CN101748340A - 建筑用钢及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种建筑用钢及制造方法。该钢是以C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、Nb、V合金元素为主，附加Ni、Ti、Al、B、RE微量元素。通过控制碳当量、合金含量及屈强比，结合先进的控轧空冷工艺，从而获得成份优化，综合性能优良，并同时具有耐高温、抗腐蚀、防地震及易焊接的高性能Q235～Q345强度系列，以及Mn-Mo、Cr-Mo-Nb系列Q235级和Mo-Nb、Cr-Mo-Nb-Cu、Cr-Mo-Nb-V Q345级建筑用钢系列建筑用钢。试验表明，在870℃裸钢烧条件下，加载142KN，H型钢建筑用极限达到36分钟，满足了国内建筑市场安全防火的建筑结构用材的需求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种建筑用低合金钢及其制造方法。
背景技术
建筑用钢是近年来开发研制的具有耐高温性能的低合金钢品种，它对于建立自身具有防范火灾效果的结构建筑起决定性作用。据检索，目前国际上开发研制的建筑用钢，如专利号为JP2001049338的日本专利“防火可焊耐侯钢”，韩国浦项专利号为19980039060的“抗拉58Kg建筑用钢”所公开的专利，虽然达到了600℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，甚至达到了700℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，但其耐600℃高温的建筑用钢不控制生产工艺和屈服比，合金含量高，造价昂贵，不易于焊接。耐700℃高温的建筑用钢虽然在生产工艺方面有所控制，但没有控制碳当量和屈强比，造价昂贵，并且属于58kg级建筑用钢，不适应国内建筑用钢的市场。
在国内建筑用钢一般均采用GB700规定的Q235级钢和GB/T1591规定的Q345级钢，该类钢的不足之处在于当温度达到350℃时即软化，不具备耐高温性能。专利申请号为01133562.9公开的建筑用钢，虽然达到了600℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，但是由于钢板轧后需经正火+回火处理，因此导致钢板成本高，价格昂贵，仍不能满足国内建筑结构用钢市场的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种建筑用钢及制造方法，该钢是通过采用先进的轧制工艺，控制碳当量、合金含量及屈强比，使其成份优化，综合性能优良，并利用工艺控制和建筑用合金配比来实现耐大气腐蚀，且易于焊接的高性能建筑用钢，以满足国内安全防火的建筑结构用材的需求。
本发明提供的建筑用钢是以C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、Nb、V合金元素为主，附加Ni、Ti、Al、B、RE微量元素。其化学成份含量(wt％)为：C 0.01-0.15，Si0.05-0.50，Mn 0.50-1.20，P≤0.030，S≤0.015，Cr 0.30-0.60，Mo 0.20-0.50，Cu0.25-0.50，Nb 0.01-0.04，V 0.02-0.05，Ni≤0.20，Ti≤0.015，Al≤0.045，B≤0.0035，RE(加入量)0.02-0.20，其余为Fe。其中各合金元素的主要作用在于：
C：为保证建筑用钢可焊，并达到GB700规定的Q235级钢和GB/T1591规定的Q345级钢强度要求，C含量要求0.01％-0.15％；
Si：为保证建筑用钢可焊及强度要求，Si要求不大于0.50％，但是Si小于0.05％降低了建筑用钢常规强度，因此，其下限不低于0.05％。
Mn：Mn含量高于1.2％不利于焊接，但Mn太低对后部轧制的控制不起作用，故Mn含量控制0.50％-1.20％。
P、S为钢中有害元素控制越低越好，通常P、S≤0.015％。
Cr：Cr是提高钢的高温性能的主要元素，当Cr含量超过0.30％时，具有耐大气腐蚀的作用，特别是与Mo配合加入，既提高钢的高温性能，也提高钢的耐盐雾腐蚀的能力。最佳合金配比为：0.40％≤Cr+Mo+Nb+V≤1.00％。
Mo：Mo是建筑用钢实现建筑用所必加的元素。当要求在600℃ 1-3小时屈服强度不低于其常温的2/3时，Mo含量必须大于0.20％；与Cr同时加入时，Mo的上限超过0.40％无意义。当Mo不与Cr同时加入时，Mo的上限应提高到0.50％。
Cu：钢中Cu的加入是为了进一步提高钢的强度和耐大气腐蚀能力。Cu的含量超过0.50％将导致钢材表面产生裂纹；低于0.25％，耐大气腐蚀效果减低。
Ni：Ni的加入是为了减轻由于加Cu而引起的钢材表面裂纹，同时Ni也具有一定的耐大气腐蚀的能力。其最大含量不超过0.20％为宜。
在建筑用钢生产中，Nb、V、Ti、B、Als、RE至少应两种以上同时加入。其中Nb、V加入量应分别控制在0.01％-0.04％和0.02％-0.05％，Ti≤0.015，B≤0.0035，Al≤0.045，RE(加入量)0.02％-0.20％。
Ceq：对于40mm以下的钢板要求Ceq≤0.43％，而对于40mm以上的钢板要求Ceq≤0.45％是考虑到建筑用钢场地施焊的特点而界定的，碳当量按照：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)计算。
本发明是这样实现的，在制造工艺方面采用控制轧制+控制冷却工艺，将钢坯加热至1100-1300℃进行控制轧制，即：在1000℃以上，压下量≥40％，其余轧制量在930℃以下完成，终轧温度控制在840℃-890℃。控制冷却工艺为：16mm以下薄钢板采用热轧空冷工艺；16mm以上厚钢板轧后以4℃/S-20℃/S的速度，从800℃-830℃冷却至650℃，然后空冷。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1、按本发明提供的建筑用钢形成了Q235～Q345强度系列，以及Mn-Mo、Cr-Mo-Nb系列Q235级和Mo-Nb、Cr-Mo-Nb-Cu、Cr-Mo-Nb-V系列Q345级建筑用钢，满足了建筑市场多层次要求。
2、本发明严格控制了碳当量(Ceq)，焊接性能优良的低价位建筑用钢，能够满足建筑钢结构手工和自动焊接等场地施焊的要求。
3、本发明具有良好的综合性能。负温度冲击达到C、D、E级等级质量。Z向性能达到Z35要求。
4、本发明提高了钢的建筑用极限。相当于36b型钢的焊接建筑用H型钢梁与Q345钢梁在裸钢烧条件下，加载142KN，建筑用H型钢建筑用极限达到36分钟(870℃)，满足了国家建筑设计防火规范规定的IV级防火达到30分钟的要求。
5、本发明附带了耐大气腐蚀性能，通过加入Cr、Mo、Cu、Ni、RE等能够提高钢的耐大气腐蚀性能的元素，特别是当这些元素复合加入时，更进一步提高耐大气腐蚀性能。
6、本发明还具有抗震性能，试验证明，16mm以上钢板屈强比不大于0.80。制成钢结构，具有吸收地震能量作用，故提高了钢结构的抗震性能。
具体实施方式
按照本发明提供的配方及制造工艺生产建筑用钢，其化学成分列入表1，相对应的机械性能列入表2。
表1实施本建筑用钢的化学成分(％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Nb | V | Cu | Re | Ceq |
| 1 | 0.095 | 0.30 | 0.78 | 0.008 | 0.004 | 0.058 | 0.40 | 0.32 | ||||
| 2 | 0.06 | 0.25 | 0.48 | 0.005 | 0.003 | 0.38 | 0.24 | 0.033 | 0.26 | |||
| 3 | 0.08 | 0.22 | 0.86 | 0.01 | 0.003 | 0.47 | 0.30 | 0.022 | 0.02 | 0.38 | ||
| 4 | 0.052 | 0.15 | 0.82 | 0.015 | 0.015 | 0.51 | 0.32 | 0.035 | 0.36 | |||
| 5 | 0.045 | 0.22 | 0.93 | 0.021 | 0.011 | 0.53 | 0.34 | 0.022 | 0.33 | 0.40 | ||
| 6 | 0.066 | 0.30 | 1.05 | 0.011 | 0.007 | 0.49 | 0.34 | 0.29 | 0.02 | 0.43 |
※RE按加入量
表2实施本建筑用钢的力学性能
| 实施例 | Rp0.2MPa | RmMPa | Rp02/Rm | A％ | Rel 600℃MPa | AKV-20℃J | 状态 |
| 1 | 270 | 390 | 0.6923 | 34 | 176 | 82，86，74 | 热轧 |
| 2 | 325 | 415 | 0.7831 | 39 | 173 | 100，106，82 | 热轧 |
| 3 | 430 | 550 | 0.78 | 26 | 260 | 270，242，262 | 热轧 |
| 4 | 430～455 | 545～555 | 0.789～0.82 | 24～26 | 345～350 | 100，107 | 热轧+控冷 |
| 5 | 370～375 | 535～570 | 0.658～0.69 | 26～31 | 255～275 | 34，53 | 热轧 |
| 6 | 325～370 | 530～565 | 0.6132～0.6549 | 12～33 | 255 | 82，88 | 热轧 |
Claims (2)
1.一种建筑用钢，是以C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、Nb、V合金元素为主，附加Ni、Ti、Al、B、RE微量元素，其化学成分(按重量％)为：C 0.01-0.15，Si0.05-0.50，Mn0.50-1.20，P、S≤0.015，Cr0.30-0.60，Mo0.20-0.50，Cu 0.25-0.50，Nb0.01-0.04，V 0.02-0.05，Ni≤0.20，Ti≤0.015，Al≤0.045，B≤0.0035，RE(加入量)0.02-0.20，其特征在于：采用控制碳当量和合金含量配比来实现成分优化，即钢中的碳当量按Cep＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)计算公式控制，厚度在40mm以下的钢板Cep≤0.43％；厚度在40mm以上的钢板Cep≤0.45％；合金含量的配比按照0.4％≤Cr+Mo+Nb+V≤1.00％控制。
2.一种建筑用钢的制造方法，其特征是，采用控制轧制+控制冷却工艺，即钢在1000℃以上轧制，压下量≥40％，其余轧制量在930℃以下完成，终轧温度在840℃～890℃，轧后控制冷却工艺为：16mm以下薄钢板轧后空冷；16mm以上厚钢板轧后以4℃/s～20℃/s的速度，从800℃～830℃冷却到650℃，然后空冷。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100623 |