屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法
【专利摘要】屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及wt%为：C：0.041~0.125%，Si：0.31～0.62%，Mn：1.81～2.40%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.041~0.065%，Ti：0.007~0.020%，Mo：0.41~0.63%，W：0.07~0.10%，Mg：0.0071~0.0098%，O：≤0.0012%；生产步骤：铁水脱硫；转炉冶炼；真空处理，添加Mg元素；常规连铸并对铸坯加热；分段轧制；终轧后进行冷却，待用。本发明优点：化学成分、工艺简单，钢板屈服强度在550~700MPa，抗震性能好即屈强比≤0.83，耐火性能优良即600℃屈服强度不低于室温下的2/3，耐腐蚀性能优于CortenB。此外，钢种也具有优良的冲击韧性及焊接性能。
【专利说明】屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑用钢及其生产方法，具体地属于一种屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002]高层钢结构建筑物快速发展，对用于制作柱、梁等结构件的钢板在强度、防火性能、耐候性能、抗震性能等方面均提出了新的要求，这是因为:使用高强度钢种可以完善结构用钢强度等级，避免因钢材厚度过大而在后续加工、焊接过程中产生质量问题，同时也可以减轻结构重量，降低建造成本，减少钢材浪费量，提高结构的可靠性；可减少因火灾、地震等因素对结构造成的损坏，延长人员疏散时间，减少生命财产损失，增加建筑物安全使用性能；可以减少或免除因涂装、维护引起的昂贵费用，减少钢材因腐蚀而对结构造成安全隐
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[0003]经检索，中国专利申请号CN201110080774.6文献公开了一种低成本高强高韧抗震耐火钢及其制备工艺。该钢种包含按重量百分比计的如下组分:c:0.05%~0.09%, Si:
0.10%"0.30%, Mn:0.60%"1.00%, Mo:0.20%"0.40%, Cr < 0.10%, Cu < 0.10%, Ni < 0.10%,Nb:0.02%"0.04%, V:0.01%~0.04%, Ti:0.01%~0.04%, Al:0.02%~0.04%, N ≤0.006%,P≤0.010%, S ( 0.006%,以及Fe及杂质。其制备工艺包括依次进行的保温处理、两阶段轧制和冷却工序。本发明钢种采用Mo+Nb合金体系，成分简单，贵合金元素含量少，合金成本低，且屈服强度高，抗震性能好，并具有良好冲击韧性，同时由于采用了先进的控制轧制和控制冷却技术，工艺成本也较低。该文献涉及钢种强度为460MPa级，P、S含量相对较高，对钢种后续焊接性能也有一定的影响，此外，该钢种也不具有良好的耐侯性能。
[0004]中国专利申请号CN200910196233.2文献，公开了一种耐候钢板，其按重量百分比计的组成为:c:0.06%~0.09%, Si: ^ 0.30%, Mn:1.10%"1.50%, P: ^ 0.015%, S:(0.003%, Als:0.035%~0.065%, Cu:0.25%"0.50%, N1:0.209Π).50%, Cr:0.40%~0.70%, Mo:
0.05%"0.15%,Ti:0.008%"0.018%,V:0.030%"0.060%,Nb:0.015%"0.030%,N ^ 0.0055%, Ca:
0.ΟΟ1%~Ο.004%,选择性添加B:0.00 04%~0.0010%,其余为铁和不可避免的夹杂。其制造方法包括:铁水深度脱硫一转炉冶炼一LF — RH —连铸一板坯下线精整一板坯定尺火切一加热一TMCP —钢板缓冷。这样得到的耐候钢板具有强韧性和强塑性匹配、低屈强比、耐大气腐蚀性、优良焊接性及抗疲劳性能，特别适宜于用做无涂装高层建筑结构、桥梁结构。该文献涉及钢种强度为490MPa级，钢中元素组成关系限定复杂，含有较多的Cu、Cr、Ni贵重元素，也不具有明显的耐火性能，且钢板轧制后需在300°C保温至少24小时，这无疑延长了生产时间，增加了工序成本，不利于大规模生产。此外，钢中P含量较高,含有马氏体组织,而马氏体为不稳定组织，其对钢板延伸、弯曲、冲击韧性均可造成不利影响。
[0005]上述专利文献共性的不足:钢种强度级别相对不高；钢板不同时具备耐火、耐候性能；钢中含有较多量的Cu、Cr、Ni贵重元素。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足，提供一种屈服强度不低于550MPa、同时具有优良的耐火、耐候及抗震性能的屈服强度为550MPa级耐候抗震建筑用钢及其生产方法。
[0007]实现上述目的的措施:
屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.041~0.125%, Si:0.31 ~0.62%, Mn:1.81 ~2.40%, P: ^ 0.008%, S: ^ 0.002%, Nb:0.041 ~0.065%, Ti:0.007~0.020%, Mo:0.41 ~0.63%，W:0.07~0.10%, Mg:0.0071 ~0.0098%, O:(0.0012 %，其余为Fe及不可避免的夹杂；性能:屈服强度:55(T700MPa，屈强比≤0.83，600°C屈服强度不低于室温下的2/3,耐腐蚀性能优于CortenB。
[0008]其特征在于:添加有Sn:0.09^0.12%或Zn:0.08^0.12%或两种以任意比例的混合物。
[0009]优选地S:≤ 0.001%。
[0010]生产屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢的方法，其步骤:
1)进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001% ；
2)进行转炉冶炼，并控制钢水中C:0.041~0.125%，P≤0.008% ；
3)在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg:0.0071~0.0098%,并控制O ≤ 0.0012% ；
4)常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在1200~1320°C；
5)进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080~1190°C，控制精轧开轧温度不高于9850C，控制精轧终轧温度在810~860°C，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于30% ；
6)终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在720~800°C，控制冷却速度在2.0~9.5°C /秒，控制返红温度≤5500C ;待用。
[0011]本发明中各元素的作用
C是提高钢材强度最有效的元素，碳含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证钢板获得良好的综合性能，本发明钢碳元素含量设计为0.041 ~0.125%。
[0012]Si能改善钢的耐腐蚀性能，常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中，以提高这些合金的耐蚀性，使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能。研究表明，在湿热大气环境中，Si能明显改善碳钢和低合金钢的耐大气腐蚀性能，另外，Si还能提高低合金钢在海水中飞溅带的耐蚀性。本发明钢的Si含量设计为 0.31~0.62%。
[0013]Mn是重要的强韧化元素，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，而冲击转变温度几乎不发生变化。含1%的Mn大约可提高抗拉强度lOOMPa，同时，Mn稍有提高钢的耐大气腐蚀性能的效果。本发明钢力学性能要求较高，综合钢的耐腐蚀性能，本发明钢将Mn含量设计为1.81~2.40%。
[0014]P、S是钢中的杂质元素。P具有一定的提高耐腐蚀性作用，但P是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害。S元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素。本发明钢，在冶金质量方面严格控制了硫、磷含量水平，即P≤0.008%, S ^ 0.002%，优选的S:≤0.001%,以满足钢种对纯净度、冲击韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能的要求。
[0015]T1、Nb是两种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢板轧后冷却的过程中析出碳氮化合物，提高钢板强度。同时，由于析出物熔解温度较高，能够提高钢板在600°C的强度，提高耐火性能。本发明将T1、Nb元素含量控制为T1:0.007~0.020%、Nb:0.041~0.065%。
[0016]Mo、W元素可以提高腐蚀的均匀性，抑制局部腐蚀。此外，Mo、W也是提高钢板高温强度最有效的元素。尤其是Mo元素，通常其含量越高，其高温强度越高，但Mo元素成本较高，过量可引起焊接性能下降，因此，本发明将Mo、W含量控制为:Μο:0.41-0.63%、W:0.07~0.10%ο
[0017]Mg是一个金属活泼性特别强、熔点和沸点都比较低的碱土金属。在钢中有着脱硫、脱氧、减少夹杂物分布及改变夹杂物形状的作用，经过Mg处理的铝脱氧钢在夹杂物总数和单位面积上夹杂物个数都远远小于经过Ca处理的铝脱氧钢中夹杂物总数和单位面积上夹杂物个数；用Mg处理铝脱氧钢在控制钢液总氧含量方面达到并略优于Ca处理铝脱氧钢，并且明显优于单独用铝脱氧的钢，所以本发明用镁处理生产超低氧的纯净钢。此外，Mg溶解可以提高PH值，能够抑制因铁溶解而引起的局部阳极上的水解反应造成的PH值降低，SP抑制腐蚀反应，提高耐蚀性。本发明钢Mg含量控制在0.0071-0.0098%范围，O含量控制为(0.0012%。
[0018]Sn元素可以提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀性能，并提高耐酸腐蚀性。此外，还具有海水飞沫环境下在PH值降低时提高耐腐蚀性的效果。本发明将其含量分别选择为Sn:0.09、.12%。
[0019]Zn可与盐分或硫反应，通过在钢表面形成保护膜从而将基体与环境中的水分隔断，从而达到抑制腐蚀的作用。本发明Zn含量选择为0.08、.12%。
[0020]本发明的钢具有如下优点:
I)钢板化学成分、工艺简单，钢板强度高(屈服强度:55(T700MPa)，抗震性能好(屈强比(0.83)，耐火性能优良(600°C屈服强度不低于室温下的2/3)，耐腐蚀性能优于CortenB。此外，钢种也具有优良的冲击韧性及焊接性能。
[0021]2)通过低S含量(S≤0.002)控制，利用Mg脱氧及控制钢中夹杂物数量、形态，达到抑制腐蚀反应提高耐蚀性的作用，并适量添加Sn、Zn等元素进一步提高钢种耐蚀性。本发明钢未添加Cu、Cr、Ni等常规提高耐蚀性贵重元素。
[0022]3)本发明钢可用于对钢板强度、耐火性能、耐侯性能、抗震性能均有一定要求的建筑结构及装置。可以改善或者减少因火灾、腐蚀、地震引起的人员及财产损失，降低维护成本，提高使用安全性。
【具体实施方式】
[0023]下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
[0024]本发明各实施例按照以下步骤生产:
1)进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001% ；
2)进行转炉冶炼，并控制钢水中C:0.041~0.125%，P≤0.008% ；
3)在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg:0.0071~0.0098%,并控制
O≤0.0012% ；
4)常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在1200~1320°C；
5)进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080~1190°C，控制精轧开轧温度不高于9850C，控制精轧终轧温度在810~860°C，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于30% ；
6)终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在720~800°C，控制冷却速度在2.0~9.5°C /秒，控制返红温度≤5500C ;待用。
[0025]表1本发明各实施例及对比例的化学组分及重量百分含量
【权利要求】
1.屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.041~0.125%, Si:0.31 ~0.62%, Mn:1.81 ~2.40%, P: ^ 0.008%, S: ^ 0.002%, Nb:0.041 ~0.065%, Ti:0.007~0.020%, Mo:0.41 ~0.63%,ff:0.07~0.10%, Mg:0.0071 ~0.0098%, O:(0.0012 %，其余为Fe及不可避免的夹杂；性能:屈服强度:55(T700MPa，屈强比≤0.83，600°C屈服强度不低于室温下的2/3,耐腐蚀性能优于CortenB。
2.如权利要求1所述的屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其特征在于:添加有Sn:0.09~0.12%或Zn:0.08~0.12%或两种以任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其特征在于:S:(0.001%。
4.生产权利要求1所述的服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢的方法，其步骤: 1)进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001% ； 2)进行转炉冶炼，并控制钢水中C:0.041~0.125%，P≤0.008% ； 3)在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg:0.007~0.0098%,并控制O ≤ 0.0012% ； 4)常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在1200~1320°C； 5)进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080~1190°C，控制精轧开轧温度不高于9850C，控制精轧终轧温度在810~860°C，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于30% ； 6)终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在720~800°C，控制冷却速度在2.0~9.5°C /秒，控制返红温度≤5500C ;待用。
【文档编号】B21B37/74GK103695772SQ201310665894
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】张开广, 童明伟, 梅荣利, 范巍, 黄海娥, 刘文斌 申请人:武汉钢铁(集团)公司