳氮化物，能有效提高高溫強度，確保耐火性能，其下限控制在0.35％是必須的；但Mo含量過高，就會惡化焊接性和焊接熱影響區韌性，所以必須將其上限限定在1.00％。
Ti在鋼中以氧化物形式存在，其含量必須達到0.005％以上，這樣可提高鋼材的抗大線能量焊接性能；其含量一旦超過0.025％，又會招致焊接熱影響區韌性惡化，所以將其含量範圍限定在0.005％～0.025％。
Al是為了脫氧而加入到鋼中的元素，但是在本發明中，則是一種有害的元素，鋼中的Al會與O結合，從而不能生成Ti的氧化物，所以，對本發明鋼來說，Al含量應控制在0.010％以下。
N是為確保TiN所必需的元素，為了確保所需要的最低數量的TiN，必須含有0.001％以上的N；但是N含量多了，鋼中的固溶N又會導致焊接熱影響區韌性惡化，所以將其含量範圍限定在0.001％～0.004％。
O是生成Ti的氧化物所必需的元素，所需要的最低含量是0.001％；當其含量超過0.006％時，就會降低鋼的潔淨度，惡化鋼的韌性，所以，其含量範圍應限定在0.001％～0.006％。
Cr的含量在0.30％以上時，能有效提高耐大氣候腐蝕性能；當其含量超過0.80％，就會惡化焊接性能，所以將Cr含量限定在0.30％～0.80％。
Ni是提高鋼的耐候性和強韌性的有利元素，不會對鋼的可焊性和焊接熱影響區韌性造成不利影響，但少於0.10％，效果甚微；而高於1.00％則會大大提高鋼的成本，使鋼喪失原本具有的經濟性，所以將其上限規定為1.00％。
Cu除了具有與Ni大體相同的作用外，Cu的析出物還有提高鋼的高溫強度和耐大氣腐蝕性能，在這種情況下，Cu含量在0.10％以上是必須的，但是，如果超過0.80％，熱軋時就會發生龜裂，給生產帶來困難，所以將Cu含量限定在0.10％～0.80％範圍。
Ca有著控制硫化物(MnS)形態、提高夏比吸收能、改善低溫韌性的效果，可是Ca含量少於0.001％時，沒有實用效果；而如果超過0.006％，則會生成許多CaO、CaS，並形成大型夾雜物，不僅會影響到鋼的潔淨度，對鋼的韌性造成損害，甚至會對焊接性和耐層狀撕裂性帶來不利影響，所以，規定Ca的添加量範圍為0.001％～0.006％。
B是表面活性元素，極易偏聚到晶界，有效地抑制先共析鐵素體的形核及長大，強烈抑制γ-α相變，提高鋼材的強度；B與N的交互作用，能明顯提高鋼材的低溫韌性。但B含量過高時易形成B的碳化物和氮化物，併集聚在原奧氏體晶界，促使附近地區位錯密度增高，作為氫在局部地區的陷阱，從而促使此處發生晶界開裂，因此，B含量上限控制在0.0015％。
本發明的為進一步提高性能，還選擇性地添加Nb、V、RE等元素，在提高強度和韌性方面能得到更好的結果。
Nb能形成微細的碳氮化物，提高鋼的高溫強度，但含量超過0.03％時，則對大線能量焊接熱影響區韌性有不利的影響。
V與Nb具有大體相同效果，其提高高溫屈服強度的效果比Nb稍差，含量超過0.06％時，則對大線能量焊接熱影響區韌性有不利的影響。
本發明還提供了一種高性能耐火耐候建築用鋼的生產方法，採用超純淨方法進行冶煉，獲得鋼的化學成分(按重量％)為C 0.01～0.15、Si≤0.55、Mn 0.50～1.60、P≤0.150、S≤0.010、Mo 0.35～1.00、Ti 0.005～0.025、Al≤0.010、N 0.001～0.004、O 0.001～0.006、Cr 0.30～0.80、Ni0.10～1.00、Cu 0.10～0.80、Ca 0.001～0.006、B≤0.0015，此外還含Nb≤0.030、V≤0.060、RE≤0.020中的一種或一種以上，餘量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％，其特徵在於在900℃以下控制軋制，累計壓下率≥48％，終軋溫度≤830℃，採用正火(890℃～950℃)+回火(630～700℃)。
本發明具有如下優點1.本發明鋼具有良好的耐火性能，即在600℃高溫下確保高屈服強度(600℃σs不低於室溫下σs的2/3)。
2.本發明鋼具有良好的耐候性能，在鋼中添加了Cu、P、Ni、Cr等抗大氣腐蝕性能的元素，確保其耐候性能為普通鋼材的2～8倍，鋼材使用時間愈長，愈能顯示其優越性。
3.本發明鋼具有優良的大線能量(50～100kJ/cm)焊接性能，可大幅度提高鋼結構的焊接效率。
4.本發明鋼還具有良好的綜合性能，該鋼同時具有高強度、高韌性、高Z向性能、優良的耐火性能、耐候性能和焊接性能。
5.本發明的鋼以非調質狀態交貨，生產工藝簡單，鋼材成本較低，在各冶金企業均可實施。
具體實施方式
實施例1按照本發明鋼成分要求，在真空感應電爐冶煉了三爐鋼，將鋼錠加熱到1220℃出爐軋制，軋制鋼板厚度分別為16mm、40mm、72mm，經900℃分別保溫45分鐘、70分鐘、100分鐘的熱處理後，測試了常溫的拉伸性能、0℃衝擊韌性、600℃的拉伸性能和30、60、100kJ/cm大線能量焊接後的0℃時HAZ的衝擊韌性，並與相應比較鋼做了對比，見表1。
本發明鋼的常溫拉伸性能和比較鋼處於同一水平，但0℃時的衝擊韌性高於對比鋼，30、60、100kJ/cm大線能量焊接後0℃時HAZ的衝擊韌性更是明顯高於對比鋼，本發明鋼的鹽霧試驗結果也優於比較鋼(試驗時間為1080h，測定年腐蝕深度(mm/a))。
從表1可見，本發明鋼設計的化學成分合理，生產的鋼耐火、耐候且在大線能量焊接時熱影響區仍具有優良韌性。本發明鋼以非調質狀態交貨，生產工藝簡單，鋼材成本較低，在各冶金企業均可實施，並可大大提高工程結構的焊接效率，降低製造成本。
表1發明鋼與對比鋼的化學成分和HAZ衝擊韌性對比
本發明鋼最適合作為高層、超高層、大跨度、輕鋼輕板建築、土木及海洋結構等領域的用鋼。
權利要求
1.一種高性能耐火耐候建築用鋼，其特徵在於鋼的化學成分(按重量％)為C 0.01～0.15、Si≤0.55、Mn 0.50～1.60、P≤0.150、S≤0.010、Mo 0.35～1.00、Ti 0.005～0.025、Al≤0.010、N 0.001～0.004、O 0.001～0.006、Cr0.30～0.80、Ni 0.10～1.00、Cu 0.10～0.80、Ca 0.001～0.006、B≤0.0015，此外還含Nb≤0.030、V≤0.060、RE≤0.020中的一種或一種以上，餘量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％。
2.一種高性能耐火耐候建築用鋼的生產方法，採用超純淨方法進行冶煉，獲得鋼的化學成分(按重量％)為C 0.01～0.15、Si≤0.55、Mn 0.50～1.60、P≤0.150、S≤0.010、Mo 0.35～1.00、Ti 0.005～0.025、Al≤0.010、N0.001～0.004、O 0.001～0.006、Cr 0.30～0.80、Ni 0.10～1.00、Cu 0.10～0.80、Ca 0.001～0.006、B≤0.0015，此外還含Nb≤0.030、V≤0.060、RE≤0.020中的一種或一種以上，餘量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％，其特徵在於在900℃以下控制軋制，累計壓下率≥48％，終軋溫度≤830℃，採用正火(890℃～950℃)+回火(630～700℃)。
全文摘要
本發明涉及一種高性能耐火耐候建築用鋼及其生產方法,屬低合金鋼製造領域。本發明鋼含有C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、Al、N、O、Cr、Ni、Cu、Ca、B,此外還含有Nb、V、RE中的一種或一種以上,餘量為Fe。本發明的鋼經冶煉、軋制和熱處理,使鋼具有高強度、高韌性和優良的耐火、耐候性。本發明的鋼以非調質狀態交貨,生產工藝簡單,鋼材成本低,在各冶金企業均可實施。本發明為建築、土木及海洋結構等領域提供的厚度為4～100mm的鋼製作的各種結構件,在氣電焊、電渣焊、高頻電阻焊等大線能量(50～100kJ/cm)焊接條件下其熱影響區(HAZ)仍具有優良的韌性,大大提高了工程結構的焊接效率,降低製造成本。
文檔編號C21D8/02GK1354273SQ0113356
公開日2002年6月19日 申請日期2001年10月17日 優先權日2001年10月17日
發明者陳曉, 郭愛民, 董漢雄, 鄒德輝, 劉繼雄 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司