CN104561777B

CN104561777B - 低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢及其生产方法

Info

Publication number: CN104561777B
Application number: CN201410697184.1A
Authority: CN
Inventors: 尹雨群; 苑阳阳; 赵晋斌; 邓伟
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104561777A

Abstract

本发明属于钢铁技术领域，涉及一种钢材及其生产方法，具体的说是针对该成分体系通过一种特殊的轧制及热处理工艺生产出一种低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢，其化学成分按重量百分比计为C≤0.05%，Si≤0.25%，Mn 0.1～0.5%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni 0.1～1.0%，Nb 0.01～0.05%，Ti 0.01～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；该生产方法包括：冶炼工艺和特殊的轧制及热处理工艺；该产品具有合理的化学成分设计，配合以针对该成分的特殊轧制及热处理工艺，获得了性能稳定的低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢。

Description

低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢材及其生产方法，具体的说是低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢及其生产方法，属于钢铁铸造技术领域。

背景技术

目前结构抗震设防的三原则为“小震不坏、中震可修、大震不倒”，但是在地震时，虽然有大量建筑物没有倒塌，但是已经发生严重变形不能继续使用。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，使用消能抗震构件可以使建筑结构抗震性能更上一层楼，全面实现“小震经济、中震不坏、大震易修、余震不倒”。

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低屈服点钢和生产方法，该产品的化学成分重量百分比为：0.005至<0.04％C，<=0.5％的Si，<=1.0％的Mn，<=0.02％P，<=0.01％S，0.01至0.1％的Ti，0.05至1.0％的Cr，<=0.06％的Al和<=0.006％的N，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、Nb等合金中的一种或多种成分，且只有0℃的低温韧性的测量结果，不能用于低温恶劣自然环境。

公开号为：CN101775541A的中国专利公开了一种抗震结构钢160MPa的屈服强度和生产方法，该产品的化学成分重量百分比为：0.002至0.005％C，Si<=0.03％，0.10％至0.50％Mn，P<=0.010％，S<=0.005％，0.002至0.007％Mg，0.02至0.070％Ti，0.010至0.030％Nb，0.001～0.003％N，Al<=0.050％，余量为铁和不可避免的杂质，该产品晶粒度较为粗大，且只有20℃的低温韧性的测量结果，不能用于低温恶劣自然环境。

公开号为：CN101781736A的中国专利公开了屈服强度225MPa级抗震建筑钢材和生产方法，该产品的化学成分重量百分比为：0.01％至0.05％C，Si：0.01～0.04％，Mn：0.20～0.70％，P<=0.010％，S<=0.005％，Mg：0.002～0.007％，N：0.001～0.003％的，0.005至0.015％Ti，Nb<=0.070％，Al<=0.050％，余量为铁和不可避免的杂质，该产品晶粒度较为粗大，且只有20℃的低温韧性的测量结果，不能用于低温恶劣自然环境。

以上所列专利中钢的性能要求与本发明的要求不同，所以在成分设计以及制造方式上与本发明存在差异。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢及其生产方法，该产品具有合理的化学成分设计，通过轧制与热处理工艺，获得了性能稳定的低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢。

本发明解决以上技术问题的技术方案为：

一种低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢，其化学成分按重量百分比计为：其化学成分按重量百分比计为C≤0.05%，Si≤0.25%，Mn 0.1～0.5%，P≤0.015%，S≤0.010%,Ni0.1～1.0%，Nb0.01～0.05%，Ti0.01～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明所述的低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢对碳含量的控制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≤0.05%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，Si对钢材的塑性和韧性都有不良的影响，在本发明中将硅限定在≤0.25%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。

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≤0.010％。

Ni：镍不仅可以提高钢的低温韧性，而且能够降低奥氏体转变温度，具有良好的细化晶粒的作用，考虑到制造成本，本发明中镍含量控制在0.1～1.0%的范围内。

Nb：轧制过程中固溶于奥氏体中的Nb和形变诱导析出碳氮化铌粒子显著提高奥氏体未再结晶温度，获得薄饼状奥氏体，有助于细化铁素体。考虑到制造成本，本发明中铌含量在0.01~0.05%的范围内。

Ti：钢中加入微量钛，不仅有利于钢的脱氧，而且由于钢中钛的氮化物或碳化物的存在，可以起着延迟奥氏体晶粒的再结晶和长大的倾向，从而改善钢的性能，尤其是冲击韧性。Ti还能够有效提高焊接性能，本发明中钛含量在0.01～0.05%的范围内。

一种低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢的生产方法，该生产方法包括如下工序：冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹将碳含量控制在≤0.03%，再采用RH精炼进一步将碳含量控制在≤0.01%且控制有害气体N、H含量（N≤0.006%，H≤0.0002%），接着使用LF脱O、S、控制氧含量≤0.002%、硫含量≤0.002%，添加合金元素，最后进行板坯连铸，铸坯的化学成分按重量百分比计符合C≤0.05%，Si≤0.25%，Mn 0.1～0.5%，P≤0.015%，S≤0.010%,Ni0.1～1.0%，Nb 0.01～0.05%，Ti 0.01～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

轧制工艺：轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，使用TMCP工艺生产，一阶段轧制温度控制在1000℃～1050℃，轧制道次压下率15～20%，二阶段轧制温度控制在900℃～1000℃，轧制道次压下率10～15%，随后水冷，返红温度控制在700℃～800℃。

热处理工艺：加热温度控制在850℃～900℃，加热时间根据钢板厚度保温30～120min不等，具体公式为板厚×1.4～1.6min/cm。

本发明具有如下优点：

1、通过简单的化学成分设计方式，配合以特殊的轧制和热处理工艺便可获得均匀细小的块状铁素体组织。

2、本发明生产的低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢综合力学性能优异，强度级别为225±20MPa，屈强比≤80%，延伸率≥50%，-40℃冲击≥200J，可以用于恶劣自然环境，扩大了材料的应用范围。

3、本发明所述冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹，充分脱碳；再采用RH精炼进行深脱碳且降低有害气体N、H含量，再使用LF脱O、S、提高钢液纯净度、添加合金元素，最后上板坯连铸；所述的轧制工艺：轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，使用TMCP工艺生产，一阶段轧制温度控制在1000℃～1050℃，轧制道次压下率15～20%，二阶段轧制温度控制在900℃～1000℃，轧制道次压下率10～15%，随后水冷，返红温度控制在800℃～900℃。所诉的热处理工艺：加热温度控制在850℃～900℃，加热时间根据钢板厚度保温30～120min不等。

附图说明

图1为200倍光镜下，在钢板厚度方向1/4处典型组织。

具体实施方式

实施例

一种低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢的生产方法，包括如下工序：

1）冶炼工艺：采用转炉冶炼，通过顶吹将碳含量控制在≤0.03%，再采用RH精炼进一步将碳含量控制在≤0.01%且控制有害气体N、H含量（N≤0.006%，H≤0.0002%），接着使用LF脱O、S、控制氧含量≤0.002%、硫含量≤0.002%，添加合金元素，最后进行板坯连铸，铸坯的化学成分按重量百分比计符合C≤0.05%，Si≤0.25%，Mn 0.1～0.5%，P≤0.015%，S≤0.010%,Ni 0.1～1.0%，Nb 0.01～0.05%，Ti 0.01～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

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℃，使用TMCP工艺生产，一阶段轧制温度控制在1000℃～1050℃，轧制道次压下率15～20%，二阶段轧制温度控制在900℃～1000℃，轧制道次压下率10～15%，随后水冷，返红温度控制在700℃～800℃。

表2 本发明实施例的轧制工艺参数：

按照本发明的工艺获得的产品性能如表3。

表3 本发明实施例的产品性能：

该方法除必要的C、Mn、Si辅以添加适量的Ni、Nb、Ti用以提高韧性和塑性，再配以适应于该钢种的轧制和热处理工艺，极大增加了钢材的性能，能够适应恶劣的自然环境。

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

1.一种低温恶劣环境使用的 225 级低屈服强度钢的生产方法，包括冶炼工艺、轧制以及热处理工艺；其特征在于：在所述冶炼工艺中，先采用转炉冶炼，通过顶吹将碳含量控制在≤0.03%，再采用 RH 精炼进一步将碳含量控制在≤0.01% 且控制有害气体 N、H 含量，使得 N ≤ 0.006%，H≤0.0002%，接着使用 LF 脱O、S、控制氧含量≤0.002%、硫含量≤0.002%，添加合金元素，最后进行板坯连铸，铸坯的化学成分按重量百分比计符合 C ≤0.05%，Si ≤ 0.25%，Mn 0.1 ～ 0.5%，P ≤ 0.015%，S ≤ 0.010%,Ni 0.1 ～ 1.0%，Nb0.01 ～ 0.05%，Ti 0.01 ～ 0.05%，余量为 Fe 及不可避免的杂质元素；在所述轧制工艺中，轧前连铸坯加热温度介于 1150℃～ 1250℃，使用 TMCP 工艺生产，一阶段轧制温度控制在 1000℃～ 1050℃，轧制道次压下率 15 ～ 20%，二阶段轧制温度控制在 900℃～ 1000℃，轧制道次压下率 10 ～ 15%，随后水冷，返红温度控制在 700℃～ 800℃ ；在所述热处理工艺中，加热温度控制在 850℃～ 900℃，加热时间根据钢板厚度保温 30 ～120min。

2.根据权利要求 1 所述的低温恶劣环境使用的 225 级低屈服强度钢的生产方法，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括 C ≤ 0.05%，Si ≤ 0.25%，Mn 0.1 ～0.5%，P ≤ 0.015%，S ≤ 0.010%，Ni0.1 ～ 1.0%，Nb 0.01 ～ 0.05%，Ti 0.01 ～ 0.05%，余量为 Fe 及不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢的生产方法，其特征在于：低屈服强度钢组织为块状铁素体，组织均匀细小。

4.根据权利要求1所述的低温恶劣环境使用的225 级低屈服强度钢的生产方法，其特征在于：低温恶劣环境使用的225级低屈服强度钢强度级别为225±20MPa，屈强比≤ 80%，延伸率≥ 50%，-40℃冲击≥ 200J。