CN103361568B - 一种耐火耐候建筑钢材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温力学性能更好、强度塑性较高、耐火及耐候性能优越的耐火耐候建筑钢材及其制造方法。耐火耐候建筑钢材包括以下重量百分比的化学成分：C0.08～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.50％，S≤0.03，Cr0.40～0.80％，Mo0.25～0.40％，Nb0.02～0.04％，P0.05～0.12％，Cu0.25～0.55％，Ni0.04～0.07％，V0.02～0.08%，N0.011～0.020％，Ti0.008～0.016％，Zr≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。制造方法采用真空感应熔炼炉冶炼，将配料按比例混合加入到真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1600～1650℃，保温10～20min，将钢液倒入铸模内，15～25min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温，再经过锻造、热轧、冷轧等工艺最终成型。本发明可广泛应用于低合金钢领域。

Description

一种耐火耐候建筑钢材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低合金钢，尤其涉及一种耐火耐候建筑钢材；另外，本发明还涉及该耐火耐候建筑钢材的制造方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各种各样的现代建筑物展现在人们的面前，如玻璃墙体、金属体包装等。目前又有许多新型建筑物采用金属结构的屋面系统，尤其是钢结构的建筑，其屋面系统自然也采用金属结构的屋面系统。复合式金属屋面系统在各类工业、体育、娱乐、展览馆、零售超市等建筑物中应用越来越广泛。金属屋面系统需要用到金属屋面板和金属结构底板。另外，目前在各种建筑系统中也普遍使用金属墙面板。用于墙面或屋面围护的涂层金属板，包括上述金属屋面板、金属结构底板和金属墙面板，可统称为金属围护板。

随着高层建筑的发展，钢－混凝土组合板日益得到推广和应用。所谓的组合板，是充分利用钢材和混凝土的材料和结构特点联合成为一整体而共同工作的一种结构形式，目前使用较多的是压型钢板组合板。压型钢板组合板是一种十分合理的结构形式，它能够按其各组成部件所处的位置和特点，充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压性能好的优点，并具有良好的抗震性能、施工性能，这种结构目前被广泛应用于国内外建筑中。与普通钢筋混凝土楼板相比，压型钢板组合楼板（即楼承板）具备以下优点：可以作为现浇混凝土的永久模板，这样就省掉了施工中安装和拆除模板等工序，从而节省了时间和劳动力；当楼承板压型钢板安装好以后可以作为施工平台使用，同时由于不必使用临时支撑，也不影响下一层施工平面的工作；可以作为楼板的底筋使用，减少了安装板筋的工作量；可以减少楼板混凝土用量，减少的楼板自重又可以相应的减少梁、柱和基础的尺寸，提高了结构的整体性能；楼承板压型钢板的肋部可以放置水电管线，从而使结构层与管线合为一体，间接地加大了层高或降低了建筑高度，给建筑设计带来灵活性；在施工阶段，楼承板压型钢板可作为钢梁的连续侧向支撑，提高了钢梁的整体稳定承载力；在使用阶段，提高了钢梁的整体稳定性和上翼缘的局部稳定性。上述优点都可以相当大程度地缩短施工时间，减少工期，取得良好的经济效益。

现有的压型钢板楼承板多是滚压成型的压型板，多采用镀锌钢板制成，在其中部设有型肋以增强楼承板与混凝土的结合强度进而增强组合楼板结构的稳定性。现有的型肋内部会直接与环境空气接触，长期情况下，大气中的氧气和水分会对楼承板产生腐蚀甚至使楼承板生锈，锈蚀会应影响楼承板作为的底筋使用的效果，使其寿命缩减，最终影响建筑的结构稳定性，使其不能达到设计使用年限，尤其在沿海地区等湿度大、酸碱性高的地区此种情况更为严重，严重影响建筑的安全和使用寿命。另外，一旦发生火灾，则楼承板的下部会与明火及高温空气接触导热，钢结构会随着温度的升高而强度急剧下降，屈服强度降低，弹性模量明显下降，进而会影响随后的温度变形和应力分布，楼承板的下表面温度可在短时间内达到1200，℃垂直立肋顶部的型肋达到400℃，最终影响建筑的结构稳定性，使其不能达到设计使用年限，严重影响建筑的安全和使用寿命。为了防止突然性的火灾以及潮湿、酸碱性的空气长期给钢结构造成破坏，一般采用防火涂料和防火屏蔽对钢结构进行处理，但是上述处理不仅费工费料而且对环境有污染，甚至目前对于楼承板这类特殊的钢结构普遍没有进行防火处理，因此存在安全隐患。对于金属围护板，其直接暴露于空气中，同样对于耐火及耐候性有较高的要求。

现有的钢材品种中，已经出现了耐火性能较好的耐火钢以及耐候性能较好的耐候钢，但是上述耐火钢或耐候钢只是偏重于单一的耐火性或者耐候性，均衡考虑耐候性和耐候性且二者综合性能均达到要求的钢材不多，而且现有耐火耐候钢普遍厚度较厚，一般大于50mm，最小的也只能做到4～50mm，难以满足金属围护板以及其他金属建筑板材对于小厚度钢材的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种常温力学性能更好、强度塑性较高、耐火及耐候性能优越的耐火耐候建筑钢材。

另外，本发明还提供一种该耐火耐候建筑钢材的制造方法。

本发明耐火耐候建筑钢材所采用的技术方案是：本发明耐火耐候建筑钢材包括以下重量百分比的化学成分：C0.08～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.50％，S≤0.03，Cr0.40～0.80％，Mo0.25～0.40％，Nb0.02～0.04％，P0.05～0.12％，Cu0.25～0.55％，Ni0.04～0.07％，V0.02～0.08%，N0.011～0.020％，Ti0.008～0.016％，Zr≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，本发明耐火耐候建筑钢材包括以下重量百分比的化学成分：C0.10％，Si0.45％，Mn1.00％，S0.03，Cr0.60％，Mo0.30％，Nb0.03％，P0.10％，Cu0.40％，Ni0.55％，V0.05%，N0.015％，Ti0.008％，Zr0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明耐火耐候建筑钢材的制造方法所采用的技术方案是：采用真空感应熔炼炉冶炼：将配料按比例混合加入到真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1600～1650℃，保温10～20min，将钢液倒入铸模内，15～25min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温。

进一步，还包括冶炼后对坯料进行锻造的步骤：将坯料装入加热炉，在炉温达到750～850℃下保温15～20min后，按加热炉最大升温速度升到1050～1150℃后保温25～35min；然后对坯料进行倒棱、镦粗、拔长等过程的锻造制坯，锻造温度范围为900～1100℃；最后空冷至室温。

进一步，还包括锻造后进行热轧的步骤：将坯料装入加热炉，在1050～1150℃下保温50～70min；开轧温度为1050～1100℃、终轧温度为850～900℃下进行多次轧制，卷曲温度为500～550℃，最后空冷至室温。

热轧冷却后的钢材厚度2.5～15mm。

进一步，还包括热轧后进行冷轧的步骤：首先进行去应力退火，以适当降低热轧板卷的内应力，将热轧板卷料装入加热炉，在450～550℃下保温50～70min；然后用15～25％浓度的盐酸溶液，在75～80℃下对退火后的卷料进行酸洗；最后进行多次冷轧，总压下率为60～80％。

冷轧后的钢材厚度为0.5～6mm。

进一步，还包括冷轧后进行软化的步骤：在再结晶温度为650℃、退火温度为700℃、气氛保护采用氩气的条件下进行再结晶退火处理，将冷轧后的板料装入加热炉，以375℃/h的升温速度，将温度从室温升高到250℃，保温10～15min，然后以250℃/h的升温速度，将温度从250℃升高到500℃，保温10～15min，再以200℃/h的升温速度，将温度从500℃升高到700℃，保温50～70min，最后炉冷至室温。

本发明的有益效果是：在性能方面，采用本发明配方的试验用钢材软化后的常温屈服强度可达484.20MPa、抗拉强度可达573.59MPa、断后延伸率可达24.44%，600℃时的屈服强度达350.00MPa，达到室温屈服强度的72.3%，超过了室温屈服强度的2/3，满足耐火性能要求；盐雾试验结果，对比钢年减薄速率为2.4908mm/a，而试验用钢仅为1.1239mm/a，其耐腐蚀性能已经达到对比钢的2倍以上，满足耐候性能要求。与其他同类钢材相比，本发明的耐火耐候建筑钢材的常温力学性能更好，强度塑性较高，耐候性能优越；

另外，采用本发明的制造方法制造的耐火耐候建筑钢材，钢材厚度可达0.5～6mm，解决了现有同类钢材厚度较大的弊端，可应用于金属围护板以及其他金属建筑板材对于小厚度钢材的要求。

附图说明

图1是本发明实施例的热模拟实验方案过程示意图；

图2～6是本发明实施例的试验钢在不同应变速率下的应力－应变曲线图；

图7是本发明实施例的试验钢在不同应变速率下的变形抗力－变形温度曲线图；

图8是本发明实施例的试验钢在不同变形温度下的变形抗力－应变速率曲线图；

图9是本发明实施例的试验钢在不同变形温度下的变形抗力－变形量曲线图；

图10是本发明实施例的冷轧试验板料进行再结晶退火实验方案过程示意图；

图11是本发明实施例的冷轧试验板料的退火温度与硬度关系曲线图；

图12分别是（a）500℃、（b）600℃、（c）680℃、（d）720℃时的不同退火温度下试验用钢的组织形貌；

图13是本发明实施例的热轧试验板料软化处理的评价指标HV与正火温度的曲线图；

图14是本发明实施例的热轧试验板料软化处理的评价指标HV与正火时间的曲线图；

图15是本发明实施例的热轧试验板料软化处理的评价指标HV与回火温度的曲线图；

图16是本发明实施例的热轧试验板料软化处理的评价指标HV与回火时间的曲线图；

图17是本发明实施例的未软化处理的试样A与软化处理的试样B在常温下的强度性能比较示意图；

图18是本发明实施例的未软化处理的试样C与软化处理的试样D在高温下的强度性能比较示意图；

图19是本发明实施例的软化处理后的试样在常温和高温下的力学性能比较示意图；

图20分别是经过（a）第1天、（b）第2天、（c）第3天、（d）第4天、（e）第5天、（f）第6天、（g）第7天、（h）第8天、（i）第9天、（j）第10天时的试验用钢盐雾试验不同周期内的表面形貌；

图21分别是经过（a）第1天、（b）第2天、（c）第3天、（d）第4天、（e）第5天、（f）第6天、（g）第7天、（h）第8天、（i）第9天、（j）第10天时的对比钢盐雾试验不同周期内的表面形貌；

图22分别是（a）试验钢、（b）对比钢经过盐雾腐蚀后第7天在试样上刮下锈层的形貌；

图23是试验钢与对比钢的失重速率与腐蚀时间的曲线图；

图24是试验钢与对比钢的年减薄速率与腐蚀时间的比较示意图。

具体实施方式

本发明的耐火耐候建筑钢材包括以下重量百分比的化学成分：C0.08～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.50％，S≤0.03，Cr0.40～0.80％，Mo0.25～0.40％，Nb0.02～0.04％，P0.05～0.12％，Cu0.25～0.55％，Ni0.04～0.07％，V0.02～0.08%，N0.011～0.020％，Ti0.008～0.016％，Zr≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的耐火耐候建筑钢材的制造方法，包括以下步骤：

（1）采用真空感应熔炼炉冶炼：将配料按比例混合加入到真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1600～1650℃，保温10～20min（依炉容量定），将钢液倒入铸模内，15～25min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温；

（2）冶炼后对坯料进行锻造：将坯料装入加热炉，在炉温达到750～850℃下保温15～20min后，按加热炉最大升温速度升到1050～1150℃后保温25～35min；然后对坯料进行倒棱、镦粗、拔长等过程的锻造制坯，锻造温度范围为900～1100℃；最后空冷至室温；

（3）锻造后进行热轧：将坯料装入加热炉，在1050～1150℃下保温50～70min；开轧温度为1050～1100℃、终轧温度为850～900℃下进行多次轧制，卷曲温度为500～550℃，最后空冷至室温；热轧冷却后的钢材厚度2.5～15mm；

（4）热轧后进行冷轧：首先进行去应力退火，以适当降低热轧板卷的内应力，将热轧板卷料装入加热炉，在450～550℃下保温50～70min；然后用15～25％浓度的盐酸溶液，在75～80℃下对退火后的卷料进行酸洗；最后进行多次冷轧，总压下率为60～80％；冷轧后的钢材厚度为0.5～6mm；

（5）冷轧后进行软化：在气氛保护采用氩气的条件下进行再结晶退火处理，将冷轧后的板料装入加热炉，以375℃/h的升温速度，将温度从室温升高到250℃，保温10～15min，然后以250℃/h的升温速度，将温度从250℃升高到500℃，保温10～15min，再以200℃/h的升温速度，将温度从500℃升高到700℃，保温50～70min，最后炉冷至室温。

以下详述本发明实施例的试验过程。

一、试验用钢的制备

根据各微合金元素的作用及其成分含量范围的设计，确定实验室试制耐火耐候钢的化学成分特点，该钢属低合金钢，各主要元素的目标含量如下：C0.10％，Si0.45％，Mn1.00％，S0.03％，Cr0.60％，Mo0.30％，Nb0.03％，P0.10％，Cu0.40％，Ni0.55％，V0.05%，N0.015％，Ti0.008％，Zr0.02％。充分考虑各元素收得率问题和所添加原料中杂质的影响，采用ZG－0.01型真空感应熔炼炉冶炼。将各配料混合加入真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1650℃，保温15min，将钢液倒入铸模内，20min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温。熔炼两炉，每炉8公斤，采用化学分析法对两炉试验钢各主要元素进行分析，结果如下：

1#试验钢：C0.11％，Si0.48％，Mn0.78％，S0.0076％，Cr0.70％，Mo0.33％，Nb0.035％，P0.095％，Cu0.44％，Ni0.55％，V0.069%，N0.016％，Ti0.010％，Zr0.01％；

2#试验钢：C0.11％，Si0.51％，Mn0.90％，S0.0093％，Cr0.65％，Mo0.33％，Nb0.038％，P0.062％，Cu0.43％，Ni0.54％，V0.068%，N0.015％，Ti0.012％，Zr0.01％。

然后，对1#和2#试验钢进行锻造：将坯料装入加热炉，在炉温800℃下保温15min后，按加热炉最大升温速度升到1100℃后保温30min；然后采用0.5t自由锻锤，在锻造温度范围为900～1100℃下对坯料进行倒棱、镦粗、拔长等过程的锻造制坯；最后空冷至室温。其中下料尺寸为60mm×70mm×100mm，镦粗过程将高度100mm的坯料镦粗后高度变为50mm，压方后坯料的横断面尺寸为75mm×75mm，拔长后坯料尺寸变为25mm×75mm×225mm的板料。

然后，对1#和2#试验钢进行热轧：将尺寸为26mm×76mm×105mm的板料装入加热炉，在1100℃下保温60min；然后在开轧温度为1080℃、终轧温度为850℃下进行多次轧制，卷曲温度为550℃，最后空冷至室温，轧制过程的压下规程如下：26.0mm→16.0mm→10.0mm→6.5mm→4.5mm→3.5mm→3.0mm。

然后，对热轧后的2#试验钢进行冷轧：为了更好地保留冷轧过程中组织状态和保证冷轧过程的连续性，在冷轧前首先进行去应力退火，适当降低热轧板卷的内应力，以利于冷轧，将热轧板卷料装入加热炉，在500℃下保温60min；然后用20％浓度的盐酸溶液，在80℃下对退火后的卷料进行酸洗；最后进行多次冷轧，轧制过程的压下规程如下：3.00mm→2.28mm→1.72mm→1.36mm→1.12mm→1.00mm，总压下率为66.7％。

二、变形抗力试验

采用常规的热压缩方法，测定真实的耐火耐候钢变形抗力曲线，建立耐火耐候钢的变形抗力模型，试验的参数如下：（1）变形温度：900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃；（2）应变速率：0.01s-1、0.1s-1、1s-1、5s-1、10s-1；（3）变形量：60%。具体实验方案如图1所示，实验结果如图2～9所示。

图2～6分别示出了在不同应变速率（0.01s-1、0.1s-1、1s-1、5s-1、10s-1）下的不同温度（900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃）的应力－应变曲线。

如图7所示，随着变形温度的升高，变形抗力降低。例如，当变形速率为10s-1时，在950℃时变形抗力值为227Mpa，当变形温度升高为1050℃时，变形抗力值降低至177MPa，当变形温度升高为1150℃时，变形抗力值降低至147MPa。

如图8所示，变形抗力是随着变形速率的增加而增大的，当变形速率相对较小如0.1s-1时，变形速度较慢，变形抗力相对较低；而当变形速率提高到10s-1时，变形抗力发生了显著的变化。

如图9所示，变形抗力与变形程度的关系并非单调增加函数，在不同的变形温度和形变速度下，变形抗力随着变形程度的增加总体趋势是增加的，变形抗力随着变形程度增加而增大的速度随着变形程度的增加而降低，当变形程度达到某一个值时，变形抗力随变形程度的增加并不明显。

根据麦夸特法和通用全局优化法，采用1stopt软件对试验数据进行三元非线性综合回归，得到试验用钢的6个回归系数和所选用变形抗力模型式的拟合度，建立变形抗力模型如下：

$\mathrm{\σ}={\mathrm{\σ}}_0\·\exp (-2.586312\frac{T}{100}+3.942153)\·{\stackrel{.}{\left(\frac{\mathrm{\ϵ}}{10}\right)}}^{(0.186532\frac{T}{100}-0.148532)}$

$\×\[1.526316\·{\left(\frac{\mathrm{\ϵ}}{0.4}\right)}^{\left(0.336248\right)}+(1-1.526316)\·\left(\frac{\mathrm{\ϵ}}{0.4}\right)]$

式中σ--变形抗力，MPa;

T--温度，K;

ε--应变速率，s^-l;

ε--应变量。

三、软化处理试验

1、冷轧试验板料再结晶退火实验

根据绘制的硬度－温度关系曲线图和金相显微镜观察其金相组织，再结晶温度开始温度大约为600℃，再结晶结束温度大约为680℃。

如图11所示，退火温度在600℃之前，试样硬度值变化不大，说明试样主要处于回复阶段。从600℃开始，随温度升高，试样硬度急剧下降，到680℃时硬度趋于稳定，之后硬度值变化不大，说明600～680℃发生了再结晶过程，有新的晶粒形核和长大，680～720℃主要是再结晶后晶粒的长大过程。图12分别示出了在（a）500℃、（b）600℃、（c）680℃、（d）720℃时的不同退火温度下试验用钢的组织形貌。

据此，对冷轧后的2#试验钢进行软化处理，过程如下：在气氛保护采用氩气的条件下进行再结晶退火处理，将冷轧后的板料装入加热炉，以375℃/h的升温速度，将温度从室温升高到250℃，保温10min，然后以250℃/h的升温速度，将温度从250℃升高到500℃，保温10min，再以200℃/h的升温速度，将温度从500℃升高到700℃，保温60min，最后炉冷至室温。

2、热轧试验板料软化处理工艺

采用正交试验法进行试验，找出影响耐火耐候钢软化处理工艺的主次因素和最优水平组合。如表1所示。

试验号	A正火温度/℃	B正火时间/h	C回火温度/℃	D回火时间/h
					1	890	1	600	0
2	890	1.5	650	1
					3	890	2	700	2
4	920	1	650	2
					5	920	1.5	700	0
6	920	2	600	1
					7	950	1	700	1
8	950	1.5	600	2
					9	950	2	650	0

表1软化处理正交试验样本L9(34)

如图13所示，软化处理正交试验因素A正火温度为890℃、920℃和950℃时，评价指标均值分别为279.573HV、283.307HV和271.667HV，当正火温度为950℃时，评价指标均值达到最低值271.667HV。

如图14所示，软化处理正交试验因素B正火时间为1h、1.5h和2h时，评价指标均值分别为273.993HV、280.447HV和280.107HV，当正火时间为1h时，评价指标均值达到最低值273.993HV。

如图15所示，软化处理正交试验因素C回火温度为600℃、650℃和700℃时，评价指标均值分别为284.853HV、286.847HV和262.847HV，当回火温度为700℃时，评价指标均值达到最低值262.847HV。

如图16所示，软化处理正交试验因素D回火时间为0h、1h和2h时，评价指标均值分别为305.287HV、265.020HV和264.240HV，当回火时间为2h时，评价指标均值达到最低值264.240HV。

综上所述，热轧试验板料最佳软化处理工艺条件为A3B1C3D3，即当正火温度为950℃、正火时间为1h、回火温度为700℃和回火时间为2h时，软化处理效果最佳。因素显著性顺序为D回火时间＞C回火温度＞A正火温度＞B正火时间。检验结果如表2所示。

表2正交试验主体间效应的检验（因变量：硬度）

四、耐火耐候性能的测试

1、试验用钢的高温力学性能测试

测试结果如表3所示，其中试验号代表的试样条件如下：

（a）未软化处理的常温试样：A-1、A-2、A-3；

（b）软化的处理常温试样：B-1、B-2、B-3；

（c）未软化处理的高温试样：C-1、C-2、C-3；

（d）软化处理的高温试样：D-1、D-2、D-3。

如表3及图17所示，常温状态下，未经过软化处理的试样A力学性能差，屈服强度664.78MPa、抗拉强度912.14MPa，断后延伸率只有9.07%。采用正火后回火的软化处理对试样进行热处理，正火温度为950℃、正火时间为1h、回火温度为700℃和回火时间为2h。得到试样B的常温力学性能参数：屈服强度484.20MPa、抗拉强度573.59MPa、断后延伸率24.44%，试验用钢的综合力学性能整体得到改善。

表3试验用钢的高温力学性能测试结果

如表3及图18所示，未经过软化处理的试样C在600℃的高温拉伸试验下，得到其屈服强度为488.00MPa、抗拉强度562.00MPa，断后延伸率9.50%，塑性较差。经过软化处理后的试样D屈服强度和抗拉强度均有所下降，断后延伸率上升，综合力学性能得到改善。

综上所述，采用正火温度为950℃、正火时间为1h、回火温度为700℃和回火时间为2h的软化处理，无论是常温力学性能，还是在600℃的高温下的力学性能都得到了有效的改善。整体趋势是，软化处理后试验用钢的强度降低，塑性提高。

如图19所示，随着温度的升高，屈服强度下降，由18℃时的484.20MPa降到600℃时的350.00MPa，屈服强度下降134.20MPa，下降率27.7%。软化后的试验用钢在600℃高温下的屈服强度为室温屈服强度的72.3%，超过了室温屈服强度的2/3。同时，抗拉强度在高温下也呈下降趋势，并且从图中可以清晰的看出，抗拉强度的下降趋势大于屈服强度的下降趋势。

从以上分析可以看出：经过正火后回火软化处理后的耐火耐候试验钢的室温性能均优于普通建筑用钢，在提高强度到500MPa级时，延伸率仍然高达24%以上。而且具有良好的高温性能，600℃时的屈服强度仅为室温屈服强度的72.3%，超过了室温屈服强度的2/3，满足上述建筑用耐火钢的要求，而普通建筑用钢在600℃时的屈服强度远远小于室温屈服强度的2/3，无法确保建筑物的承载安全。

2、试验钢的耐蚀性能

为测定耐大气腐蚀性能，进行盐雾腐蚀实验，实验按GB/T10125－1997采用中性盐雾腐蚀，设备为NQ－0130盐雾腐蚀实验箱。实验条件为：

（1）用去离子水配成5%NaCl溶液，pH值在6.7～7.2；

（2）实验温度为35±2℃；

（3）盐雾沉降量为2ml/80，间隙喷雾，间隙时间为5s；

（4）实验周期：每隔24h为一个周期，实验时间总长为10天，按每个实验周期取样；

（5）取普碳钢Q235作为对比试样；

（6）试验钢试样的尺为寸40mm×40mm×1mm，对比钢的尺寸为40mm×40mm×0.6mm，每组每周期3个平行样，10个周期共60个样。

图20分别示出了经过（a）第1天、（b）第2天、（c）第3天、（d）第4天、（e）第5天、（f）第6天、（g）第7天、（h）第8天、（i）第9天、（j）第10天时的试验用钢盐雾试验不同周期内的表面形貌；图21分别示出了经过（a）第1天、（b）第2天、（c）第3天、（d）第4天、（e）第5天、（f）第6天、（g）第7天、（h）第8天、（i）第9天、（j）第10天时的对比钢盐雾试验不同周期内的表面形貌；图22分别示出了（a）试验钢、（b）对比钢经过盐雾腐蚀后第7天在试样上刮下锈层的形貌。

如图23所示，随着腐蚀时间的延长，试验用钢的失重速率的增加趋势一直要低于普碳钢，腐蚀失重的顺序为试验用钢<对比钢，这说明耐火耐候钢的耐蚀性较普通建筑用钢要好。

如图24所示，前几个周期试验用钢并没有显示出其耐蚀能力的优越性。从第5天开始试验用钢的年减薄速率呈下降趋势，对比钢却毫无下降的趋势。当盐雾试验达到第10天时，对比钢的年减薄速率为2.4908mm/a，而试验用钢的年减薄速率仅为1.1239mm/a，其耐腐蚀性能已经达到对比钢的2倍以上。

综上所述，通过对本发明的耐火耐候钢进行成分设计，确定了试验用钢成分特点，采用真空冶炼、锻造、热轧、冷轧的制备方法，得到了满足性能的耐火耐候钢试验板料。并对其工艺性能、软化处理和耐火耐候性能进行了研究和测试。

从上述测试及分析中可得出如下结论。在性能方面，试验用钢常温屈服强度484.20MPa、抗拉强度573.59MPa、断后延伸率24.44%，600℃时屈服强度350.00MP，仅为室温屈服强度的72.3%，超过了室温屈服强度的2/3，满足耐火性能要求；盐雾试验结果，对比钢年减薄速率为2.4908mm/a，而试验用钢仅为1.1239mm/a，其耐腐蚀性能已经达到对比钢的2倍以上，满足耐候性能要求。与其他同类钢材相比，本发明的耐火耐候建筑钢材的常温力学性能更好，强度塑性较高，耐候性能优越。在成本方面，本发明的耐火耐候钢与现有的耐火耐候钢的成分经对比计算后，发现材料的成本差别不大，与现有产品持平。采用本发明的制造方法制造的耐火耐候建筑钢材，钢材厚度可达0.5～6mm，解决了现有同类钢材厚度较大的弊端，可应用于金属围护板以及其他金属建筑板材对于小厚度钢材的要求。

本发明的耐火耐候钢的成分中，提高耐火性能的元素有Cr、Mo、Nb，提高耐候性能的元素有Cu、P、Ni、Cr，微合金强化元素有Ti、V、Nb等。另外，Zr可根据耐蚀性的要求适量添加或不添加。

本发明可广泛应用于低合金钢领域。

Claims (4)

1.一种耐火耐候建筑钢材，其特征在于：包括以下重量百分比的化学成分：C0.08～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.50％，S≤0.03％，Cr0.40～0.80％，Mo0.25～0.40％，Nb0.02～0.04％，P0.05～0.12％，Cu0.25～0.55％，Ni0.04～0.07％，V0.02～0.08％，N0.011～0.020％，Ti0.008～0.016％，Zr≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述耐火耐候建筑钢材的厚度为0.5～6mm；所述耐火耐候建筑钢材采用以下方法制造：(1)冶炼：将配料按比例混合加入到真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1600～1650℃，保温10～20min，将钢液倒入铸模内，15～25min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温；(2)锻造：将坯料装入加热炉，在炉温达到750～850℃下保温15～20min后，按加热炉最大升温速度升到1050～1150℃后保温25～35min；然后对坯料进行倒棱、镦粗、拔长过程的锻造制坯，锻造温度范围为900～1100℃；最后空冷至室温；(3)热轧：将坯料装入加热炉，在1050～1150℃下保温50～70min；开轧温度为1050～1100℃、终轧温度为850～900℃下进行多次轧制，卷曲温度为500～550℃，最后空冷至室温；(4)冷轧：首先进行去应力退火，以适当降低热轧板卷的内应力，将热轧板卷料装入加热炉，在450～550℃下保温50～70min；然后用15～25％浓度的盐酸溶液，在75～80℃下对退火后的卷料进行酸洗；最后进行多次冷轧，总压下率为60～80％；(5)软化：在气氛保护采用氩气的条件下进行再结晶退火处理，将冷轧后的板料装入加热炉，以375℃/h的升温速度，将温度从室温升高到250℃，保温10～15min，然后以250℃/h的升温速度，将温度从250℃升高到500℃，保温10～15min，再以200℃/h的升温速度，将温度从500℃升高到700℃，保温50～70min，最后炉冷至室温。

2.一种耐火耐候建筑钢材的制造方法，所述耐火耐候建筑钢材包括以下重量百分比的化学成分：C0.08～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.50％，S≤0.03％，Cr0.40～0.80％，Mo0.25～0.40％，Nb0.02～0.04％，P0.05～0.12％，Cu0.25～0.55％，Ni0.04～0.07％，V0.02～0.08％，N0.011～0.020％，Ti0.008～0.016％，Zr≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；其特征在于：所述耐火耐候建筑钢材的制造方法包括以下步骤：(1)采用真空感应熔炼炉冶炼：将配料按比例混合加入到真空感应电炉中，然后抽真空，加热至1600～1650℃，保温10～20min，将钢液倒入铸模内，15～25min后将坯料从铸模内取出，空冷至室温；(2)冶炼后对坯料进行锻造的步骤：将坯料装入加热炉，在炉温达到750～850℃下保温15～20min后，按加热炉最大升温速度升到1050～1150℃后保温25～35min；然后对坯料进行倒棱、镦粗、拔长过程的锻造制坯，锻造温度范围为900～1100℃；最后空冷至室温；(3)锻造后进行热轧的步骤：将坯料装入加热炉，在1050～1150℃下保温50～70min；开轧温度为1050～1100℃、终轧温度为850～900℃下进行多次轧制，卷曲温度为500～550℃，最后空冷至室温；(4)热轧后进行冷轧的步骤：首先进行去应力退火，以适当降低热轧板卷的内应力，将热轧板卷料装入加热炉，在450～550℃下保温50～70min；然后用15～25％浓度的盐酸溶液，在75～80℃下对退火后的卷料进行酸洗；最后进行多次冷轧，总压下率为60～80％；(5)冷轧后进行软化的步骤：在气氛保护采用氩气的条件下进行再结晶退火处理，将冷轧后的板料装入加热炉，以375℃/h的升温速度，将温度从室温升高到250℃，保温10～15min，然后以250℃/h的升温速度，将温度从250℃升高到500℃，保温10～15min，再以200℃/h的升温速度，将温度从500℃升高到700℃，保温50～70min，最后炉冷至室温。

3.根据权利要求2所述的耐火耐候建筑钢材的制造方法，其特征在于：热轧冷却后的钢材厚度为2.5～15mm。

4.根据权利要求2所述的耐火耐候建筑钢材的制造方法，其特征在于：冷轧后的钢材厚度为0.5～6mm。