CN101397627A - 一种耐火耐候抗震钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金制造领域，涉及一种集耐火、耐候又具有抗震性能的钢种及其制造方法。钢的化学成分按质量％为：C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质。本钢种的发明在不含Ni、Cr合金，主要元素为C、Si、Mn、P、S、Mo、Cu、Nb元素，余量为Fe。本钢种经过冶炼、轧制、冷却后成材，不需要后续的热处理工艺，并使钢获得良好的力学、耐火、耐候和抗震性能。本产品为非调制钢，主要用于建筑、桥梁结构。
Description
技术领域
本发明属于冶金工程领域，涉及一种既耐火、耐候又具有抗震性能的钢种及其制造方法。产品主要是H型钢或板带产品。
背景技术
随着钢产量的稳步增长和全球应用技术研究的深入，国家对创建能源节约型社会越来越重视，钢结构在建筑行业得到了越来越广泛的应用，尤其在超高层及大跨度建筑等方面更显示出其强大的生命力。但是，在突发性火灾事故面前，建筑物会迅速倒塌。耐火钢因通过合金化处理，能够在高温下(通常指在600℃下)的一定时间内(通常指1h)保持较高的强度，从而增加建筑物抵抗火灾的能力，提高建筑物的安全性。耐候钢则是在钢中添加微量的Cu、Ni、Cr、P等元素来提高钢的耐大气腐蚀性能。耐候钢因其使用寿命延长，其产品越来越成为钢铁产业的发展方向。兼顾耐大气腐蚀性能也是耐火建筑用钢的一个重要发展方向，为此，新日铁开发了一类在耐火钢成分体系的基础上添加耐候性元素Cu和Cr的耐火耐候钢品种系列N牌号NSFR400W和NSFR490W。耐火耐候钢在日本建筑行业的需求量呈快速增长的势头。现在欧美、韩国和澳大利亚等发达国家也相继开展了耐火钢的研究和生产。使用耐火耐候钢可以不用或减少涂装，大大节约维护成本；钢材厚度可减薄，节约综合成本在30％以上。且这种耐火性和耐候性还具有永久性和自愈性，即钢材不论在金属加工或焊割后，还是在使用中表面擦撞或火灾后，其耐候性、耐火性可以保持不变。目前耐火耐候钢已开始在国内一些较高耐火耐候等级的大型厂房、民居、商务楼等得到应用。耐火耐候钢应用后可缩短建造周期，减轻建筑物质量，增加建筑的安全性，降低建造成本，具有显著的经济和社会效益。
但随着经济的增长，人们对建筑质量要求的日益提高，具备高强度、高性能的建筑产品越来越受到建筑设计者的青睐，钢的抗震性能也越来越受到建筑行业的重视，但从目前的钢结构产品来看，同时具有耐火、耐候和抗震性能的钢结构产品尚未见报道。
CN1354273公开了一种高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。含有C、Si、Mn、P、S、Mo、Ti、Al、N、O、Cr、Ni、Cu、Ca、B，此外还含有Nb、V、RE中的一种或一种以上，余量为Fe。钢经冶炼、轧制和热处理，使钢具有高强度、高韧性和优良的耐火、耐候性。以非调质状态交货，为建筑、土木及海洋结构等领域提供的厚度为4～100mm的钢制作的各种结构件，在气电焊、电渣焊、高频电阻焊等大线能量(50～100kJ/cm)焊接条件下其热影响区(HAZ)仍具有优良的韧性。
CN1970818涉及一种高强度耐候钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。它在成分设计上采用极低碳、Cu-Cr-Ni-Mo-Nb的加入及Ti-Al-Zr中的两种或两种以上复合添加，将碳含量控制在接近或小于常温下碳在α-Fe中的最大溶解度0.0218％，以减少或抑制渗碳体的析出，保证主控组织为均匀的贝氏体组织，以得到优良的耐候性能；钢采用淬火+回火工艺生产，具有优良的耐候性，优异的低温韧性和焊接性，钢板沿板厚方向上的微观组织和力学性能均匀，对于小于或等于50mm厚度钢板在常温下焊接时，焊前不用预热，焊后不需热处理，提高了焊接效率，可广泛用于桥梁、建筑、交通、海洋平台等工程结构。
CN1793395提供了一种细化型钢晶粒的生产方法，包括以下步骤：1)冶炼钢水；2)用Al进行脱氧；3)加入0.005～0.015％的Ti、0.08～0.15％的V和0.010～0.020％的N后，浇铸成铸坯；4)将铸坯加热到1100～1250℃后轧制型钢，终轧温度为700～950℃；5)冷却。本发明方法不用测定钢水氧浓度，直接冶炼型钢，生产出来的型钢的晶粒度可达9.5级以上，并同时提高型钢的强度和低温冲击性能，与未采用本发明方法生产的型钢相比，屈服强度提高30MPa以上，-40℃低温冲击性能提高10J以上。适用于冶炼耐候型钢、耐火型钢和耐火耐候型钢。
但同时具备耐火、耐候、抗震性能的H型钢或板带产品则未见诸报道，而且由于目前的耐火耐候钢中普遍加入Cr、Ni等贵重元素，使得成本偏高，很难对产品的应用进行推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种耐火、耐候而且抗震的钢种及其制备方法。
本发明的钢种设计是在不添加贵重金属Cr、Ni元素的前提下，通过合理的元素成分控制，利用Mo、Nb元素提高钢的耐火性能，而Cu元素在钢中的合理添加可以明显提高钢的耐候性能。
本发明提供一种耐火耐候抗震钢，其特征在于钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质。
本钢种在轧制成材后，其性能达到下表所示的要求：
本发明还提供所述耐火耐候抗震钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF精炼、异形坯连铸、BD初轧、精轧、冷床空冷、矫直、切割成材H型钢，具体包括下列步骤：
1)铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用LF精炼，使钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质；
2)精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；
3)坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉，加热到1180～1300℃出炉，进行高压水除鳞；
4)除完鳞的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，粗轧后温度不低于1090℃，终轧温度的控制一般为腹板不低于720℃，翼缘不低于850℃；轧制产品尺寸按照国标GB/T11263—2005执行；
5)轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却至600～780℃；
6)轧件上冷床进行空冷；
7)当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。
8)将轧件切割成材H型钢、收集。
优选的，步骤3)中加热到1200～1280℃出炉。
优选的，步骤5)中强制冷却至650—750℃。
本发明还提供所述耐火耐候抗震钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、精炼、板坯、轧制、冷却、卷曲成板材，具体包括下列步骤：
1)铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用LF精炼，使钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质；
2)钢水出站前，喂入500m～700m Si-Ca线进行钙化处理。钢水的液相线温度为1500～1550℃，精炼时间20～60分钟，软吹时间6～20分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；
3)连铸，全程保护浇注，中包覆盖剂采用低碳专用覆盖剂，保护渣采用集装箱钢保护渣；开浇时加入开浇渣，开浇拉速0.3～0.6m/min，正常浇铸拉速0.8～1.2m/min。
4)钢坯送入加热炉，还原性或中性氛围加热，采取高温快烧加热方式，钢坯加热到1200～1300℃出炉，进行高压水除鳞；
5)进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在900～940℃之间，
6)冷却并卷曲成板材，卷曲温度控制在685±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。
所述低碳专用覆盖剂成分的质量分数(％)为：
本发明还提供所述的耐火耐候抗震钢的应用，用于建筑、桥梁结构。
本钢种的发明就是在不含高成本Ni、Cr元素的前提下，通过C、Si、Mn、P、S、Mo、Cu、Nb元素的合理添加，使钢具有良好的力学性能、高温性能、耐大气腐蚀性能以及优良的抗震性能。钢产品以热轧状态交货，其产品形态可以是H型钢或4～40mm的板带产品。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明并不局限于此。
实施例1：
本实施例的耐火耐候抗震钢，钢的化学成分按质量％为：
本发明钢种以热轧状态交货。其工艺流程分别为：
H型钢生产流程：
铁水预脱硫后运至120吨转炉进行冶炼；为了保证钢质的洁净度和钢水成分稳定性，采用LF精炼，使钢种成分达到耐火耐候抗震钢的冶炼成分标准要求；精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉。加热到1270℃出炉，进行高压水除鳞，除完鳞的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，BD轧机经过5道次往复轧制后温度不低于1090℃，然后由输送辊道送至TM机组，轧制道次按照产品规格的差异，一般在5～7道次。终轧温度的控制一般为腹板不低于720℃，翼缘不低于850℃。轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却至680℃左右空冷，轧制产品尺寸按照国标GB/T11263—2005执行。轧制完毕轧件上冷床进行空冷。当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。最后，将轧件按照客户要求进行切定尺、收集。
板带生产流程：
铁水预脱硫后运至120吨转炉进行冶炼；为了保证钢质的洁净度和钢水成分稳定性，采用LF精炼，使钢种成分达到耐火耐候抗震钢的冶炼成分标准要求；钢水出站前，喂入500m～700m Si-Ca线进行钙化处理。钢水的液相线温度为1519℃，精炼时间40分钟，软吹时间不得低于10分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露。在连铸过程中，全程保护浇注，中包覆盖剂采用低碳专用覆盖剂，保护渣采用集装箱钢保护渣。开浇时加入开浇渣，开浇拉速0.3m/min，正常浇铸拉速不大于1.15m/min。然后钢坯送入加热炉，并尽可能保证还原性或中性氛围加热，应采取高温快烧加热方式，尽量减少加热时间防止过度氧化，避免钢在轧制时发生边裂；钢坯加热到1230℃出炉，进行高压水除鳞，进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在900～940℃之间，卷曲温度控制在685±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。
实施例2：
本实施例的耐火耐候抗震钢，钢的化学成分按质量％为：
本发明钢种以热轧状态交货。其工艺流程分别为：
H型钢生产流程：
铁水预脱硫后运至120吨转炉进行冶炼；为了保证钢质的洁净度和钢水成分稳定性，采用LF精炼，使钢种成分达到耐火耐候抗震钢的冶炼成分标准要求；精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉。加热到1280℃出炉，进行高压水除鳞，除完鳞的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，BD轧机经过5道次往复轧制后温度不低于1090℃，然后由输送辊道送至TM机组，轧制道次按照产品规格的差异，一般在5～7道次。终轧温度的控制一般为腹板不低于720℃，翼缘不低于850℃。轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却至700℃左右空冷，轧制产品尺寸按照国标GB/T11263—2005执行。轧制完毕轧件上冷床进行空冷。当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直。最后，将轧件按照客户要求进行切定尺、收集。
板带生产流程：
铁水预脱硫后运至120吨转炉进行冶炼；为了保证钢质的洁净度和钢水成分稳定性，采用LF精炼，使钢种成分达到耐火耐候抗震钢的冶炼成分标准要求；钢水出站前，喂入500m～700m Si-Ca线进行钙化处理。钢水的液相线温度为1539℃，精炼时间60分钟，软吹时间20分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露。在连铸过程中，全程保护浇注，中包覆盖剂采用低碳专用覆盖剂，保护渣采用集装箱钢保护渣。开浇时加入开浇渣，开浇拉速0.5m/min，正常浇铸拉速0.8～1.20m/min。然后钢坯送入加热炉，并尽可能保证还原性或中性氛围加热，应采取高温快烧加热方式，尽量减少加热时间防止过度氧化，避免钢在轧制时发生边裂；钢坯加热到1270℃出炉，进行高压水除鳞，进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在900～940℃之间，卷曲温度控制在685±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。
实施例3
发明实例的耐候性能：
钢的腐蚀试验为干湿交替加速腐蚀试验，试验周期为30天，腐蚀环境：0.052％NaHSO3溶液，PH值为4.0，湿度60RH，30℃恒温。通过腐蚀增重检测钢的耐候性。试验数据如下表所示：
| 增重值ΔW，g/cm2 | |
| Corten-A | 0.00800 |
| 实施例1 | 0.00768 |
| 实施例2 | 0.00695 |
Claims (6)
1.一种耐火耐候抗震钢，其特征在于钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的耐火耐候抗震钢，其特征在于，钢种在轧制成材后，其性能达到下表所示的要求：
3.一种如权利要求1或2所述的耐火耐候抗震钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、LF精炼、异形坯连铸、BD初轧、精轧、冷床空冷、矫直、切割成材H型钢，具体包括下列步骤：
1)铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用LF精炼，使钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质；
2)精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型连铸坯料；
3)坯料采用冷装或热装热送方式进入加热炉，加热到1180～1300℃出炉，进行高压水除鳞；
4)除完鳞的坯料通过辊道送至BD粗轧机和TM精轧机组轧制，粗轧后温度不低于1090℃，终轧温度的控制一般为腹板不低于720℃，翼缘不低于850℃；轧制产品尺寸按照国标GB/T11263—2005执行；
5)轧制成材后在输送辊道上对两侧翼缘进行强制冷却至600—780℃；
6)轧件上冷床进行空冷；
7)当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直，
8)将轧件切割成材H型钢、收集。
4.如权利要求1或2所述的耐火耐候抗震钢的制备方法，其特征是，步骤3)中加热到1200～1280℃出炉；步骤5)中强制冷却至650—750℃。
5.一种如权利要求1或2所述的耐火耐候抗震钢的制备方法，包括高炉铁水转炉炼钢、精炼、板坯、轧制、冷却、卷曲成板材，具体包括下列步骤：
1)铁水预脱硫后运至转炉进行冶炼；采用LF精炼，使钢的化学成分按质量％为：
C 0.6～0.11，Si 0.25～0.50，Mn 0.95～1.35，P≤0.035，S≤0.015，Cu 0.2～0.27，Mo 0.30～0.42，Nb 0.015～0.035，其余为铁和不可避免的杂质；
2)钢水出站前，喂入500m～700m Si-Ca线进行钙化处理，钢水的液相线温度为1500～1550℃，精炼时间20～60分钟，软吹时间6～20分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；
3)连铸，全程保护浇注，中包覆盖剂采用低碳专用覆盖剂，保护渣采用集装箱钢保护渣；开浇时加入开浇渣，0.3～0.6m/min，正常浇铸拉速0.8～1.2m/min；
4)钢坯送入加热炉，还原性或中性氛围加热，采取高温快烧加热方式，钢坯加热到1200～1300℃出炉，进行高压水除鳞；
5)进入粗轧、精轧，轧件的精轧出口温度在900～940℃之间，
6)冷却并卷曲成板材，卷曲温度控制在685±10℃，卷曲呈卷后缓冷至室温。
6.如权利要求1或2所述的耐火耐候抗震钢的应用，用于建筑、桥梁结构。
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