屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法

專利名稱：：屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及建筑用鋼，具體地指一種屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑事業(yè)的發(fā)展，提高鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能成為保證建筑安全的必要措施之一。在鋼結(jié)構(gòu)建筑耐震設(shè)計中，可以通過鋼結(jié)構(gòu)塑性變形來吸收地震產(chǎn)生的能量，這就要求建筑用鋼材有較低的屈服強度、較好的塑性變形能力和良好的伸長率。本發(fā)明之前，日本NIPPONSTEELCORP申請的專利(JP20060113479)"LOWYIELDPOINTSTEELFORDAMPERANDITSPRODUCTIONMETHOD",公開了一種用于制作抗震消能阻尼器低屈服點鋼，屈服強度為150250MPa，其化學(xué)成分的重量百分比為C:0.0010.050、Si《0.80、Mn:0.12.0、P《0.020、S《0.015、Nb:0.010.60且其含量是C含量的8倍、A1《0.060、N《0.006，另外根據(jù)需要還可以含有Ti/V/B/Ni/Cu/Cr/Mo/Ca/RE中的一種或多種。該專利鋼種有效的降低了鋼材的屈服強度，能較好適應(yīng)建筑抗震性能的需要，但是其化學(xué)成分較為復(fù)雜，合金元素含量高，生產(chǎn)合金化成本偏高。另外，日本KAWASAKISTEELCO.申請的專利(JP19820200048)"MANUFACTUREOFSTEELSHEETFORWORKINGBYCONTINUOUSCASTINGANDDIRECTHOTROLLING"，公開了一種具有低屈服強度、高延伸率等優(yōu)良性能的鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為C《0.015、S《0.030、0《0.08、RE/Ca/Ti/Mg中的一種或兩種以上(元素的重量百分合計含量為0.0020.040)，余量為鐵或其他不可避免的雜質(zhì)。文中具體給出了添加有Mg的鋼板，其化學(xué)成分為C:0.008%、Si:0.20%、Mn:0.31%、P:0.02%、S:0.03%、N:0.0017%、0:0.008%、A1:0.001%、RE:0.020%、Mg:0.010%、B:0.0024%，熱軋后屈服強度為140MPa，冷軋后屈服強度為190MPa。該發(fā)明的成分、工藝主要針對冷軋薄鋼板實施，因而不能滿足大型建筑結(jié)構(gòu)的需要，且其Mg元素也僅是以夾雜物變性的目的加入，鋼板雜質(zhì)含量偏高，其耐候性和焊接性能都不高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提供一種屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法。該鋼具有屈服強度低、延伸率高、抗沖擊性能優(yōu)良的特點，并且其生產(chǎn)工藝流程簡單、生產(chǎn)成本低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的屈服強度160MPa級抗震建筑鋼，其化學(xué)成分按重量百分數(shù)計為:C:0.0020.005、Si《0.03、Mn:0.100.50、P《0.010、S《0.005、Mg:0.0020.007、Ti:0.0200.070、Nb:0.0100.030、N:0.0010.003、Al《0.050，其余為Fe及不可避免的夾雜。本發(fā)明屈服強度160MPa級抗震建筑鋼的生產(chǎn)方法，按通常超純凈鋼工藝進行生產(chǎn)，包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、真空處理、連鑄、熱軋、冷卻處理的步驟，其特殊之處在于所述真空處理步驟中，添加Mg合金進行合金化處理，使鋼中組分滿足所述重量百3分比的要求；所述熱軋步驟中，鋼坯加熱溫度控制在1200123(TC，加熱速率控制在814min/cm，開軋溫度控制在11001200°C，控軋末三道累計壓下率3050%，終軋溫度控制在850890°C。進一步地，所述冷卻處理步驟之后還設(shè)有退火處理步驟，退火溫度控制在78083(TC，保溫時間控制在(3040)min+板厚(mm)Xlmin/mm，退火完畢后再重復(fù)冷卻處理的步驟。更進一步地，所述冷卻處理步驟中，采用加防護罩冷卻或堆垛冷卻的方式緩慢冷卻至室溫。以下就本發(fā)明屈服強度160MPa級抗震建筑鋼的化學(xué)成分及其生產(chǎn)方法進行分析說明C是鋼中提高強度的主要元素之一，對鋼的強度、延伸率和沖擊韌性影響較大。本發(fā)明的抗震建筑鋼屈服強度、抗拉強度低，且屈服強度范圍窄，其C的重量百分含量控制在0.0020.005范圍。Si和Mn在鋼中具有固溶強化作用，尤其當(dāng)C含量在較低范圍時，二者對強度的影響就較為明顯。對于低屈服點鋼來說需進一步控制Si、Mn元素含量，本發(fā)明的Si的重量百分含量控制在0.03以下，Mn的重量百分含量控制在0.100.50。P和S在本發(fā)明的鋼中屬于有害雜質(zhì)，為了減少P、S對超低碳鋼韌塑性的不良影響，需嚴格控制鋼中的P、S重量百分含量，所以本發(fā)明控制在P《0.010、S《0.005較低的比例，從而減小P、S對產(chǎn)品性能的不良影響。Mg與0、S元素有較高的親和力，本發(fā)明加入重量百分含量為0.0020.007的Mg元素，會明顯提高鋼板的脫氧和脫硫能力，達到良好的脫硫、脫氧以及控制夾雜物形態(tài)和分布的效果，提高鋼的純凈度，并降低了夾雜物對組織性能的影響。Ti和Nb是兩種強烈的碳化物和氮化物形成元素，本發(fā)明借鑒超低碳鋼IF鋼化學(xué)成分設(shè)計原理，在鋼中添加適量的Ti、Nb元素，使鋼中的C、N原子被固定成碳化物、氮化物，呈現(xiàn)無間隙原子狀態(tài)。研究表明，在IF鋼中加入的Ti>4C+3.43N時才可以使C、N原子被完全固定，從而有效減少C、N原子對位錯運動的釘扎作用。但在鋼中不宜添加過量的Ti元素，較多的Ti會使其碳氮化物顆粒粗化從而失去晶界釘扎作用。此外，一定量的Ti、Nb也能起到提高鋼種韌性的作用。本發(fā)明將Ti、Nb元素重量百分含量控制為Ti:0.0200.070、Nb:0.0100.030。Al能起到傳統(tǒng)的脫氧劑作用，本發(fā)明中的A1的含量控制在O.050以下的范圍對脫氧起到很好的作用。N是確保TiN所必需的元素，為了確保所需的最低數(shù)量的TiN，必須含有重量百分含量0.001%以上的N;但N含量過多時，鋼中固溶的N又會導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)韌性惡化。鋼中N含量對鋼的力學(xué)性能也有很大影B向，隨著N的下降，鋼的延伸率和斷面收縮率有明顯的提高，其與氮會使鋼產(chǎn)生時效效應(yīng)有關(guān)。此外，鋼中N和夾雜物同時存在是影響鋼力學(xué)性能的重要因素。本發(fā)明將N重量百分含量限定為0.0010.003。本發(fā)明屈服強度160MPa級抗震建筑鋼在化學(xué)成分上采用低C、Si、Mn等合金元素的超低碳系鋼設(shè)計，冶煉過程中通過添加Mg元素，利用其與0、S元素較高的親和力，達到良好的脫硫、脫氧以及控制夾雜物形態(tài)和分布的效果，提高了鋼的純凈度，降低了夾雜物對鋼種強度、韌性的影響。此外，采用Ti、Nb合金元素復(fù)合加入，利用其沉淀析出作用固定鋼中游離的C、N元素，提高了鋼板的韌性。本發(fā)明的生產(chǎn)方法采用鐵水脫硫技術(shù)，轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑挘婵仗幚砑斑B鑄工藝，按通常超純凈鋼工藝進行生產(chǎn)。依據(jù)Hall-Petch關(guān)系0y=oi+Kyd—1/2(式中oy為鐵素體屈服強度，Oi相當(dāng)于單晶的屈服強度，Ky是與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，d為鐵素體晶粒的平均直徑)可知，增大鐵素體晶粒尺寸能夠使屈服強度降低，而組織中晶粒尺寸的大小受化學(xué)成分、軋制工藝、熱處理加熱溫度和保溫時間等因素的影響。因此，本發(fā)明采用高溫快速軋制的工藝來促使鋼板晶粒增大，鋼坯加熱溫度控制在1200123(TC，加熱速率控制在814min/cm，鋼的開軋溫度控制在11001200°C，控軋末三道累計壓下率3050%，終軋溫度控制在85089(TC。最后采用加防護罩冷卻或者堆垛冷卻等方式緩慢冷卻至室溫，以促進晶粒進一步長大，所得鋼產(chǎn)品的屈服強度在140180MPa之間的極低范圍。如果此時鋼產(chǎn)品的屈服強度高于上述設(shè)計范圍要求的上限時，則可將鋼產(chǎn)品進一步采用退火熱處理，退火溫度控制為78083(TC，保溫時間控制為基本的3040min，再跟據(jù)鋼板厚度適當(dāng)延長(鋼板厚度每增加lmm，加熱時間延長lmin)，即保溫時間控制在(3040)min+板厚(mm)Xlmin/mm能較好地促進鐵素體晶粒增大，獲得足夠低的屈服強度，然后采用加防護罩冷卻或者堆垛冷卻等方式緩慢冷卻至室溫。本發(fā)明的抗震建筑鋼室溫下為單一的鐵素體組織，晶粒尺寸大，具有良好的沖擊韌性和冷熱加工性能以及優(yōu)良的焊接性能和減震性能，適用于各種鋼結(jié)構(gòu)建筑以及其它具備減震性能要求的低合金鋼結(jié)構(gòu)及裝置。同時，本發(fā)明的生產(chǎn)方法工藝簡單，合金化成本低，并且利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的鋼產(chǎn)品屈服強度范圍控制在40Mpa的較窄區(qū)域，較好地保障了生產(chǎn)的鋼產(chǎn)品具有穩(wěn)定的性能。具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法作進一步的詳細描述。表1列出了本發(fā)明實施例15的抗震建筑鋼化學(xué)成分重量百分含量(余量為Fe及不可避免在雜質(zhì))，以及市售普通建筑鋼的成分重量百分含量(余量為Fe及不可避免在雜質(zhì))。表1:成分CSiMnPsMgNbTiAl其他實施例10.0020.0090.100.0090.0020.0020.0300.020N:0.001實施例20.0030.0220.220.0100.0030.0040.0220.0500.030N:0.002實施例30.0050.0300.500.0090.0030.0070.0100.0700.050N:0.003<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對上述實施例15中的鋼材按通常超純凈鋼工藝進行生產(chǎn)，通過鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)状禑?、真空處理時添加Mg合金進行合金化、連鑄、熱軋、冷卻至室溫。在熱軋時，鋼坯加熱溫度控制在12001230°C，加熱速率控制在814min/cm，鋼的開軋溫度控制在1100120(TC，控軋末三道累計壓下率3050%，終軋溫度控制在850890°C;對實施例15鋼軋制鋼板的規(guī)格依次為18mm、20mm、35mm、30mm、20mm。最后，采用加防護罩冷卻或堆垛冷卻的方式緩慢冷卻至室溫。對其中屈服強度高于180MPa的鋼產(chǎn)品，再采用退火處理，退火溫度控制在780830。C，保溫時間控制在(3040)min+板厚(mm)Xlmin/mm，再重復(fù)采用加防護罩冷卻或堆垛冷卻的方式緩慢冷卻至室溫。對表1所述實施例15的抗震建筑鋼產(chǎn)品和對比鋼14進行屈服強度、沖擊韌性、延伸率等力學(xué)性能以及夾雜物級別采用國標(biāo)方法進行測試，測試結(jié)果見表2。表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>通過表2的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明抗震建筑鋼產(chǎn)品的屈服強度極低在140180MPa之間的極低范圍，其沖擊韌性比普通鋼更優(yōu)異，延伸率表現(xiàn)極好均超過45%，并且本發(fā)明抗震建筑鋼夾雜物主要為氧化物，夾雜物級別低，鋼質(zhì)純凈，晶粒度集中在4.5級左右，晶粒尺寸容易控制。試驗表明，本發(fā)明的鋼板具有良好的抗震性能、焊接性能及冷熱加工性能。本發(fā)明抗震建筑鋼可進行手弧焊、埋弧焊或氣體保護焊等方法的焊接，用于建造各種鋼結(jié)構(gòu)建筑、塔架以及其它具備減震性能要求的低合金鋼結(jié)構(gòu)及裝置，可在地震時首先屈服，有效地吸收地震波，有效降低地震或其他劇烈振動帶來的損壞作用，避免結(jié)構(gòu)主體的破壞。權(quán)利要求一種屈服強度160MPa級抗震建筑鋼，其化學(xué)成分按重量百分數(shù)計為C0.002～0.005、Si≤0.03、Mn0.10～0.50、P≤0.010、S≤0.005、Mg0.002～0.007、Ti0.020～0.070、Nb0.010～0.030、N0.001～0.003、Al≤0.050，其余為Fe及不可避免的夾雜。2.—種權(quán)利要求1所述屈服強度160MPa級抗震建筑鋼的生產(chǎn)方法，包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、真空處理、連鑄、熱軋、冷卻處理的步驟，其特征在于所述真空處理步驟中，添加Mg合金進行合金化處理，使鋼中組分滿足所述重量百分比的要求；所述熱軋步驟中，鋼坯加熱溫度控制在1200123(TC，加熱速率控制在814min/cm，開軋溫度控制在1100120(TC，控軋末三道累計壓下率3050%，終軋溫度控制在850890°C。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的屈服強度160MPa級抗震建筑鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于所述冷卻處理步驟之后還設(shè)有退火處理步驟，退火溫度控制在78083(TC，保溫時間控制在(3040)min+板厚(mm)Xlmin/mm，退火完畢后再重復(fù)冷卻處理的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的屈服強度160MPa級抗震建筑鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于所述冷卻處理步驟中，采用加防護罩冷卻或堆垛冷卻的方式緩慢冷卻至室溫。全文摘要本發(fā)明公開了一種屈服強度160MPa級抗震建筑鋼及其生產(chǎn)方法。該鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為C0.002～0.005、Si≤0.03、Mn0.10～0.50、P≤0.010、S≤0.005、Mg0.002～0.007、Ti0.020～0.070、Nb0.010～0.030、N0.001～0.003、Al≤0.050，其余為Fe及不可避免的夾雜。其生產(chǎn)方法包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐吹煉、真空處理、連鑄、熱軋、冷卻等步驟。在鋼產(chǎn)品屈服強度高于180MPa時，所述冷卻步驟之后還設(shè)有退火處理步驟。實驗證明，本發(fā)明的屈服強度160MPa級抗震建筑鋼具有屈服強度低、延伸率高及沖擊韌性優(yōu)良的特點，并且其生產(chǎn)方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低。文檔編號B21B37/74GK101775541SQ201010123669公開日2010年7月14日申請日期2010年3月9日優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日發(fā)明者習(xí)天輝,劉文斌,卜勇,張開廣,童明偉,芮曉龍,董中波,董漢雄,鄒德輝,郭斌,陳先猛,陳曉申請人:武漢鋼鐵(集團)公司