CN101285153A - 一种耐火钢、耐火无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐火钢、耐火无缝钢管及其生产方法，属于冶金领域。本发明解决的技术问题为提供一种不需要后续热处理，工序简洁，流程短，成本低且不添加钒的耐火无缝钢管。本发明耐火钢的化学成分重量百分比为：C：0.08～0.20％，Si：0.20～0.45％，Mn：1.00～1.40％，Nb：0.02～0.05％，Mo：0.30～0.60％，Cr：0.50～1.10％，Al：0.015～0.060％，Ti：0.01～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了由上述耐火钢生产的耐火无缝钢管以及该钢管的生产方法。本发明耐火无缝钢管成本低、耐火性能好，可用于钢结构的大型建筑等，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐火钢、耐火无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐火钢、耐火无缝钢管及其生产方法，属于冶金领域。

背景技术

随着国内外钢结构的大型建筑、高层建筑不断涌现，人们越来越重视钢结构的防火安全性，特别是美国“9.11”事件发生后，对建筑用钢材的防火性能又提出了新的要求。

国内对于建筑用耐火无缝钢管的研发处于空白状态。国外耐火钢的研究及报道主要集中于日本。如：申请号为JP20020094834(CN1643167，WO03087414，TW235769B)的专利申请公开了一种耐高温(600～800℃)1小时左右的建筑结构用低碳合金高强度钢(钢板、钢管、型钢、线材)的制造方法，该钢以质量％计含有C：至少为0.005％且小于0.08％，Si：0.5％或以下，Mn：0.1～1.6％，P：0.02％或以下，S：0.01％或以下，Mo：0.1～1.5％，Nb：0.03～0.3％，Ti：0.025％或以下，B：0.0005～0.003％，Al：0.06％或以下，N：0.006％或以下，余量为Fe与不可避免的杂质，且由常温时的屈服应力对高温时的屈服应力进行无量纲化处理的应力降低率(高温屈服应力/常温屈服应力)p在钢材温度T(℃)为600～800℃的范围内，满足p≥0.0029×T+2.80。但该耐火钢中的C含量为0.005％～0.08％，用其通过热轧工艺制造建筑耐火用耐火无缝钢管，常温下屈服强度不能达到400MPa以上，如要制造高性能建筑耐火无缝钢管，则必须经过热处理，这样会使制造成本增加。

又如：JP10204529的专利公开了一种耐火钢，其钢坯化学成分为(％)：C：0.04-0.15，Si：≤0.50，Mn：0.5-1.7，Mo：0.1-1.0，Al：≤0.010，N：≤0.012，此外还包括一种或一种以上的V：0.01-0.10，Nb：0.01-0.04，Cr：0.1-0.5，余量为Fe与不可避免的杂质。其轧制工艺为：钢坯加热经热穿孔和轧制，变形量≥30％，终轧温度≥900度，然后空冷。在900～1000度之间正火，在500～700度之间回火。该合金钢的生产需要添加钒元素，而钒氮合金价格昂贵，且V钢对生产中的过程控制要求很严，对温度的变化很敏感，生产中一旦发生设备故障或人为失误，就会使钢管的韧性变差，影响钢管的屈强比。

因此，本领域目前迫切需求一种不需要后续热处理，工序简洁，流程短，成本低且不添加钒的耐火无缝钢管。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种耐火钢，该耐火钢不添加钒且用其生产耐火无缝钢管时不需要后续热处理。

本发明耐火钢，其化学成分重量配比为：C：0.08～0.20％，Si：0.20～0.45％，Mn：1.00～1.40％，Nb：0.02～0.05％，Mo：0.30～0.60％，Cr：0.50～1.10％，Al：0.015～0.060％，Ti：0.01～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的不可避免的杂质包括P和S，一般地，P和S的含量为：P：≤0.020％、S：≤0.020％

上述的不可避免的杂质包括Ni和Cu，适量的Ni和Cu可提高钢的耐候性，但Ni和Cu含量过大，则会降低耐火钢性能，Ni和Cu的含量优选为：Ni：≤0.30％，Cu：≤0.20％。

本发明耐火钢中的C和Mn是成分设计中最基本的元素。C是传统的最经济的强化元素，钢的强度几乎是随C％的增加呈直线增加，为改善钢的焊接性，碳含量一般控制在0.2以下。

本发明耐火钢中的Mo固溶于铁素体中，高温下Mo在铁素体中的扩散速度较慢，可显著提高钢的高温强度与蠕变强度。研究表明，固溶的Mo容易在晶界上偏聚，提高钢的高温强度；Mo还可以增加过冷奥氏体的稳定性，加Mo后钢中贝氏体体积分数增加，高位错密度的贝氏体组织使耐火钢获得了良好的高温性能。

本发明耐火钢中的Cr可以有效提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能。但Cr与Mo等共同加入时对钢的高温性能较为复杂。在耐火钢中添加Cr可提高钢的耐热性，但钢中添加这类贵金属元素，将大幅增加生产成本，因此，本发明耐火钢只添加少量Cr。

本发明耐火钢中的Nb在高温下析出针状铁素体组织，可显著提高钢的高温强度，复合添加Mo-Nb可产生更好的沉淀强化效果，比单独添加Nb的效果要好，不但提高钢材高温屈服强度，也可以满足抗地震(屈强比≤80％)性能的要求。Ti的作用与Nb相似。

本发明耐火钢中的Al可以提高钢的高温强度和持久强度。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种由上述耐火钢制备的耐火无缝钢管。

其中，上述耐火无缝钢管的铁素体含量为50～65％，珠光体含量为15～30％，粒状贝氏体含量为10～35％。

其中，上述耐火无缝钢管在20℃时，其屈服强度可达500MPa以上，屈强比＜80％。

其中，上述耐火无缝钢管在600℃下保温1.5～3小时后的屈服强度≥其在20℃时的屈服强度的2/3，即σs，_600℃≥(2/3)σs，_20℃。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述耐火无缝钢管的生产方法。

本发明耐火无缝钢管的生产方法为：钢锭(坯)加热，出钢温度为1240～1260℃，管坯均匀加热；穿孔机顶前压下量5％，终轧温度为950～1080℃，其余过程与常规耐火无缝钢管生产方法相同。

上述耐火无缝钢管的生产方法，出钢温度控制在1240～1260℃的目的是为了发挥Nb，Mo等合金元素的固溶强化效果，在坯料加热期间使之充分溶解，又不使奥氏体晶粒过分粗化导致钢管韧性降低；终轧温度控制在950～1080℃的目的是为了得到对高温强度有利的贝氏体组织，使钢的组织粗化、贝氏体体积分数增加，从而提高钢管的高温强度。

本发明耐火无缝钢管，具有如下优点：①成本低，不含钒，工艺简洁，适合大规模生产，性能稳定；②生产时，不需要后续热处理，节能减排，降低了生产成本；③耐火性好：600℃下保温1～3小时，σs，_600℃≥(2/3)σs，_20℃④抗震性好：室温下屈强比＜80％⑤焊接性良好；⑤室温力学性能及其他质量指标达到普通用低合金高强度钢标准。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述。

实施例1本发明耐火无缝钢管及其性能测定结果

1、耐火无缝钢管用钢化学成分，如表1所示。

表1耐火钢化学成分(％)

2、轧制

在340连轧机组轧制，钢锭(坯)按1240～1260℃加热，管坯加热均匀。

穿孔机顶前压下量5％，定径前不开高压水，终轧温度为950～1080℃。

生产过程中随时检查变形工具质量状况，加强工具润滑，确保钢管表面无划伤、裂纹、裂缝、轧折、结疤等缺陷。

3、钢管铁素体、珠光体、粒状贝氏体含量测定，结果如表所示。

表2铁素体、珠光体、粒状贝氏体含量测定结果

4、钢管室温性能测定，结果如表3所示。

表3钢管室温性能测定结果

从表3可以看出，本发明耐火无缝钢管在室温下的屈服强度可达到545MPa以上；屈强比均小于70％，满足室温屈强比YR(σ_s/σ_b)≤80％的要求。

5、600℃下钢管性能测定

用LJ5000高拉试验机进行高温拉力试验，在600℃下保温1.5h钢管性能如表4所示。

表4600℃下钢管性能测定结果

从表4可以看出，本发明耐火无缝钢管在600℃下保温1.5小时，σs，_600℃≥(2/3)σs，_{20 ℃}。

Claims (8)

1.一种耐火钢，其特征在于：其化学成份重量百分比为：C：0.08～0.20％，Si：0.20～0.45％，Mn：1.00～1.40％，Nb：0.02～0.05％，Mo：0.30～0.60％，Cr：0.50～1.10％，Al：0.015～0.060％，Ti：0.01～0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质

2.根据权利要求1所述的耐火钢，其特征在于：所述的不可避免的杂质包括P和S，且P和S的含量为：P：≤0.020％、S：≤0.020％。

3.根据权利要求1所述的耐火钢，其特征在于：所述的不可避免的杂质包括Ni和Cu，且Ni和Cu的含量为：Ni：≤0.30％，Cu：≤0.20％。

4.由权利1～3所述的耐火钢生产的耐火无缝钢管。

5.根据权利要求4所述的耐火无缝钢管，其特征在于：其铁素体含量为50～65％，珠光体含量为15～30％，粒状贝氏体含量为10～35％。

6.根据权利要求4所述的耐火无缝钢管，其特征在于：在20℃时，其屈服强度≥500MPa，屈强比＜80％。

7.根据权利要求4所述的耐火无缝钢管，其特征在于：600℃下保温1.5～3小时，σs，600℃≥(2/3)σs，20℃。

8.权利要求4所述的耐火无缝钢管的生产方法，其特征在于：钢锭加热，出钢温度为1240～1260℃，管坯均匀加热；穿孔机顶前压下量5％，终轧温度为950～1080℃。