CN104046902A

CN104046902A - 一种低钼高钛590MPa级建筑用耐火钢板及其制造方法

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Publication number: CN104046902A
Application number: CN201410308745.4A
Authority: CN
Inventors: 韩杰; 王文生; 李俊玉; 张兴锦; 王毅; 王爱伟; 种法国; 许荣昌
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN104046902B

Abstract

本发明公开了一种低钼高钛590MPa级建筑用耐火钢板，该耐火钢板包含的化学成分按其重量百分比计为：C0.04～0.12％、Si0.10～0.35％、Mn0.6～1.2％、Al0.015～0.045％、Cr0.10～0.50％、Mo0.01～0.25％、Nb0.015～0.035％、Ti0.05～0.12％、N≦0.004％、O≦0.003％、P≦0.015％、S≦0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；且杂质元素含量不超过0.05％。本发明还提供相应耐火钢板的制备方法。本发明的耐火钢板中贵重金属Mo、Nb含量少，不含Ni，创造性地利用廉价金属Ti的纳米碳化物析出，强固且弥散分布的TiC有效地提高了高温强度，亦可改善焊接性能，极大地降低了合金成本。本发明采用控轧控冷工艺生产，无后续热处理，生产操作简单，工艺成本较低，生产效率高。

Description

一种低钼高钛590MPa级建筑用耐火钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金钢制造领域，具体涉及一种低钼高钛590MPa级高性能建筑结构用耐火钢板及其制造方法。

背景技术

钢结构作为现代建筑的重要结构形式，代表了当今建筑结构发展的新潮流，扩大了钢铁产品的应用，促进了建筑用钢的发展。但钢结构建筑存在一个致命的缺陷，即防火性能差。为了防止火灾给钢结构建筑造成灾难性破坏，确保人员、财产的安全，建筑标准规定应用耐火涂层保护钢结构。但喷涂耐火涂层会对环境造成污染，延长工期，提高了建筑成本。安全、环保、降低成本和提高劳动生产率是现代建筑发展的趋势之一，耐火钢正是为了适应这一发展趋势而产生。

日本的建筑钢结构发展最快，新钢材、新技术开发最先进、应用范围最广，其建筑领域所用的钢材约占普通钢的30％左右。日本耐火钢的研究开发工作处于世界领先地位，主要产品为板材和H型钢。中国从20世纪90年代末开始从事耐火钢方面的研究。近年来，宝钢、沙钢、南钢等相继研发了抗拉强度大于590MPa的高强度耐火钢。

专利文献CN101775552B公开了一种高强度高韧性低屈强比耐火钢及制造方法，其成分和重量百分含量为：C0.05～0.14％、Si0.15～0.50％、Mn0.5～1.2％、P≦0.025％、S≦0.015％、Cu0.10～0.40％、Ni0.10～0.50％、Nb0.015～0.050％、Ti0.005～0.040％、V0.010～0.050％、Cr0.10～0.50％、Mo0.20～0.50％、Al0.015～0.05％，余量为Fe及不可避免的夹杂。该钢性能优异，但钢中添加了大量的Mo、Ni、V等合金元素，制造成本较高。

专利文献CN102181792B公开了一种低成本高强高韧抗震耐火钢及制备工艺，其包含按重量百分比计的如下组分：C0.05～0.09％、Si0.10～0.30％、Mn0.60～1.00％、Mo0.20～0.40％、Cr≦0.10％、Cu＜0.10％、Ni＜0.10％、Nb0.02～0.04％、V0.01～0.04％、Ti0.01～0.04％、Al0.02～0.04％、N≦0.006％、P≦0.010％、S≦0.006％，以及Fe及杂质。该钢采用Mo+Nb合金体系，成分简单，但贵重合金Mo含量较高。

专利文献CN103614638A公开了一种高铌Q460级耐火钢及制造方法，其包含按重量百分比计的如下组分：C0.01～0.20％，Si0.1～0.4％，Mn0.5～1.5％，Cr0.1～1.0％，Mo0.01～0.2％，Nb0.05～0.15％，Ti0.01～0.05％，余量为Fe。该钢降低了贵重金属Mo的添加量，但添加了大量的贵重合金元素Nb。

我国钛铁矿储量丰富，钛铁价格也相当便宜，仅为钼铁或铌铁的1/3～1/4，同时Ti在钢中可产生强烈的沉淀强化效果，提高强韧性。到目前为止，通过添加适量的廉价金属Ti而降低贵重金属Mo、Nb等，从而获得高强度、高韧性及良好抗震性能的耐火钢产品未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低钼高钛590MPa级建筑用耐火钢板及其制造方法。

本发明提供的耐火钢板包含的化学成分(重量百分比)为：C0.04～0.12％、Si0.10～0.35％、Mn0.6～1.2％、Al0.015～0.045％、Cr0.10～0.50％、Mo0.01～0.25％、Nb0.015～0.035％、Ti0.05～0.12％、N≦0.004％、P≦0.015％、S≦0.005％、O≦0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。本成分不添加Cu、Ni、V等元素，且杂质元素含量不超过0.05％。

所述耐火钢板中C含量控制在0.04～0.12％。C可通过间隙固溶提高强度，为保证强度，需0.04％以上的C含量，但含量过高则对焊接性能及冲击韧性产生不利影响，因而将C含量控制在0.12％以下。

所述耐火钢板中Si含量控制在0.10～0.35％。Si在炼钢中是脱氧元素，亦可通过固溶强化提高强度，但有损材料的焊接性及韧性，需控制其上限值为0.35％。

所述耐火钢板中Mn含量控制在0.6～1.2％。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是保证强度不可缺少的元素，其下限为0.6％，但Mn过高可能引起严重的连铸坯中心偏析，造成钢板组织性能不均，其上限控制在1.2％。

所述耐火钢板中Al含量控制在0.015～0.045％。Al的主要作用是脱氧，同时可细化晶粒，但含量过高会导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度。

所述耐火钢板中Cr含量控制在0.10～0.50％。Cr对提高钢的高温性能有明显作用，且与Mo复合作用更易于提高钢的耐火性能，但Cr含量过高将影响钢的韧性，并引起回火脆性，其上限控制为0.50％。

所述耐火钢板中Mo含量控制在0.01～0.25％。Mo是耐火钢中主要的添加元素，Mo含量越高，其高温强度越高，但Mo价格昂贵，导致成本大幅提高，本发明中Mo作为辅助高温强化元素，其含量控制在0.25％以下。

所述耐火钢板中Nb含量控制在0.015～0.035％。Nb能够阻止奥氏体变形后的再结晶，提高奥氏体再结晶温度，有利于实现控轧控冷工艺，与Mo复合加入，能够显著提高Mo钢的高温强度，但过量添加，有损母材韧性及HAZ韧性，故其含量控制在0.015～0.035％。

所述耐火钢板中Ti含量控制在0.05～0.12％。Ti在本发明中作为主要的高温强化元素，且其价格低廉，Ti是强碳/氮化物形成元素，能形成很强固的TiC，可稳定到1300℃，可细化晶粒，提高钢的屈服强度，有利于钢的高温强度，改善焊接性能，其下限不低于0.05％。

所述耐火钢板中P、S含量分别控制在0.015％、0.005％以下。通常情况下，P和S是钢中的有害杂质元素，含量过高会恶化钢的塑韧性及焊接性，故应尽量降低钢中的P、S含量。

优选的，所述耐火钢板包含的化学成分按其重量百分比计为：C0.05～0.09％、Si0.20～0.30％、Mn0.7～1.0％、Al0.030～0.045％、Cr0.25～0.40％、Mo0.05～0.20％、Nb0.015～0.025％、Ti0.05～0.12％、N≦0.004％、O≦0.003％、P≦0.015％、S≦0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；且杂质元素含量不超过0.05％。

本发明的耐火钢板包括粒状贝氏体+M/A+铁素体，组织均匀细小，具有很高的抗回火稳定性，基体及位错处弥散分布着强固稳定的TiC粒子，可稳定到1300℃也不发生溶解或分解。

本发明还提供了该高钛590MPa级耐火钢板的制造方法，包括：

铁水预处理→炼钢→精炼→连铸→铸坯加热→两阶段控制轧制→控制冷却→成品。

1)、冶炼：根据上述化学成分采用氧气转炉进行冶炼，再经炉外精炼，控制钢中杂质含量及氮、氧含量在目标范围内；连铸结晶器采用含高Ti钢用的保护渣，连铸采用电磁搅拌或液芯轻压下，以降低或避免元素偏析；

2)、轧制：连铸坯热装或直装入加热炉，炉温控制在1150～1300℃，在炉时间1.5～3.5h，以使钢中合金元素尽量全部固溶并保证钢坯温度均匀；钢坯出炉经表面除鳞后即进行两阶段控轧，其中第一阶段轧制在1000℃以上完成，以保证轧制过程处于奥氏体再结晶区进而充分细化晶粒，避免发生部分再结晶产生混晶组织，第二阶段开轧温度不宜过高，应控制在980℃以下，终轧温度控制在800～900℃，总变形量宜在60％以上，使位错累积、形成大密度且分布均匀的变形带，进一步细化晶粒，且有利于微合金元素的形变诱导析出；轧后即进行冷却，冷速不宜过高，以促进Ti的析出，即以5～20℃/s的冷却速度冷至550～650℃，随后空冷至室温，即得成品。

经上述工艺，按本发明方法制备获得的耐火钢板含有粒状贝氏体+M/A+铁素体，组织均匀细小，具有很高的抗回火稳定性，基体及位错处弥散分布着强固稳定的TiC粒子，可稳定到1300℃也不发生溶解或分解，这样在发生火灾时，稳定的TiC质点可钉扎位错亚结构进而提高其高温稳定性，此外，有此能稳定到高温的TiC，也可抑制奥氏体晶粒长大粗化，大大改善了焊接性。

本发明的耐火钢板可达到下表所示的力学性能：

本发明的耐火钢板具有以下有益效果：

1)、本发明的耐火钢板中贵重金属Mo、Nb含量少，不含Ni，创造性地利用廉价金属Ti的纳米碳化物析出，强固且弥散分布的TiC有效地提高了高温强度，亦可改善焊接性能，极大地降低了合金成本。

2)、本发明采用控轧控冷工艺生产，无后续热处理，生产操作简单，工艺成本较低，生产效率高。

附图说明

图1为透射电镜下耐火钢板中TiC析出相的形貌。

具体实施方式

下面结合附图和若干实施例进一步说明本发明的技术方案，但不限于此。

按照本发明耐火钢的化学成分及冶炼工艺要求，冶炼得钢的化学成分见表1，余量为Fe及不可避免的杂质。

表1本发明实施例的化学成分(wt.％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	Mo	Nb	Ti	O
												1	0.06	0.23	0.78	0.009	0.0037	0.041	0.28	0.13	0.018	0.11	0.001
2	0.08	0.22	0.95	0.011	0.0042	0.038	0.32	0.12	0.023	0.08	0.002
												3	0.09	0.27	0.82	0.012	0.0039	0.035	0.37	0.15	0.021	0.06	0.002

将铸坯送入加热炉，炉温控制在1200～1280℃范围内，在炉时间达2.5～3.0h后出炉，经表面除磷后即进行第一阶段控轧(粗轧)，粗轧终轧温度控制在1000℃以上，然后空冷待温至950℃以下即进行第二阶段控轧(精轧)，终轧温度约在850℃，轧后以10～15℃/s的冷却速度冷至600℃，随后空冷至室温。本实施例的具体轧制工艺参数见表2。

表2本发明实施例的轧制工艺参数

经检测，本发明实施例钢板的力学性能见表3，实施例透射电镜下观察到的钢中TiC析出物形貌如图1。

表3本发明实施例钢板的力学性能

由此可见，本发明通过添加适量的廉价金属Ti、降低贵金属Mo并配合以控轧控冷工艺所得的耐火钢板，各项力学性能相当优异：屈服强度≧460MPa，屈强比≦0.80，伸长率≧20％，0℃冲击功≧100J，600℃高温屈服强度≧307MPa。本发明的耐火钢板可应用于大型钢结构建筑或须具备耐火性能的钢结构领域，例如建筑面积2万平方米以上的办公建筑、商业建筑、通信建筑、交通运输用房等。

由技术常识可知，本发明可通过其它不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，只是举例说明，并非仅有。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均被本发明包含。

Claims

1.一种低钼高钛590MPa级建筑用耐火钢板，其特征在于，所述耐火钢板包含的化学成分按其重量百分比计为：C0.04～0.12％、Si0.10～0.35％、Mn0.6～1.2％、Al0.015～0.045％、Cr0.10～0.50％、Mo0.01～0.25％、Nb0.015～0.035％、Ti0.05～0.12％、N≦0.004％、O≦0.003％、P≦0.015％、S≦0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；且杂质元素含量不超过0.05％。

2.根据权利要求1所述的耐火钢板，其特征在于，所述耐火钢板包含的化学成分按其重量百分比计为：C0.05～0.09％、Si0.20～0.30％、Mn0.7～1.0％、Al0.030～0.045％、Cr0.25～0.40％、Mo0.05～0.20％、Nb0.015～0.025％、Ti0.05～0.12％、N≦0.004％、O≦0.003％、P≦0.015％、S≦0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；且杂质元素含量不超过0.05％。

3.制备权利要求1～2所述耐火钢板的方法，包括：

1)、冶炼：采用氧气转炉进行冶炼，再经炉外精炼，控制钢中杂质含量及氮、氧含量在目标范围内，连铸采用电磁搅拌或液芯轻压下；

2)、轧制：连铸坯热装或直装入加热炉，炉温控制在1150～1300℃，在炉时间1.5～3.5h，；钢坯出炉经表面除鳞后即进行两阶段控轧，其中第一阶段轧制在1000℃以上完成，第二阶段开轧温度在980℃以下，终轧温度控制在800～900℃，总变形量宜在60％以上；控轧后冷却，得到成品。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控轧后冷却为以5～20℃/s的冷却速度冷至550～650℃，随后空冷至室温。