CN103422027B - 一种经济型低屈服点钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁技术领域，涉及一种钢材及其生产方法，具体的说是一种经济型低屈服点钢及其生产方法，其化学成分按重量百分比计为：C：0.03～0.1%，Si：0.1～0.3%，Mn：0.1～0.5%，Cr：1.0～3.0%，Ni：0.1～0.2%，Cu：0.1～0.2%，Ti：0.01～0.02%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；该生产方法包括：冶炼工艺、轧制工艺和热处理工艺；该产品具有合理的化学成分设计，简单的生产工艺，通过轧制与热处理工艺，获得了性能稳定的经济型低屈服点钢。

Description

一种经济型低屈服点钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，涉及一种钢材及其生产方法，具体的说是一种经济型低屈服点钢及其生产方法。

背景技术

地球上每年都有大量的地震发生，给人类的生命和财产造成了巨大损失，我国自从唐山大地震后，我国就对城市建筑和抗震标准进行了严格规定，但是在强烈地震时，仍然有大量建筑物倒塌，为了降低地震带来的损失，研究人员在建筑物抗震方面作了大量研究工作，随着建筑物抗震技术的发展及对抗震机理的深入分析，消能抗震成为建筑物抗震技术的一个发展趋势。

随着钢结构建筑事业的发展，提高钢结构的抗震性能成为保证建筑安全的必要措施之一；而消能阻尼器利用软钢良好的滞回性能耗散输入的地震能量，地震时，这些阻尼器先于其他结构材料热处理技术件承受地震载荷作用，并首先发生屈服，靠反复载荷滞后吸收地震能量，抗震效果更好，用于制作这些消能阻尼器的低屈服点钢从而成为抗震用钢的一个新钢种。

目前市场上低屈服点钢按照级别可以分为三种：100MPa级、160MPa、225MPa，首先研发的国家是日本，国内研发的企业主要有宝钢、鞍钢，武钢等等，以下是与之相关的专利：

公开号为：JP2004339548A的日本专利公开了一种225MPa或235MPa低屈服点钢和它的生产方法，该产品的化学成分重量百分比为：C:0.005～0.04%，Si≤0.5%，Mn≤1.0%，P≤0.02%，S≤0.01%，Ti：0.01～0.1%，Cr：0.05～1.0%，Al≤0.06%和N≤0.006%，余量为铁和不可避免的杂质，该产品采用较低的C-Si-Mn为基础添加了Cr、Mo、Ni、Cu、B、Nb等合金中的一种或多种成分，成分比较复杂，对于工艺要求较高，添加了较多种类的贵重金属，成本较高，该设计使用贵重金属元素固碳，成本高且对碳含量要求严格。

公开号为：CN101775536A的中国专利公开了：一种225MPa级抗震用低屈服强度钢及其制造方法，该发明采用低C,低Si-Mn的成分设计，并选择添加了Ti、Nb或V中的一种或者多种，该设计使用贵重金属元素固碳，成本高且对碳含量要求严格。

公开号为：CN101781736的中国专利公开了一种屈服强度225MPa级抗震建筑用钢及其生产方法，该发明采用低C,低Si-Mn的成分设计，添加了Re、Mg等金属元素，该设计方案添加的合金冶炼难度较大、工艺难以控制，而且后续热处理时间长，增加了生产周期和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种经济型低屈服点钢及其生产方法，该产品具有合理的化学成分设计，简单的生产工艺，通过轧制与热处理工艺，获得了性能稳定的经济型低屈服点钢。

本发明解决以上技术问题的技术方案为：

一种经济型低屈服点钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括：C：0.03～0.1%，Si：0.1～0.3%，Mn：0.1～0.5%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，Ni：0.1～0.2%，Cu：0.1～0.2%，Ti：0.01～0.02%，Cr：1.0～3.0%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；利用铬对钢中的固溶碳进行固定，并在后续的热处理过程中长大吸碳，有效降低钢材的屈服强度并提高延伸率。

本发明所述的经济型低屈服点钢屈服强度很低，同时对碳含量的控制不仅是为了有效降低屈服强度、并保证高的延展率、良好的低温韧性及焊接性能，必须尽量降低合金元素的添加量、减少强化因素，实现各元素的合理匹配，因此本发明各组分限定范围的原因如下：

C：碳是钢中最常规的合金元素，碳对强度的贡献很大，在本发明中，考虑到冶炼难度和成本，碳含量控制在0.03～0.1%的范围内。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，在本发明中将硅限定在0.1～0.3%的范围内。

Mn：锰是钢中最有效的提高性能元素，具有推迟奥氏体向铁素体的转变的作用，对细化组织，提高强度和韧性有利。当锰的含量较低，上述作用不显著，过高则会引起连铸坯偏析，造成钢板的性能不均匀，本发明中锰含量控制在0.1～0.5%的范围内。

Cr：铬可以捕捉钢中的碳形成铬系碳化物，降低钢中自由碳含量且形成的碳化物粗大均匀，可以显著降低钢的屈服强度和提高延伸率，并且铬还可以提高钢的耐蚀性能，本发明中铬含量控制在1.0～3.0%的范围内。

Ni：镍可以提高钢的低温韧性，同时可以抑制氯离子对钢材的腐蚀，也可以改善铜在钢中引起的热脆性，但是镍是贵重金属大量添加会急剧增加成本，且影响焊接性能，根据要求添加合适量，本发明中镍含量控制在0.1～0.2%的范围内。

Cu：铜是不降低韧性提高强度的有效元素，同时改善钢的耐候性能，但是铜会在钢中引起热脆性，因此本发明中铜含量控制在0.1～0.2%的范围内。

Ti：添加微量的Ti的目的是与钢中N结合，不仅生成稳定性很高的TiN粒子，消除钢中固溶的N原子，而且生成的TiN粒子粗大均匀，可减少TiN对钢板屈服强度的影响，因此Ti含量控制在0.01～0.02%

P：作为钢中有害夹杂对钢的力学性能损害很大，尤其对无间隙原子的极低屈服点宽厚钢板，P会造成严重的晶界脆化，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，P控制在≤0.015％。

S：在钢中形成有害的硫化物夹杂物，对钢板的拉伸延伸率损害很大，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，S含量需要控制在≤0.0020％。

一种经济型低屈服点钢的生产方法，包括冶炼工艺、连铸工艺、轧制工艺和热处理工艺，所述冶炼工艺采用转炉冶炼，通过顶吹，充分脱碳，使用LF精炼进行脱氧、脱硫、合金化，再采用RH精炼降低有害气体N、H含量，最后上板坯连铸，其特征在于：

所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，轧制每道次压下率15～20%，保证终轧温度介于820℃~850℃，随后空冷；

所述热处理工艺：将空冷后的钢板再进行加热，采用正火热处理，钢板加热温度介于900℃～950℃，正火加热时间为1～2min/mm，保温时间为10～20min，随后空冷。

本发明进一步限定的技术方案为：

进一步的，低屈服点钢的显微组织为块状铁素体和珠光体。

进一步的，铁素体和珠光体的晶粒度控制在6.5～7.5级。

进一步的，经济型低屈服点钢强度级别为≥225MPa，屈强比≤60%，延伸率≥50%，-20℃低温冲击≥250J。

进一步的，连铸坯的化学成分满足C：0.03%，Si：0.1%，Mn：0.1%，P：0.011%，S：0.0016%，Ni：0.1%，Cu：0.1%，Ti：0.01%，Cr：1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述块状铁素体和珠光体的晶粒度控制在6.5级；所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度为1150℃，轧制每道次压下率15%，保证终轧温度为820℃；所述热处理工艺：钢板加热温度为900℃，正火加热时间为1min/mm，保温时间为10min；所述成品的性能为：屈服强度225MPa，屈强比56%，延伸率50%，-20℃低温冲击250J。

进一步的，连铸坯的化学成分满足C：0.1%，Si：0.3%，Mn：0.5%，P：0.015%，S：0.0020%，Ni：0.2%，Cu：0.2%，Ti：0.02%，Cr：3.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述块状铁素体和珠光体的晶粒度控制在7.5级；所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度为1250℃，轧制每道次压下率20%，保证终轧温度为850℃；所述热处理工艺：钢板加热温度为950℃，正火加热时间为2min/mm，保温时间为20min；所述成品的性能为：屈服强度229MPa，屈强比60%，延伸率54%，-20℃低温冲击290J。

进一步的，连铸坯的化学成分满足C：0.07%，Si：0.2%，Mn：0.3%，P：0.013%，S：0.0018%，Ni：0.15%，Cu：0.15%，Ti：0.015%，Cr：2.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述块状铁素体和珠光体的晶粒度控制在7级；所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度为1200℃，轧制每道次压下率17%，保证终轧温度为830℃；所述热处理工艺：钢板加热温度为930℃，正火加热时间为1.5min/mm，保温时间为15min；所述成品的性能为：屈服强度227MPa，屈强比58%，延伸率52%，-20℃低温冲击270J。

本发明的有益效果为：1、通过科学的的化学成分设计方式，配合以常规轧制与热处理工艺便可获得均匀粗大的块状铁素体+珠光体组织，晶粒度为6.5～7.5级；2、本发明生产的以经济型低屈服点钢综合力学性能优异，屈强比≤60%，延伸率≥50%，-20℃低温冲击≥250J；3、本发明生产的经济型低屈服点钢通过添加Cr利用铬对钢中的固溶碳进行固定，并在后续的热处理过程中长大吸碳，有效降低钢材的屈服强度并提高延伸率，无需RH真空脱碳处理，且对碳含量的要求范围宽，降低了生产工艺难度；4、本发明生产的经济型低屈服点钢利用相对廉价的铬固定钢中的自由碳，节约的Nb、V等贵重金属，降低生产成本；5、本发明的热处理保温时间短，增加热处理生产效率，提高效益；6、本发明的制造方法无需特殊的设备及操作，生产工艺稳定，可操作性强，产品质量稳定。

附图说明

图1为500倍光镜下，在钢板厚度方向1/2处典型组织。

具体实施方式

实施例

一种经济型低屈服点钢的生产方法，包括如下工序：

1）冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹，充分脱碳；采用RH精炼降低有害气体N、H含量，然后使用LF精炼进行脱氧、脱硫、合金化，最后上板坯连铸，铸坯的化学成分按重量百分比计符合：C：0.03～0.1%，Si：0.1～0.3%，Mn：0.1～0.5%，Cr：1.0～3.0%，Ni：0.1～0.2%，Cu：0.1～0.2%，Ti：0.01～0.02%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%。

根据本发明的生产工艺，冶炼工艺中本发明的钢种实际化学成分如表1所示；

表1本发明实施例的化学成分（wt%）：

；

2）轧制工艺：轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，轧制每道次压下率15～20%，保证终轧温度介于820℃~850℃，随后空冷；

表2本发明实施例的轧制工艺参数：

；

3）热处理工艺：采用正火热处理，钢板加热温度介于900℃～950℃，正火加热时间为1～2min/mm，保温时间为10～20min，随后空冷；具体工艺参数如表3；

表3本发明实施例的热处理工艺参数：

；

4）按照本发明的工艺获得的产品性能如表4；

表4本发明实施例的产品性能：

。

从上述表1-表4中的数据可以看出，按照本发明生产的以经济型低屈服点钢力学性能优异，对碳含量的要求较为宽松，不需要炉外精炼的真空脱碳处理，降低了生产工艺难度，提高生产稳定性，增加生产效率，提高效益；除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种经济型低屈服点钢的生产方法，包括冶炼工艺、连铸工艺、轧制工艺和热处理工艺，所述冶炼工艺采用转炉冶炼，通过顶吹，充分脱碳，使用LF精炼进行脱氧、脱硫、合金化，再采用RH精炼降低有害气体N、H含量，最后上板坯连铸，其特征在于：所述连铸坯的化学成分满足C：0.03%，Si：0.1%，Mn：0.1%，P：0.011%，S：0.0016%，Ni：0.1%，Cu：0.1%，Ti：0.01%，Cr：1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，块状铁素体和珠光体的晶粒度控制在6.5级；所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度为1150℃，轧制每道次压下率15%，保证终轧温度为820℃；所述热处理工艺：钢板加热温度为900℃，正火加热时间为1min/mm，保温时间为10min；所述成品的性能为：屈服强度225MPa，屈强比56%，延伸率50%，-20℃低温冲击250J。

2.一种经济型低屈服点钢的生产方法，包括冶炼工艺、连铸工艺、轧制工艺和热处理工艺，所述冶炼工艺采用转炉冶炼，通过顶吹，充分脱碳，使用LF精炼进行脱氧、脱硫、合金化，再采用RH精炼降低有害气体N、H含量，最后上板坯连铸，其特征在于：所述连铸坯的化学成分满足C：0.1%，Si：0.3%，Mn：0.5%，P：0.015%，S：0.0020%，Ni：0.2%，Cu：0.2%，Ti：0.02%，Cr：3.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，块状铁素体和珠光体的晶粒度控制在7.5级；所述轧制工艺：轧前连铸坯加热温度为1250℃，轧制每道次压下率20%，保证终轧温度为850℃；所述热处理工艺：钢板加热温度为950℃，正火加热时间为2min/mm，保温时间为20min；所述成品的性能为：屈服强度229MPa，屈强比60%，延伸率54%，-20℃低温冲击290J。

3.根据权利要求1或2所述的一种经济型低屈服点钢的生产方法，其特征在于：其生产所得低屈服点钢的化学成分按重量百分比计包括：C：0.03～0.1%，Si：0.1～0.3%，Mn：0.1～0.5%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，Ni：0.1～0.2%，Cu：0.1～0.2%，Ti：0.01～0.02%，Cr：1.0～3.0%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

4.根据权利要求1或2所述的一种经济型低屈服点钢的生产方法，其特征在于：所述铁素体和珠光体的晶粒度控制在6.5～7.5级。

5.根据权利要求3所述的一种经济型低屈服点钢的生产方法，其特征在于：所述经济型低屈服点钢强度级别为≥225MPa，屈强比≤60%，延伸率≥50%，-20℃低温冲击≥250J。