CN103695773A - 屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.051~0.155%，Si：0.20～0.60%，Mn：1.82～2.55%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.081~0.090%，Ti：0.010~0.025%，Mo：0.41~0.60%，W：0.08~0.10%，Mg：0.0071~0.0095%，O：≤0.0010%；生产步骤：铁水脱硫；转炉冶炼；真空处理，添加Mg元素；常规连铸并对铸坯加热；分段轧制；终轧后进行冷却，待用。本发明优点：化学成分、工艺简单，钢板屈服强度在690~850MPa，抗震性能好即屈强比≤0.83，耐火性能优良即600℃屈服强度不低于室温下的2/3，耐腐蚀性能优于CortenB。此外，钢种也具有优良的冲击韧性及焊接性能。

Description

屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用钢及其生产方法，具体地属于一种屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法。 

背景技术

高层钢结构建筑物快速发展，对用于制作柱、梁等结构件的钢板在强度、防火性能、耐候性能、抗震性能等方面均提出了新的要求，这是因为：使用高强度钢种可以完善结构用钢强度等级，避免因钢材厚度过大而在后续加工、焊接过程中产生质量问题，同时也可以减轻结构重量，降低建造成本，减少钢材浪费量，提高结构的可靠性；可减少因火灾、地震等因素对结构造成的损坏，延长人员疏散时间，减少生命财产损失，增加建筑物安全使用性能；可以减少或免除因涂装、维护引起的昂贵费用，减少钢材因腐蚀而对结构造成安全隐患。 

经检索：中国专利申请号CN201110247615.0的专利文献公开了一种耐火抗震建筑用钢，其化学成分（按重量百分比）为：C：0.1%~0.18%，Si：0.1%~0.50%，Mn：1%~1.80%，P≤0.025%，S≤0.015%，Cr≤0.50%，Mo≤0.30%，Al≤0.04%，N≤0.007%，Ca≤0.006%，以及Nb≤0.050%，V≤0.055%，Ti≤0.035%中的一种或两种以上，且Nb+V+Ti≤0.055%，余为铁和不可避免的杂质。其制造方法包括：加热温度1180℃，保温3h，开轧温度≥1180°C，控轧末三道累计压下率≥35%，终轧温度为860~900°C，终轧后直接空冷至室温，或以5-15°C/s冷速冷却到室温。这样得到的钢具备优异的耐火性，R_p0.2(600°C屈服强度)/R_p0.2(室温屈服强度)≥2/3，具备低的屈强比(屈强比R_p0.2/R_m≤0.75)，抗震性能好。该专利文献发明仅限于屈服强度235~460MPa钢种，钢中P、S含量较多，对后续焊接性能有一定的影响，此外，该钢种也不具有良好的耐侯性能。 

中国专利申请号为CN200910180490.7的专利文献，公开了一种非调质针状组织高强度低屈强比耐候钢及其制备方法，该钢种包含的成分及其基本成分重量百分比为：C：0.03%~0.08%，Si：0.30%~0.60%，Mn：1.30%~1.80%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cu：0.30%~0.60%，Ni：0.20%~0.50%，Cr：0.40%~0.80%，Mo：0.10%~0.40%，Nb：0.030%~0.080%及Ti≤0.04%；可选成分：Als≤0.04%及RE≤0.40kg/t钢或Ca≤0.005%中的两种或两种以上；以及余量的Fe和杂质，其焊接冷裂纹敏感性系数低，耐腐蚀指数高。该发明钢种虽然成分简单，具有优异的成型性、耐候性、焊接性和低温韧性，同时其制备工艺简单，无需热处理，生产周期短，生产成本低的特点。但其含有较多的Ni、Cu贵重元素，且不具有耐火性能。 

中国专利申请号为CN200910056602.8的专利文献，公开了一种屈服强度在700MPa以上韧性优良的高耐蚀性含Cr耐候钢及其制造方法。所述耐候钢的成分质量百分比含量为：C：0.02%~0.10%，Si：0.1%~0.4%，Mn：0.3%~1.3%，P≤0.01%，S≤0.006%，Cu：0.2%~0.5%，Cr：2.5%~10%，Ni：0.2%~1.0%，Nb：0.02%~0.06%，Al：0.01%~0.05%，N≤0.005%，Ti：0.02%~0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质。所述钢制成的钢板具有700MPa以上的屈服强度和优良的韧性，同时其相对腐蚀率比传统耐候钢降低1倍，满足铁路车辆用钢提高耐腐蚀的要求。但其主要针对铁路车辆用钢研发，采用热连轧卷取工艺生产，钢中含有较多量的Cr元素，不利于钢板焊接及低温韧性，此外，钢种也不具有耐火性能。 

上述专利文献共性的不足：钢种强度级别相对不高；钢板不同时具备耐火、耐候性能；钢中含有较多量的Cu、Cr、Ni贵重元素。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种屈服强度不低于690MPa、同时具有优良的耐火、耐候及抗震性能的屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法。

实现上述目的的措施： 

屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.051~0.155%，Si：0.20～0.60%，Mn：1.82～2.55%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.081~0.090%，Ti：0.010~0.025%，Mo：0.41~0.60%，W：0.08~0.10%，Mg：0.0071~0.0095%，O：≤0.0010 %，其余为Fe及不可避免的夹杂。

进一步地：添加有Sb：0.08~0.1%或Zr：0.08~0.12%或两种以任意比例的混合物。 

优选地：S：≤0.001%。 

生产屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢的方法，其步骤： 

1）进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001%；

2）进行转炉冶炼，并控制钢水中C：0.051~0.155%，P≤0.008%；

3）在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg：0.0071~0.0095%，并控制O≤0.001%；

4）常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在 1200～1320℃；

5）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080～1180℃，控制精轧开轧温度不高于980℃，控制精轧终轧温度在800～860℃，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于35%；

6）终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750～820℃，控制冷却速度在2.5～10.5℃/秒，控制返红温度≤600℃；待用。

本发明中各元素的作用 

C是提高钢材强度最有效的元素，碳含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证钢板获得良好的综合性能，本发明钢碳元素含量设计为0.051～0.155%。

Si能改善钢的耐腐蚀性能，常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中，以提高这些合金的耐蚀性，使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能。研究表明，在湿热大气环境中，Si能明显改善碳钢和低合金钢的耐大气腐蚀性能，另外，Si还能提高低合金钢在海水中飞溅带的耐蚀性。本发明钢的Si含量设计为0.20~0.60%。 

Mn是重要的强韧化元素，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，而冲击转变温度几乎不发生变化。含1%的Mn大约可提高抗拉强度100MPa，同时，Mn稍有提高钢的耐大气腐蚀性能的效果。本发明钢力学性能要求较高，综合钢的耐腐蚀性能，本发明钢将Mn含量设计为1.82~2.55%。 

P、S是钢中的杂质元素。P具有一定的提高耐腐蚀性作用，但P是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害。S元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素。本发明钢，在冶金质量方面严格控制了硫、磷含量水平，即P≤0.008%，S≤0.002%，优选的S：≤0.001%，以满足钢种对纯净度、冲击韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能的要求。 

Ti、Nb是两种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢板轧后冷却的过程中析出碳氮化合物，提高钢板强度。同时，由于析出物熔解温度较高，能够提高钢板在600℃的强度，提高耐火性能。本发明将Ti、Nb元素含量控制为Ti：0.010~0.025%、Nb：0.081~0.090%。 

Mo、W元素可以提高腐蚀的均匀性，抑制局部腐蚀。此外，Mo、W也是提高钢板高温强度最有效的元素。尤其是Mo元素，通常其含量越高，其高温强度越高，但Mo元素成本较高，过量可引起焊接性能下降，因此，本发明将Mo、W含量控制为：Mo：0.41~0.60%、W：0.08~0.10%。 

Mg是一个金属活泼性特别强、熔点和沸点都比较低的碱土金属。在钢中有着脱硫、脱氧、减少夹杂物分布及改变夹杂物形状的作用，经过Mg处理的铝脱氧钢在夹杂物总数和单位面积上夹杂物个数都远远小于经过Ca处理的铝脱氧钢中夹杂物总数和单位面积上夹杂物个数；用Mg处理铝脱氧钢在控制钢液总氧含量方面达到并略优于Ca处理铝脱氧钢，并且明显优于单独用铝脱氧的钢，所以本发明用镁处理生产超低氧的纯净钢。此外，Mg溶解可以提高PH值，能够抑制因铁溶解而引起的局部阳极上的水解反应造成的PH值降低，即抑制腐蚀反应，提高耐蚀性。本发明钢Mg含量控制在0.0071~0.0095%范围，O含量控制为≤0.0010%。 

Sb元素可以提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀性能，并提高耐酸腐蚀性。此外，还具有海水飞沫环境下在PH值降低时提高耐腐蚀性的效果。本发明将其含量分别选择为Sb：0.08~0.10%。 

Zr可优先形成硫化物，抑制MnS的生成，全面改善耐腐蚀性能。但过量的Zr易导致冲击韧性下降，本发明将其含量选择在0.08~0.12%。 

本发明的钢具有如下优点： 

1）钢板化学成分、工艺简单，钢板强度高（屈服强度：690~850MPa），抗震性能好（屈强比≤0.83），耐火性能优良（600℃屈服强度不低于室温下的2/3），耐腐蚀性能优于CortenB。此外，钢种也具有优良的冲击韧性及焊接性能。

2）通过低S含量（S≤0.002%）控制，利用Mg脱氧及控制钢中夹杂物数量、形态，达到抑制腐蚀反应提高耐蚀性的作用，并适量添加Sb、Zr等元素进一步提高钢种耐蚀性。本发明钢未添加Cu、Cr、Ni等常规提高耐蚀性贵重元素。 

3）本发明钢可用于对钢板强度、耐火性能、耐侯性能、抗震性能均有一定要求的建筑结构及装置。可以改善或者减少因火灾、腐蚀、地震引起的人员及财产损失，降低维护成本，提高使用安全性。 

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述： 

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产： 

1）进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001%；

2）进行转炉冶炼，并控制钢水中C：0.051~0.155%，P≤0.008%；

3）在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg：0.0071~0.0095%，并控制O≤0.001%；

4）常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在 1200～1320℃；

5）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080～1180℃，控制精轧开轧温度不高于980℃，控制精轧终轧温度在800～860℃，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于35%；

6）终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750～820℃，控制冷却速度在2.5～10.5℃/秒，控制返红温度≤600℃；待用。

表1  本发明各实施例及对比例的化学组分及重量百分含量 

表2  本发明各实施例及对比例的主要工艺参数

表3  本发明各实施例及对比例的的力学性能检测结果

注：钢种耐火性能以600℃屈服强度不低于室温下的2/3来评定；耐候性能通过周浸腐蚀试验264h后的质量损失评定，具体腐蚀试验条件如下：

试验溶液：1.0×10^-2mol/L  NaHSO₃；补给溶液：2.0×10^-2mol/L  NaHSO₃；

试验温度：45±2℃；相对湿度：70±5%；周浸轮转速：1圈/60分钟。

通过表3数据可以看出：1）本发明的实施例钢材产品的屈服强度、冲击韧性整体优于对比钢。而且，对比钢1、对比钢2屈服强度均未达到690MPa； 

2）本发明的实施例钢材耐火性能优良，满足600℃屈服强度不低于室温下2/3的规定，而对比钢2、对比钢3耐火性能不满足要求；

3）本发明的实施例钢材耐候性能相对于CortenB钢提高了一倍以上，也优于对比钢。

本发明钢是一种屈服强度不低于690MPa、同时具有优良的耐火、耐候及抗震性能建筑用结构钢，综合性能优良。 

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。 

Claims (4)

1.屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.051~0.155%，Si：0.20～0.60%，Mn：1.82～2.55%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：0.081~0.090%，Ti：0.010~0.025%，Mo：0.41~0.60%，W：0.08~0.10%，Mg：0.0071~0.0095%，O：≤0.0010 %，其余为Fe及不可避免的夹杂。

2.如权利要求1所述的屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其特征在于：添加有Sb：0.08~0.1%或Zr：0.08~0.12%或两种以任意比例的混合物。

3.如权利要求1所述的屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢，其特征在于：S：≤0.001%。

4.生产权利要求1所述的服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢的方法，其步骤：

1）进行铁水脱硫，并控制铁水中S≤0.001%；

2）进行转炉冶炼，并控制钢水中C：0.051~0.155%，P≤0.008%；

3）在RH炉中进行真空处理，添加Mg元素，使Mg：0.0071~0.0095%，并控制O≤0.001%；

4）常规连铸并对铸坯加热，控制加热温度在 1200～1320℃；

5）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1080～1180℃，控制精轧开轧温度不高于980℃，控制精轧终轧温度在800～860℃，控制前三道次每道次压下量不低于5%，最后三道次累计压下率不低于35%；

6）终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750～820℃，控制冷却速度在2.5～10.5℃/秒，控制返红温度≤600℃；待用。