專利名稱：高性能耐火耐候建筑用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能耐火耐候建筑用鋼及其生產(chǎn)方法，屬低合金鋼制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在本發(fā)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(qū)韌性優(yōu)良的建筑用耐火鋼板的生產(chǎn)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，其不足之處在于對(duì)耐候性能沒有提出要求。另外，按照該專利的要求，僅能生產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提供一種高性能耐火耐候建筑用鋼及其生產(chǎn)方法，能克服已有技術(shù)之不足，本發(fā)明為建筑、土木及海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域提供的厚度為4～100mm的鋼板，制作的各種結(jié)構(gòu)件具有優(yōu)良的耐火、耐候性能，且在大線能量焊接時(shí)熱影響區(qū)仍具有優(yōu)良的韌性，本發(fā)明提出的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，鋼材成本較低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種高性能耐火耐候建筑用鋼，其特征在于鋼的化學(xué)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，余量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％。
本發(fā)明鋼的化學(xué)成分的限定理由如下C對(duì)本發(fā)明鋼的高溫強(qiáng)度來(lái)說是極為重要的元素，添加0.01％以上，才能有效提高高溫強(qiáng)度，但是C含量過多，在大線能量焊接熱影響區(qū)，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(duì)鋼進(jìn)行脫氧而添加的元素，Si含量多了會(huì)導(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，因而將其上限規(guī)定為0.55％。
Mn在確保鋼的強(qiáng)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(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以規(guī)定Mn的上限為1.60％。
P是對(duì)抗大氣腐蝕性能有利的元素，但其對(duì)鋼板的韌性和厚度方向性能影響極大，故在本發(fā)明鋼中P的上限規(guī)定為0.150％。
S和P一樣，對(duì)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(qiáng)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(huì)惡化焊接性和焊接熱影響區(qū)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(dá)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(huì)招致焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以將其含量范圍限定在0.005％～0.025％。
Al是為了脫氧而加入到鋼中的元素，但是在本發(fā)明中，則是一種有害的元素，鋼中的Al會(huì)與O結(jié)合，從而不能生成Ti的氧化物，所以，對(duì)本發(fā)明鋼來(lái)說，Al含量應(yīng)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(shù)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(huì)導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)韌性惡化，所以將其含量范圍限定在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(dāng)其含量超過0.006％時(shí)，就會(huì)降低鋼的潔凈度，惡化鋼的韌性，所以，其含量范圍應(yīng)限定在0.001％～0.006％。
Cr的含量在0.30％以上時(shí)，能有效提高耐大氣候腐蝕性能；當(dāng)其含量超過0.80％，就會(huì)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(qiáng)韌性的有利元素，不會(huì)對(duì)鋼的可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性造成不利影響，但少于0.10％，效果甚微；而高于1.00％則會(huì)大大提高鋼的成本，使鋼喪失原本具有的經(jīng)濟(jì)性，所以將其上限規(guī)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(qiáng)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(shí)就會(huì)發(fā)生龜裂，給生產(chǎn)帶來(lái)困難，所以將Cu含量限定在0.10％～0.80％范圍。
Ca有著控制硫化物(MnS)形態(tài)、提高夏比吸收能、改善低溫韌性的效果，可是Ca含量少于0.001％時(shí)，沒有實(shí)用效果；而如果超過0.006％，則會(huì)生成許多CaO、CaS，并形成大型夾雜物，不僅會(huì)影響到鋼的潔凈度，對(duì)鋼的韌性造成損害，甚至?xí)?duì)焊接性和耐層狀撕裂性帶來(lái)不利影響，所以，規(guī)定Ca的添加量范圍為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(zhǎng)大，強(qiáng)烈抑制γ-α相變，提高鋼材的強(qiáng)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(shí)易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奧氏體晶界，促使附近地區(qū)位錯(cuò)密度增高，作為氫在局部地區(qū)的陷阱，從而促使此處發(fā)生晶界開裂，因此，B含量上限控制在0.0015％。
本發(fā)明的為進(jìn)一步提高性能，還選擇性地添加Nb、V、RE等元素，在提高強(qiáng)度和韌性方面能得到更好的結(jié)果。
Nb能形成微細(xì)的碳氮化物，提高鋼的高溫強(qiáng)度，但含量超過0.03％時(shí)，則對(duì)大線能量焊接熱影響區(qū)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(qiáng)度的效果比Nb稍差，含量超過0.06％時(shí)，則對(duì)大線能量焊接熱影響區(qū)韌性有不利的影響。
本發(fā)明還提供了一種高性能耐火耐候建筑用鋼的生產(chǎn)方法，采用超純凈方法進(jìn)行冶煉，獲得鋼的化學(xué)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，余量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％，其特征在于在900℃以下控制軋制，累計(jì)壓下率≥48％，終軋溫度≤830℃，采用正火(890℃～950℃)+回火(630～700℃)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明鋼具有良好的耐火性能，即在600℃高溫下確保高屈服強(qiáng)度(600℃σs不低于室溫下σs的2/3)。
2.本發(fā)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(shí)間愈長(zhǎng)，愈能顯示其優(yōu)越性。
3.本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的大線能量(50～100kJ/cm)焊接性能，可大幅度提高鋼結(jié)構(gòu)的焊接效率。
4.本發(fā)明鋼還具有良好的綜合性能，該鋼同時(shí)具有高強(qiáng)度、高韌性、高Z向性能、優(yōu)良的耐火性能、耐候性能和焊接性能。
5.本發(fā)明的鋼以非調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鋼材成本較低，在各冶金企業(yè)均可實(shí)施。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1按照本發(fā)明鋼成分要求，在真空感應(yīng)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(jīng)900℃分別保溫45分鐘、70分鐘、100分鐘的熱處理后，測(cè)試了常溫的拉伸性能、0℃沖擊韌性、600℃的拉伸性能和30、60、100kJ/cm大線能量焊接后的0℃時(shí)HAZ的沖擊韌性，并與相應(yīng)比較鋼做了對(duì)比，見表1。
本發(fā)明鋼的常溫拉伸性能和比較鋼處于同一水平，但0℃時(shí)的沖擊韌性高于對(duì)比鋼，30、60、100kJ/cm大線能量焊接后0℃時(shí)HAZ的沖擊韌性更是明顯高于對(duì)比鋼，本發(fā)明鋼的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果也優(yōu)于比較鋼(試驗(yàn)時(shí)間為1080h，測(cè)定年腐蝕深度(mm/a))。
從表1可見，本發(fā)明鋼設(shè)計(jì)的化學(xué)成分合理，生產(chǎn)的鋼耐火、耐候且在大線能量焊接時(shí)熱影響區(qū)仍具有優(yōu)良韌性。本發(fā)明鋼以非調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鋼材成本較低，在各冶金企業(yè)均可實(shí)施，并可大大提高工程結(jié)構(gòu)的焊接效率，降低制造成本。
表1發(fā)明鋼與對(duì)比鋼的化學(xué)成分和HAZ沖擊韌性對(duì)比
本發(fā)明鋼最適合作為高層、超高層、大跨度、輕鋼輕板建筑、土木及海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的用鋼。
權(quán)利要求
1.一種高性能耐火耐候建筑用鋼，其特征在于鋼的化學(xué)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，余量為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筑用鋼的生產(chǎn)方法，采用超純凈方法進(jìn)行冶煉，獲得鋼的化學(xué)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，余量為Fe，且須滿足B-0.435×(N-Ti/3.4)≤0.0005％，其特征在于在900℃以下控制軋制，累計(jì)壓下率≥48％，終軋溫度≤830℃，采用正火(890℃～950℃)+回火(630～700℃)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能耐火耐候建筑用鋼及其生產(chǎn)方法,屬低合金鋼制造領(lǐng)域。本發(fā)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,余量為Fe。本發(fā)明的鋼經(jīng)冶煉、軋制和熱處理,使鋼具有高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)良的耐火、耐候性。本發(fā)明的鋼以非調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,鋼材成本低,在各冶金企業(yè)均可實(shí)施。本發(fā)明為建筑、土木及海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域提供的厚度為4～100mm的鋼制作的各種結(jié)構(gòu)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(qū)(HAZ)仍具有優(yōu)良的韌性,大大提高了工程結(jié)構(gòu)的焊接效率,降低制造成本。
文檔編號(hào)C21D8/02GK1354273SQ0113356
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期2001年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者陳曉, 郭愛民, 董漢雄, 鄒德輝, 劉繼雄 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司