專(zhuān)利名稱(chēng)：低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低合金耐蝕中厚板制造領(lǐng)域，特別涉及一種低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼。
背景技術(shù)：
耐火鋼能夠增加建筑物抵抗火災(zāi)的能力，提高建筑物的安全性，因此耐火鋼在建筑行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。日本新日鐵率先公開(kāi)了采用Mo+Nb合金體系的屈服強(qiáng)度在2；35 44010^之間的耐火鋼，如0附0111162認(rèn)、開(kāi)2077523 ；CN1524976A和 CN101748336A 公開(kāi)了室溫屈服強(qiáng)度235 345ΜΙ^之間的耐火鋼，隨后CN101775552 (寶鋼)公開(kāi)了 460MPa 級(jí)別的耐火鋼，上述發(fā)明耐火鋼耐火性能優(yōu)異，但均不具備耐候性能。采用耐候鋼可使其使用壽命延長(zhǎng)，因此兼顧耐候性能和耐火性能的耐火耐候鋼也在建筑行業(yè)得到了廣泛關(guān)注，尤其是超高層建筑領(lǐng)域。新日鐵在其耐火鋼的基礎(chǔ)上通過(guò)額外添加一定量的Cu、Ni和Cr開(kāi)發(fā)了耐火耐候鋼，其牌號(hào)為NSF400W和NSFR490W ；但該鋼種高達(dá)0. 30%的貴重元素Ni給市場(chǎng)應(yīng)用帶來(lái)困難。CN101397627B(對(duì)比例1)公開(kāi)了一種屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)別的H型鋼或板帶材耐火耐候鋼，該鋼采用Mo、Nb和Cu的合金體系，三種成分的重量百分比分別為0. 30 0. 42%，0. 015 0. 035%和0. 20 0. 27%，該鋼在冶煉過(guò)程中需采用鈣處理，連鑄過(guò)程中中間包需采用低碳專(zhuān)用覆蓋劑，生產(chǎn)成本高且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，同時(shí)該鋼只具備室溫沖擊性能。CN1132958C(對(duì)比例2)公開(kāi)了一種焊接性能優(yōu)良的耐火耐候鋼，但其生產(chǎn)方法采用控制軋制+正火+回火，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，合金成本高，且只具備o°c沖擊性能。CN100455692C公開(kāi)了一種低溫韌性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)(屈服強(qiáng)度彡665MPa)耐候鋼，滿(mǎn)足-40°C沖擊韌性要求，但該鋼種不具備耐火性能。綜上，具備低溫韌性(滿(mǎn)足-40°C及以下溫度沖擊韌性要求)的耐火耐候鋼還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼， 該鋼種耐火耐候性能好、低溫韌性?xún)?yōu)良，解決了傳統(tǒng)耐火鋼或耐火耐候鋼由于低溫韌性差從而在高層建筑結(jié)構(gòu)中得不到廣泛應(yīng)用的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明提供的低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為 C 0.01 0.04、Si 0.15 0.25、Mn 1. 00 1. 50、Mo 0. 42 0. 50、Cr 0. 40 0. 60、 Cu 0. 10 0. 20、Nb 0. 02 0. 04、Ti 0. 01 0. 02、Al 彡 0. 03、N 彡 0. 006、P 彡 0. 01、 S彡0. 006，余量為！^及不可避免的雜質(zhì)。以下對(duì)本發(fā)明中所含組分的作用及用量選擇作具體說(shuō)明C: 一方面能夠增加鋼板的強(qiáng)度，但另一方面則會(huì)對(duì)鋼板的低溫韌性、耐候性能和焊接性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)C含量< 0. 04%時(shí)，對(duì)于鐵素體和珠光體類(lèi)組織的鋼種可顯著提高低溫韌性和耐腐蝕性能；但當(dāng)C含量< 0. 01%時(shí)，鋼板的強(qiáng)度下降較快，同時(shí)也給煉鋼過(guò)程帶來(lái)困難。因此本發(fā)明鋼板的C含量控制在0. 01 0. 04%。Si 在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼板的強(qiáng)度，但損害其低溫韌性及焊接性能。因此Si的含量控制在0. 15 0. 25%的范圍內(nèi)。Mn:提高鋼的淬透性，并起到固溶強(qiáng)化和細(xì)化鐵素體晶粒的作用。當(dāng)?shù)陀?.5% 時(shí)，無(wú)法充分發(fā)揮強(qiáng)度確保的作用。但Mn含量過(guò)高對(duì)鋼的焊接性能不利，并可能使惡化中心偏析。因此Mn含量選擇在1.00-1.50%。Mo 是提高鋼材高溫強(qiáng)度(固溶強(qiáng)化)的最有效元素，Mo含量越高，其高溫強(qiáng)度越高。但Mo成本高，目標(biāo)成分控制在0.45%左右，范圍控制在0.42 0.50%。Cr 是提高鋼材耐大氣腐蝕能力的最重要元素之一；但含量過(guò)高則會(huì)惡化鋼板焊接性能。因此其含量控制在0.40 0.60%。Cu 是提高鋼材耐大氣腐蝕能力的重要元素；在不添加M的情況下，含量過(guò)高則會(huì)影響鑄坯的質(zhì)量從而影響成材率。因此其含量控制在0. 10 0. 20%。Nb:是控軋控冷鋼中的重要元素，它的加入能夠阻止奧氏體變形后的再結(jié)晶，提高奧氏體再結(jié)晶溫度。與Mo復(fù)合加入，能夠顯著提高M(jìn)o鋼的高溫強(qiáng)度，但若過(guò)量地添加Nb， 則母材韌性和HAZ韌性降低。因此其含量控制在0. 02 0. 04%。Ti、Al主要作用是固氮和脫氧。11州在2.5 3.5之間為宜。Ti除了析出強(qiáng)化作用外還穩(wěn)定再次加熱的組織，但其含量過(guò)高會(huì)使鋼的韌性下降。Al可有效地脫氧，但含量過(guò)高會(huì)損害鋼的韌性。因此Al含量控制在0. 03%以下，N控制在0. 006%以下。P 作為雜質(zhì)元素會(huì)給母材的韌性和HAZ的韌性帶來(lái)不利的影響，所以其含量應(yīng)盡可能地少，其含量控制在不大于0. 01%。S:是形成MnS從而使延性降低的元素。為保證厚板的Z向性能，其含量控制在彡 0. 006%。本發(fā)明還提供了該低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼的制備工藝，該方法包括以下步驟(1)在冶煉、澆鑄工序中，按照上述化學(xué)成分重量百分比冶煉、澆鑄成板坯；(2)在加熱工序中，板坯加熱溫度控制在1150 1200°C之間，保溫時(shí)間2 2. 5 小時(shí)；(3)在軋制工序中，在再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，軋制總壓下率彡50%，單道次壓下率彡15% ；在非再結(jié)晶區(qū)，總壓下率彡60%，單道次壓下率彡15% ；(4)在冷卻工序中，軋后空冷至室溫。根據(jù)上述成分和方法制得的成品厚度為16 40mm，鋼板室溫屈服強(qiáng)度彡325MPa, 室溫抗拉強(qiáng)度彡520MPa，斷后延伸率彡27%，600°C高溫屈服強(qiáng)度彡2/3*室溫屈服強(qiáng)度，屈強(qiáng)比彡0. 80，-80°C夏比沖擊功彡114J。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明耐火耐候鋼具有的最突出特點(diǎn)1)合金成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 生產(chǎn)成本低；2)制造工藝簡(jiǎn)單，即控制軋制輔以空冷便可得到成品鋼板；3)該鋼板同時(shí)具備優(yōu)良的耐火和耐大氣腐蝕的性能，各項(xiàng)性能都優(yōu)于目標(biāo)性能，具體性能數(shù)值見(jiàn)實(shí)施例表 1 表3 ；4)低溫韌性?xún)?yōu)良，-80°C沖擊功彡114J，可應(yīng)用于沿?；驑O寒地區(qū)的建筑鋼結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明鋼實(shí)施例1的顯微組織圖具體實(shí)施方案下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1 按照本發(fā)明鋼的化學(xué)成分要求冶煉，獲得鋼的化學(xué)成分見(jiàn)如下 C 0. 03%, Si 0. 21%, Mn 1. 20%, Mo 0.42%、Cr 0. 51%, Cu 0. 16%, Nb 0. 03%, Ti 0. 016%, Al 0. 025%,N 0. 005%, P 0. 0079%, S 0. 004%，余量為 Fe 和不可避免的夾雜。將鋼水澆筑成鋼錠，(經(jīng)鍛造成厚度150mm鋼坯，)然后加熱到1150°C并保溫2 2. 5小時(shí)，然后出爐在1100°C進(jìn)行粗軋，壓下率0.6 ；粗軋結(jié)束后60mm厚軋板在輥道上待溫；精軋開(kāi)始溫度870°C，終軋溫度在875°C，軋成16mm厚；軋后空冷至室溫，制的目標(biāo)鋼板。軋板實(shí)物力學(xué)性能見(jiàn)表1，-80°C夏比沖擊功> 160J。耐候性能見(jiàn)表2，優(yōu)于常用耐候鋼 SPA-H。實(shí)施例2 按照上述實(shí)例同樣方法冶煉獲得鋼的化學(xué)成分如下C 0. 02%, Si 0. 25%, Mn 1. 30%, Mo 0. 45%, Cr 0. 48%, Cu 0. 14%, Nb 0. 02%, Ti 0. 015%, Al 0. 029%, N 0.0056、P 0. 0077%, S 0. 0017%，余量為 Fe 和不可避免的夾雜。將板坯加熱1200°C并保溫2 2. 5小時(shí)，在1060°C開(kāi)始第一階段軋制(鋼坯厚度160 — 75mm)；待溫后在860°C軋制，軋板厚度75 — 24mm ；軋后空冷至室溫，制得目標(biāo)鋼板。軋板實(shí)物力學(xué)性能見(jiàn)表1，-80°C夏比沖擊功> 145J。耐候性能見(jiàn)表2，優(yōu)于常用耐候鋼 SPA-H。表1實(shí)施例鋼板力學(xué)性能與現(xiàn)有技術(shù)鋼對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C 0.01 0.04、 Si 0. 15 0. 25,Mn 1. 00 1. 50,Mo 0. 42 0. 50,Cr 0. 40 0. 60,Cu 0. 10 0. 20,Nb 0. 02 0. 04,Ti 0. 01 0. 02,Al 彡 0. 03,N 彡 0. 006,P 彡 0. OUS 彡 0. 006，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其特征在于鋼板室溫屈服強(qiáng)度彡325MPa，室溫抗拉強(qiáng)度彡520MPa,斷后延伸率彡27%，600°C高溫屈服強(qiáng)度彡2/3*室溫屈服強(qiáng)度，屈強(qiáng)比彡0. 80，-80°C夏比沖擊功彡114J。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其特征在于鋼板成品厚度范圍為16 40mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其特征在于按如下方法制備的(1)在冶煉、澆鑄工序中，按照權(quán)利要求1所述的化學(xué)成分重量百分比冶煉、澆鑄成板坯；(2)在加熱工序中，板坯加熱溫度控制在1150 1200°C之間，保溫時(shí)間2 2.5小時(shí)；(3)在軋制工序中，在再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，軋制總壓下率彡50%，單道次壓下率彡15%； 在非再結(jié)晶區(qū)，總壓下率彡60%，單道次壓下率彡15% ；(4)在冷卻工序中，軋后空冷至室溫。
5.一種低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼的制備工藝，其特征在于(1)在冶煉、澆鑄工序中，按照權(quán)利要求1所述的化學(xué)成分重量百分比冶煉、澆鑄成板坯；(2)在加熱工序中，板坯加熱溫度控制在1150 1200°C之間，保溫時(shí)間2 2.5小時(shí)；(3)在軋制工序中，在再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，軋制總壓下率彡50%，單道次壓下率彡15%； 在非再結(jié)晶區(qū)，總壓下率彡60%，單道次壓下率彡15% ；(4)在冷卻工序中，軋后空冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫韌性?xún)?yōu)異的耐火耐候鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C 0.01～0.04、Si 0.15～0.25、Mn 1.00-1.50、Mo 0.42～0.50、Cr 0.40～0.60、Cu 0.10～0.20、Nb 0.02～0.04、Ti 0.01～0.02、Al≤0.03、N≤0.006、P≤0.01、S≤0.006，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；本鋼種經(jīng)冶煉和兩階段軋制，制得的本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的耐火、耐候性以及低溫韌性。本發(fā)明耐火耐候鋼熱軋態(tài)交貨，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于建筑、土木工程以及海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C38/28GK102560256SQ20121004869
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張宇, 李小寶, 潘鑫, 許紅梅, 郭慧英 申請(qǐng)人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司