一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及建筑结构用钢技术领域，尤其设及一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制 造方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内屈服强度460MPa级别W下的建筑结构用抗震钢板逐渐在大型建筑中推 广应用。随着现代大型建筑向高层、大跨度、高安全性及节约环保的趋势发展，需要开发更 高强度的建筑结构用抗震钢板，例如屈服强度为550MPa和690MPa级别的高强度抗震钢板。 建筑抗震设计规范GB50011-2010对所有强度级别抗震建筑结构用钢的其他力学性能还要 求:钢材的屈强比（屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值)不应大于0.85,伸长率不应 小于20%。屈服强度级别越高，W上性能同时达到的难度越高。目前屈服强度690MPa级抗震 建筑用钢板的制造方法均采用较为复杂的两次两相区热处理，生产工艺复杂，成本较高。此 夕h传统建筑结构用钢板的耐火性和耐蚀性未充分得到重视，特别是使用过程中的耐候性 欠佳，维护成本高，导致实际寿命周期不能满足建筑设计要求。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法，钢 板屈服强度达到550~690MPa级，同时满足抗震建筑用钢对屈强比、伸长率的要求，制造工 艺简单，同时具有较高的耐火和耐蚀性能。
[0004] 本发明的目的主要是通过W下技术方案实现的：
[0005] 本发明一种高强度抗震耐火耐蚀钢板，包括：C:0.02~0.06wt. %、Cr:3.0~ 6.Owt.%、Mo:0.15~0.60wt.%、Mn:0.10~1.OOwt.%、Si:<0.80wt.%、P:<0.015wt.%、S: <0.01wt.%、Nb:0.08~0.16wt.%、Ti:0.01~0.03wt.%、Al:0.01~0.05wt.%;Ni:< 1.00wt.%、V:<0.10wt.%，余为化和不可避免的杂质；
[0006] 其中，所述钢板中Cr、Mo、Mn、Nb、Ti、A1、Ni和V总量不超过7wt. % ;
[0007] 所述钢板的组织为低溫回火贝氏体和马氏体组织。
[000引本发明各元素的作用及配比依据进行如下说明：
[0009]碳:碳是关系强度、泽透性和稳定奥氏体的重要元素之一，具有强烈的固溶强化和 相变强化作用，也是形成纳米MC(M为合金元素)型第二相的必要元素;在合金含量能够保证 泽透性的前提下，碳含量越高，贝氏体或马氏体组织的初塑性越差，钢的焊接性越差，因此 碳含量不能太高，但C含量也不能过低，否则不能形成较多的纳米MC相。本发明采用超低碳 含量(0.02~0.06wt.%)设计，与较高化含量配合获得低溫回火贝氏体和马氏体组织，具有 意想不到的高强度高塑性低屈强比特点；超低碳含量设计可W使得复合微合金元素 Nb、V、 Mo等在热处理过程中绝大部分固溶于奥氏体中，但在钢板遇火升溫的过程中可W在铁素体 基中析出细小、不易粗化的纳米Μ讨目，可W抑制贝氏体和马氏体组织的回复与再结晶，还起 沉淀强化作用，起到较强的耐火作用。
[0010]铭：固溶Cr能够显著提高钢的泽透性、耐蚀性和耐火性;Cr也能进入到Μ讨肿，进 一步提高耐火性;特别是较高的Cr含量与超低碳配合，获得了高强度高塑性低屈强比低溫 回火贝氏体和马氏体组织。Cr含量低于3.Owt%，泽透性不足且耐蚀性不突出；Cr含量高于 6. Owt. %，一方面增加合金成本，另一方面泽透性过高，不能得到足够多的贝氏体组织，对 较低的屈强比和较高的塑性控制不利。本发明将化含量范围为3.0~6. Owt. %。
[00川钢：固溶Mo显著提高钢的泽透性、耐火性和耐蚀性，遇火升溫时Mo还与Nb、V、Ti形 成纳米Μ讨目，一方面增加 MC析出量，另一方面分布于Μ讨目粒子表面和降低MC与基体间的界 面从而抑制MC相粗化，因此进一步提高耐火性;Mo含量低于0.15wt. %时上述作用不显著； 钢含量超过0.60wt. %时，一方面成本较高，另一方面与高Cr含量一样会使泽透性过高。因 此，本发明钢钢含量控制在0.15-0.60wt. %范围内。
[0012] 儘:显著提高奥氏体的稳定性和钢的泽透性，也是钢中的脱氧元素之一;Μη含量高 于l.Owt. %对控制成分偏析不利和对适宜的泽透性控制不利。本发明钢的儘含量范围为 0.10~1.00wt.%。
[0013] 娃:钢中脱氧元素之一，但过量的Si将恶化钢的初性及焊接性能。本发明钢的娃含 量控制在0.80wt. % W下。
[0014] 妮：固溶师起抑制奥氏体粗化与再结晶、提高泽透性的作用，析出MCN(M为合金元 素）相抑制奥氏体粗化、再结晶和沉淀强化作用，因此固溶师和析出Nb都提高耐火性，低于 O.OSwt. %，不能保证高的耐火性，而高于0.16wt. %的Nb提高成本。本发明钢妮含量在 0.08-0.16wt. % W内。由于NbC的固溶度积与TiC相当，都较低，而VC的固溶度积较大，且Nb 的耐火性比Ti、V要高得多，因此本发明选择较高的Nb微合金化，而Ti和V作为提高耐火性的 微合金化辅助元素。
[0015] 饥:固溶V显著提高泽透性，析出Μ讨目具有沉淀强化作用，也提高耐火性;过高含量 的V，其沉淀强化效果提高不明显，且成本较高。本发明钢V含量控制在O.lOwt. % W内，
[0016] 铁:本发明主要微Ti处理细化加热奥氏体晶粒。Ti主要与N结合，从固态钢中沉淀 析出，形成纳米级尺寸的TiN粒子。在现代先进钢铁冶炼控制下，N含量一般不超过70ppm，因 此按照TiN的理想化学配比，Ti含量添加一般不超过0.03wt.%，过高的Ti反而容易形成粗 大的液析TiN，严重损害钢的初塑性;过低的Ti不能形成有效数量的固析TiN，因此本发明钢 Ti含量应控制在0.01-0.03wt. %范围内。
[0017] 儀:儀提高钢的泽透性，并具有耐大气和氯盐腐蚀性能；但其价格较高，因此控制 在 1.00wt.%W内。
[0018] 侣:侣是强脱氧元素，还可与N结合形成A1N，能够起到细化晶粒作用。
[0019] 憐和硫：钢中杂质元素，显著降低塑初性，其含量应分别控制在0.015wt. %和 O.Olwt. % W内。
[0020] 本发明一种高强度抗震耐火耐蚀钢板的制造方法，包括按照合金成分规则常规冶 炼钢水、钢水连铸成巧或铸造开巧，然后将铸巧进行社制和热处理步骤，其特征在于，社制 和热处理具体如下：
[0021 ] (1)社制:在加热炉中加热所述铸巧至1200~1280°C，保溫0.5~化，较高的加热溫 度可W使微合金元素完全固溶和采用高溫大压下W便获得均匀的再结晶晶粒;然后在社机 中将所述铸巧社制为钢板:先进行2~5道次粗社再进行3~10道次精社，然后冷却至室溫， 其中所述粗社初社溫度为1100-1200°C、终社溫度为1050-1100°C，所述粗社每道次压下量 大于25%，所述精社初社溫度为1020-1080°C、终社溫度为900~1000°C，所述精社每道次压 下量大于15%，粗社和精社过程中控制较高的溫度且不待溫W获得均匀细小的等轴奥氏体 晶粒；
[0022] (2)热处理:对社制后所述钢板泽火:泽火溫度为900~950°C，保溫时间为20min~ 化，W获得较小的奥氏体晶粒尺寸同时大部分微合金元素固溶，水冷至250°CW下后冷却至 室溫;对泽火后所述钢板回火：回火溫度为200~250°C，保溫时间为0.5~化，冷却至室溫， 回火的目的是为了消除相变应力。
[0023] 进一步地，步骤（1)中所述社机为中厚板社机，所述中厚板社机可W社制6mmW上 的中厚钢板，且社制后可进行多种冷却方式。
[0024] 进一步地，步骤（1)中所述冷却方式为层流冷却或空冷，其中层流冷却方式为:在 所述社机上对精社后所述钢板层流冷却至250°CW下，然后空冷至室溫，其中所述层流冷却 速度大于15°C/s。
[0025] 进一步地，厚度小于40mm的钢板，在步骤（1)中采用层流冷却方式时，可不经所述 步骤(2)热处理，同时所述层流冷却空冷时，将所述钢板进行堆煤空冷，堆煤空冷W消除相 变应力。
[00%] 进一步地，步骤（2)中所述水冷至250°CW下后冷却至室溫的冷却方式为空冷;所 述回火的冷却方式为空冷。
[0027] 本发明有益效果如下：
[0028] 本发明提供的一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法，采用低C、W化为主的合 金设计和Nb-Mo-Ti等复合微合金化，对常规冶炼和连铸得到的铸巧进行社制、泽火和回火， 对于厚度小于40mm的钢板可W在社机上通过层流冷却进行直接泽火，再结合堆煤空冷，就 可获得低溫回火贝氏体和马氏体组织，钢板屈服强度达到550~690MPa级，同时满足抗震建 筑用钢对屈强比、伸长率的要求；制造工艺简单，制造的钢板具有高屈服强度、低屈强比和 高延伸率的综合力学性能，同时具有抗震、耐火耐蚀的功能，焊接性能良好。
[0029] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0030] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图 中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0031] 图1为实施例1#钢板组织0M照片；
[0032] 图2为实施例1#钢板组织沈Μ照片；
[0033] 图3为实施例1#钢板组织中佩、Ti、Μο复合纳米碳化物析出相ΤΕΜ照片；
[0034] 图4为实施例1#钢板组织中Nb、Ti、Mo复合纳米碳化物析出相邸S能谱图（加峰来自 化网）。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并 与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
[0036] 本发明所述高强度指550M化级W上。
[0037] 实施例1
[0038] 本发明实施例通过真空感应炉，利用常规冶炼方法冶炼了四种高强度抗震耐火耐 蚀钢水，然后经过常规诱铸后锻造开巧形成220mm厚的钢板，分别标记为1#、2#、3#和4#，其 四种钢板的主要化学成分如表1所示，由表可W看出，四种钢板的成分均符合要求。
[0039] 然后将四种钢板按照W下