用作建材的冷軋鋼帶和熱浸鍍冷扎鋼帶及它們的製造方法

2023-11-30 08:12:21

專利名稱：：用作建材的冷軋鋼帶和熱浸鍍冷扎鋼帶及它們的製造方法
技術領域：
：本發明涉及可作建材使用的冷軋鋼帶和熱浸鍍鋼帶，同時還與這兩種鋼帶的製造方法有關。耐火塗層已經應用於有防火構造必要的建築物表面上，以便在失火時防止鋼材溫度升高。一種在高溫下有高強度的所謂「耐火鋼」如今被採用，建築物即使在鋼材被加熱到接近600℃的高溫時仍保持穩定。採用這種耐火鋼能少用或者不用耐火塗層。高溫強度通常以高溫下的屈服強度表示。迄今已被用作建築物主構件的這種耐火鋼材通常是熱軋薄鋼板中相對較厚的那種。雖然這種用途的鋼材也部分採用冷軋鋼帶製成的有或沒有熱浸鍍的薄鋼板。建築物結構中除了主構件外，輔構件、屋頂和牆壁也需要鋼材。這些構件常常採用冷軋薄鋼板和熱浸鍍冷軋薄鋼板。當這類鋼材由於其高溫強度的提高而改進耐火性能時，那末它們理所當然也能和主構件一樣有相同的好處。在此意義上，也需要冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶有極好的耐火性能。這樣的冷軋薄鋼板是將熱軋鋼帶經冷軋，退火，熱浸鍍等工序加工而成。這種薄鋼板有時以重載加工成實際用途所需的建築構件。因此，薄鋼板應當具有好的可成形性和適度的高溫強度。本發明旨在提出可用作耐火建築構件的鋼材。這種鋼材可做成高溫強度和可成形性極好的冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶。極好的高溫性能的獲得是靠對鋼帶合金成份的控制並給鋼帶產生塑性應變而進一步提高。最新提出的用作耐火建築構件的鋼帶的基本成份如下。0.01-0.25重量(wt.)％的碳，高達1.5wt.％的矽，0.05-2.5wt.％的錳，高達0.1wt.％的磷，高達0.02wt.％的硫，0.005-0.1wt.％的鋁，0.05-1.0wt.％的鉬，其餘基本上是鐵，還有一些不可避免的雜質。鋼帶中可以含0.005-0.2wt.％的一種或幾種鈦、鈮、釩和鎢等元素，和/或一種或幾種0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳、0.05-3.0wt.％的鉻和0.0003-0.003wt.％的硼等元素。用作耐火建築構件的冷軋鋼帶，其製造過程如下具有特定成份的扁坯在1000-1250℃下加熱，在800-950℃時熱軋，在400-700℃時捲曲，酸洗，以40-90％的壓縮比冷軋，然後在高於再結晶溫度低於950℃的溫度範圍內退火。可以應用箱式退火或者連續退火。用作耐火建築構件的熱浸鍍冷軋鋼帶的製作過程如下以同樣方法獲得的冷軋鋼帶在連續熱浸鍍裝置中以高於再結晶溫度低於950℃的溫度連續加熱，然後浸入熱浸鍍池內。任何一種冷軋鋼帶或熱浸鍍薄鋼板都可以分別在退火或熱浸鍍之後以在鋼帶中產生1-5％的塑性應變的輕微負載進一步冷軋。從工業觀點來看，以小負載冷軋，是最切合實際的，雖然用拉伸載荷或矯直也能使鋼帶中產生塑性應變。進一步冷軋有助於提高已有鋼帶的高溫性能。圖1中的曲線顯示經過退火後冷軋壓縮比與室溫及600℃下性能的關係。本發明人已經研究並測試了合金元素對耐火鋼構件所需高溫強度的影響，同時又不使可成形性變壞。設計用作耐火建築構件的熱軋鋼帶，其高溫性能可通過加入諸如鉬、鎢、鈦或鈮這樣的合金元素得到提高，這些合金元素溶於鋼基體中並作為金屬間化合物析出。另一方面，冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶在冷軋後以高於再結晶點的溫度退火以提高可成形性，因為冷軋過的鋼帶可成形性差。冷軋過後的退火能有效地提高高溫強度歸結於鉬的加入，鉬起的作用和在用於耐火建築構件的普通熱軋鋼帶中一樣，但是該用途所需的高溫強度常常達不到。本發明人認為，高溫強度不夠是由於冷軋後退火時意外的析出等原因引起的。就是說，冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶的金相情況與熱軋鋼帶不同，因為它是經過了冷軋和退火處理的。在這一意義上，簡單地將推薦給熱軋鋼帶的合金設計用到冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶上，只是冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶與熱軋鋼帶在厚度上不同，看來是不大可行的。考慮到冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶的金相滯後現象，本發明人已經發現，鉬的加入是迄今所推薦的合金設計中最有效的辦法，並利用鉬在特定成份中的溶解和析出獲得有利的合金設計以提高高溫性能。耐火性能和高溫性能還可以通過一起加入鈦、鈮、釩、鎢等碳化物形成元素而進一步提高。用作建築構件所需鋼帶的可成形性由退火或熱浸鍍階段的控制來保證。使冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶產生1-5％的塑性應變還可進一步提高高溫強度。這種小的塑性應變的產生使鋼帶在接近600℃的高溫下屈服強度提高，因而提供可用作耐火建築構件的鋼材，因為它的耐火性能極好，這樣的塑性應變是在冷態而不是在熱態加給鋼帶的。實際上這種塑性應變是以小壓縮比用冷軋方法加給鋼帶的。從以下說明可以明了所推薦的合成設計C0.01-0.25wt.％碳是給鋼帶來要求強度的合金元素。碳對強度的影響在含碳量達到0.01wt.％以上變得更大了，但是含碳量超過0.25wt.％使可成形性和可焊性變壞。Si最多可達1.5wt.％矽是一種對強度的提高有影響的合金元素，但是，含量超過1.5wt.％的矽的過量加入會使鋼變硬，延性變差。在作熱浸鍍的母板上矽含量超過0.3wt.％便會使無鍍層表面部分保留下來。在這一點上，含矽量應當控制得低些。無鍍層表面部分保留下來這類缺點可以通過在鋼帶上電鍍鐵或鐵基合金得到抑制，即便鋼帶含矽量超過0.3wt.％。在這一意義上，含矽量超過1.5wt.％的鋼帶也可用同樣方法處理。Mn0.05-2.5wt.％錳是作為脫氧劑在煉鋼階段加入到鋼中的，它還有效地抑制由於作為雜質的硫的加入而引起的高溫脆性。錳的影響在它的加入量達到0.05wt.％以上時變得明顯起來，但含量超過2.5wt.％的錳的過量加入會使延性變差。P高達0.1wt.％磷和銅相配合有利於提高強度和改進耐腐蝕性，但含量超過0.1wt.％的磷的過量加入會使鋼變脆。S不大於0.02wt.％硫是作為留下的不可避免的雜質的有害元素。含硫量越少，越有利於鋼的效果，推薦的鋼的許可量為含硫量不超過0.02wt.％。Al0.005-0.1wt.％鋁作為脫氧劑加入到鋼內，它有利於N以AIN的形式穩定存在於鋼中。這種效應的實現需要鋁的加入量達到0.005wt.％以上，但含量超過0.1wt.％的鋁的過量加入會使可成形性及外觀變差。Mo0.05-1.0wt.％添加劑鉬溶解在鋼基體中並以碳化物形式析出，從而提高其高溫強度。鉬的加入量達到或超過0.05wt.％時它的這種效應變得明顯起來，但在1.0wt.％時飽和。超過1.0wt.％反而使鋼硬化，延性變差。Ti、Nb、V、W各為0.005-0.2wt.％這些元素是附加的添加劑，它們以其碳化物形式析出而對室溫抗拉性能及高溫強度有利。這種效應在鈦、鈮、釩或鎢的加入量超過0.005wt.％才實現。但當含量達到0.2wt.％時這種效應便飽和了，超過0.2wt.％的鈦、鈮、釩或鎢會使鋼變硬、延性差。Cu0.05-0.6wt.％銅是附加的合金添加劑，它與磷一起有利於提高鋼的耐腐蝕性。當銅的加入量為0.05wt.％時這種效應明顯起來。但過多的加入銅，超過0.6wt.％時反而促使熱軋時發生高溫開裂。Ni0.05-0.6wt.％鎳是附加的添加劑，對耐腐蝕性有利並抑制高溫脆性。鎳的加入量達到或超過0.05wt.％時這種效應明顯起來。但是，鎳是一種昂貴的元素，會提高煉鋼成本，並且不管鎳含量增加多少，甚至加到0.6wt.％以上，很難預測對性能改善多少。Cr0.05-3.0wt.％鉻是附加的添加劑，對耐腐蝕和高溫強度的提高有利，這歸功於碳化物的析出。當鉻的加入量超過0.05wt.％時這種對性能的影響便明顯起來，但是，鉻的過量加入，超過3.0wt.％以上反而使鋼變硬，延性變差，而不會進一步改善耐腐蝕性和高溫強度。B0.0003-0.003wt.％硼是一種附加的添加劑，有利於增強晶界。硼的含量達到0.0003wt.％以上時其影響明顯起來，但達到0.003wt.％便飽和了。特定成份的鋼材用常規的連鑄工藝鑄成扁坯，然後熱軋到預定厚度。在熱軋階段，扁坯經保溫，熱軋，然後捲曲。當扁坯加熱到1000℃或以上時，保溫促使合金元素溶解在鋼基體中並使扁坯處於能夠進行熱軋的狀態，但均熱溫度過高，超過1250℃會引起扁坯的熱脆性。熱軋最好在800-950℃時終止，以確保合金元素在鋼基體中的過飽和溶解，而不會留下加工引起的鐵素體晶粒，如果終軋溫度低於800℃，則合金元素會在鋼基體中部分析出，使高溫強度變差。但終軋溫度高於950℃又會浪費熱能，加大加熱爐負擔。熱軋好的鋼帶在400-700℃時捲曲，控制捲曲溫度有利於捲曲過程保持合金元素在溶解狀態而不會生長金屬間化合物等。由於這種溶解，退火或連續加熱後接著冷軋所得的鋼帶，其高溫性能得到改進。此後，熱軋過的鋼帶在冷軋之前作酸洗。鋼帶於是在常規狀態下進行冷軋。冷軋最好以40-90％的壓縮比進行，以便在隨後的退火或連續熱浸鍍階段加速再結晶。壓縮比的控制也有利於抑制那些會對可成形性產生不利影響的粗晶粒的形成。在無熱浸鍍冷軋鋼帶製造時，冷軋完的鋼帶直接送去退火。在退火階段，鋼帶加熱到其再結晶溫度以上，以便釋放由冷軋引起的應變並加速再結晶的充分進行；不然熱處理後的鋼很硬，可成形性不夠。另一方面，溫度高於950℃時，雖然鋼帶能夠軟化，但是過熱造成了粗晶粒的生長，粗晶粒的生成會降低可成形性並使熱處理過的鋼帶外觀差。熱浸鍍鋼帶的製造時，經冷軋的鋼帶在連續熱浸鍍裝置中以高於其再結晶溫度且低於950℃的溫度內連續加熱。連續加熱在還原性氣氛中完成，以活化鋼帶表層並使鋼帶退火。連續加熱的溫度調製再結晶溫度以上，不然，冷軋造成的應變的解除和再結晶對鋼帶的軟化來說都是不夠的。低於加熱溫度還使鋼帶活化得不夠，在熱浸鍍後留下無塗覆表面。相反，溫度高於950℃時，過熱使晶粒變粗，或者出現表面缺陷之類。然後，連續加熱後的鋼帶浸沒在連續熱浸鍍裝置的熱浸鍍池中。熱浸鍍池可以是Zn,Al或Zn-Al。鍍上Zn,Al或Zn-Al鍍層的鋼帶就是用這種方法得到的。按上述方法做成的冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶還可以再作冷軋，使鋼帶產生1-5％的塑性應變。增加塑性應變有利於提高鋼帶的高溫強度。塑性應變對高溫強度的影響最近被本發明人發現。高溫強度隨塑性應變程度而增加，在上述的加小負載的冷軋階段中可用在壓縮比代表塑性應變。圖1示出冷軋壓縮比對室溫及600℃的機械性能的影響，其中鋼的成份是0.09wt.％的碳，0.05wt.％的矽，0.55wt.％的錳，0.012wt.％的磷，0.006wt.％的硫，0.035wt.％的鋁，0.31wt.％的鉬，0.07wt.％的釩，其餘是鐵和一些不可避免的雜質。鋼經熱軋、冷軋、在800℃下退火1分種，然後再次冷軋。從圖1注意到，600℃屈服強度隨冷軋壓縮比的提高而增強。這種機械性能的提高在壓縮比大於1％時便明顯看出。雖然壓縮比超過5％時可有高的600℃屈服強度，但室溫時的延伸率反而下降了。延伸率的降低意味著冷軋鋼帶或熱浸鍍鋼帶的可成形性變壞了。從這些結果可知，退火後冷軋的壓縮比最好控制在1-5％範圍內。實施例1表1所示的成份確定的各鋼種經熔煉並鑄成扁坯。扁坯經鍛造和熱軋成為4.0毫米厚的鋼帶。熱軋後的鋼帶經冷軋成1.0毫米厚再在表2所示的各種不同條件下退火。從按此方法製作的每種鋼帶上切下試樣，並在室溫和600℃下進行拉伸試驗。加上退火溫度的試驗結果示於表2。從表2注意到，特定成份的鋼帶經650-950℃退火後與相當的試樣作比較，室溫下具有足夠的延性和較高的600℃時屈服強度。因此看到，本發明範圍內的鋼帶可用作高溫性能極好的耐火建築構件。表1實施例1中所用的鋼種的合金成份表2退火溫度時冷軋鋼帶抗拉性能的影響實施例2表3所示的成份確定的扁坯都由連鑄工藝製備的。該扁坯在1150-1200℃下保溫並熱軋成2.3-3.0毫米的厚度，終軋溫度為850-870℃，再在550-580℃下捲曲。然後該熱軋鋼帶冷軋成0.8-1.2毫米的厚度。將一組冷軋過的鋼帶送到連續退火作業線上，其餘鋼帶送到熱浸鍍作業線上。在連續退火作業線中的每卷鋼帶在820℃下加熱40秒，然後冷卻到室溫，作或不作過時效處理。在連續熱浸鍍作業線中各鋼帶在800℃下連續退火35秒，冷卻到接近塗槽溫度的500℃，然後浸沒在熔融的Zn或Zn-5％Al池內。在每卷冷軋鋼帶或熱浸鍍鋼帶上切下的試樣進行室溫和600℃拉伸試驗，試驗結果如表4所示。從表4可見，每卷特定成份並在特定溫度下退過火的冷軋鋼帶或熱浸鍍鋼帶均可用作耐火建築構件，因為與相當的鋼帶比較，室溫下延性極好，600℃下的高溫強度也高。表3實施例2所用的鋼種的合金成份表4退火溫度對冷軋鋼帶及熱浸鍍冷軋鋼帶抗拉性能的影響注工藝1指未熱浸鍍的冷軋鋼帶退火處理。工藝2指用Zn層對冷軋鋼帶作熱浸鍍。工藝3指用Zn-5％Al層熱浸鍍前的連續加熱溫度。加熱溫度是在熱浸鍍前的退火溫度或連續加熱溫度。實施例3表5所示的成份確定的各鋼種經熔煉，鑄造，鍛造，然後熱軋到4.0毫米厚度的鋼帶。熱軋過的鋼帶再冷軋到1.0毫米厚，此冷軋鋼帶在800℃下加熱1分種，然後在大氣中冷卻作退火處理。將一組退過火的鋼帶以小負載作進一步冷軋使之產生塑性應變。從每卷鋼帶上切下試樣用作室溫及600℃的拉伸試驗。試驗結果示於表6。從表6注意到，成份特定的鋼帶在加上1-5％的塑性應變後可作耐火構件，因為與相當的鋼帶比較，它在室溫下有極好的延性和600℃時有高的屈服強度。表5實施例3所用的鋼種的合金成份表6冷軋壓縮比對室溫及600℃抗拉性能的影響>實施例4表7所示的成份確定的扁坯都用連鑄工藝製備。該扁坯在1180-1210℃下保溫，熱軋成2.3-3.0毫米厚的鋼帶，終軋溫度為840-870℃，然後在530-580℃下捲曲。熱軋好的鋼帶冷軋成0.6-1.0毫米厚。一組用這種方法製作的冷軋鋼帶送到連續退火作業線上，而其它組的鋼帶送到熱浸鍍作業線上。在退火作業線中，鋼帶在800℃下加熱40秒，然後冷卻到室溫，作或不作過時效處理。在熱浸鍍作業線中，每條鋼帶在800℃下連續加熱35秒，冷卻到接近鍍池溫度的500℃，然後浸沒到鍍池中。熔化的Zn或Zn-5％Al的熔池作鍍池。每條鋼帶在退火後或熱浸鍍後以小負載進行冷軋，從而產生塑性應變。從每條冷軋鋼帶和熱浸鍍鋼帶上切下試樣供室溫及600℃的拉伸試驗用，試驗結果示於表8。從表8注意到，成份特定的鋼帶在給予1-5％的塑性應變後可用作耐火構件，因為與相當的鋼帶比較室溫下延性好，600℃時屈服強度高。表7實施例4所用鋼種的合金成份表8冷軋壓縮比對冷軋鋼帶及熱浸鍍鋼帶在室溫和600℃時抗拉性能的影響注工藝1指未熱浸鍍冷軋鋼帶作退火處理。工藝2指以鋅層熱浸鍍冷軋鋼帶。工藝3指以Zn-5％Al層熱浸鍍冷軋鋼帶。壓縮比是退火後冷軋時的值。根據本發明所說的冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶具有極好的可成形性並且具備用作耐火建築構件所需的高溫性能。由於從煉鋼到退火或熱浸鍍不需要對製作過程作任何變化，所以從工業觀點來看，這種鋼帶製造方便，鋼帶在退火或熱浸鍍後再施加小負載進行冷軋以產生1-5％的塑性應變還可進一步提高其耐火性能。權利要求1．一種用作耐火建築構件的冷軋鋼帶，其成份為0.01-0.25wt.％的碳，高達1.5wt.％的矽，0.05-2.5wt.％的錳，高達0.1wt.％的磷，不超過0.02wt.％的硫，0.005-0.1wt.％的鋁，0.05-1.0wt.％的鉬，其餘主要是鐵，和一些不可避免的雜質。2．如權利要求1中規定的冷軋鋼帶還有含量各為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩和鎢中的一種或幾種元素。3．如權利要求1規定的冷軋鋼帶還含有0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％的鉻和0.0003-0.003wt.％的硼這幾種元素中的一種或幾種。4．如權利要求1規定的冷軋鋼帶還有含量多為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種；同時還有0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％的鉻和0.0003-0.003wt.％的硼這幾種元素中的一種或幾種。5．用作耐火建築構件的熱浸鍍冷軋鋼帶的成份是0.01-0.25wt.％的碳，高達1.5wt.％的矽，0.05-2.5wt.％的錳，高達0.1wt.％的磷，不大於0.02wt.％的硫，0.005-0.1wt.％的鋁，0.05-1.0wt.％的鉬，其餘基本上是鐵，還有一些不可避免的雜質。6．如權利要求5規定的熱浸鍍冷軋鋼帶還有含量多為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種。7．如權利要求5規定的熱浸鍍冷軋鋼帶還含0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％的鉻和0.0003-0.003wt.％的硼諸元素中的一種或幾種。8．如權利要求5規定的熱浸鍍冷軋鋼帶還有含量多為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種，並含0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％鉻和0.0003-0.003wt.％的硼諸元素中的一種或幾種。9．用作耐火建築構件的冷軋鋼帶，其製造方法包括以下幾步製備扁坯，其成份為0.01-0.25wt.％的碳，高達1.5wt.％的矽，0.05-2.5wt.％的錳，高達0.1wt.％的磷，不大於0.02wt.％的硫，0.005-0.1wt.％的鋁，0.05-1.0wt.％的鉬，還可以加入含量多為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種以及0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％鉻，0.0003-0.003wt.％的硼諸元素中的一種或幾種，其餘基本上是鐵和一些無法避免的雜質；在1000-1250℃溫度下加熱該扁坯；將加熱過的扁坯熱軋，終軋溫度為800-950℃；在400-700℃溫度下將熱軋好的鋼帶捲曲；對該熱軋鋼帶作酸洗；將酸洗過的鋼帶以40-90％的壓縮比冷軋；以高於再結晶溫度低於950℃的溫度將冷軋好的鋼帶退火；及將退過火的鋼帶附帶施加小負載進行冷軋使之間生1-5％的塑性應變。10．如權利要求9規定的方法，其中的冷軋鋼帶作箱內退火或作連續退火處理。11．用作耐火建築構件的熱浸鍍冷軋鋼帶，其製作方法包括以下幾步製備扁坯，其成份為0.01-0.25wt.％的碳，高達1.5wt.％的矽，0.05-2.5wt.％的錳，高達0.1wt.％的磷，不大於0.02wt.％的硫，0.005-0.1wt.％的鋁，0.05-1.0wt.％的鉬，還可附帶加入含量多為0.005-0.2wt.％的鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種和0.05-0.6wt.％的銅，0.05-0.6wt.％的鎳，0.05-3.0wt.％鉻，0.0003-0.003wt.％的硼諸元素中的一種或幾種，其餘基本上是鐵，還有一些無法避免的雜質；在1000-1250℃溫度下將扁坯加熱；將加熱過的扁坯熱軋，終軋溫度為800-950℃；在400-700℃溫度下將熱軋好的鋼帶捲曲；對該熱軋鋼帶酸洗；酸洗好的鋼帶以40-90％的壓縮比冷軋；在連續熱浸鍍裝置內以高於其再結晶溫度低於950℃的溫度連續加熱冷軋好的鋼帶；將連續加熱過的鋼帶浸沒到熱浸鍍池內；及以小負載附帶使熱浸鍍好的鋼帶冷軋，使該鋼帶產生1-5％的塑性應變。全文摘要用作耐火建築構件的冷軋鋼帶或熱浸鍍冷軋鋼帶,其成份含有碳、矽、錳、磷、硫、鋁、鉬,含有鈦、鈮、釩、鎢諸元素中的一種或幾種,和銅、鎳、鉻、硼諸元素中的一種或幾種,其餘基本上是鐵,還有一些雜質。冷軋鋼帶的製作是經過熱軋,酸洗,冷軋,然後在高於再結晶溫度低於950℃的溫度內退火。熱浸鍍冷軋鋼帶的製作和上述相同,但在高於再經晶溫度低於950℃的溫度內作連續加熱,然後浸入鍍槽內。退過火或熱浸鍍過的鋼帶用使之產生1—5%的塑性應變的小負載進一步冷軋。文檔編號C22CGK1230602SQ9810097公開日1999年10月6日申請日期1998年3月27日優先權日1998年3月27日發明者肥後裕一,浜中徵一,藤田徹申請人:日新制鋼株式會社