CN104561819B

CN104561819B - 一种q460级耐火耐候钢及其制备方法

Info

Publication number: CN104561819B
Application number: CN201410699500.9A
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: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104561819A

Abstract

本发明揭示了一种Q460级耐火耐候钢，其学成分按重量百分比计为：C：0.01~0.20%，Si：0.1~0.4%，Mn：0.5~1.5%，Cr：0.1~1.0%，Ni：≤1.0%，Cu：≤1.0%，Nb：0.01~0.05%，Ti：0.01~0.05%，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%。本钢种经冶炼和两阶段轧制，制得本发明的钢种具有优良的耐火耐候性能，本发明不仅取消了贵重金属Mo的成分，同时也提高了成品钢的等级。

Description

一种Q460级耐火耐候钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐火耐候钢及其制备方法，具体地说是一种Q460级耐火耐候钢及其制备方法，属于低合金耐蚀中厚板轧制技术领域。

背景技术

普通建筑用钢温度达到400℃时，屈服强度将降至室温强度的一半，温度达到600℃时，基本丧失强度。为了防止钢结构建筑的火灾破坏，必须喷涂防火层进行保护。喷涂耐火材料使建筑物成本成倍增加，且延长工期，减少室内有效使用面积，喷涂作业的飞溅还污染环境。因此，现代建筑发展趋势之一就是要求减少防火涂层，开发新型建筑用耐火钢的要求由此产生。

1987年3月，日本建设省颁布了“新耐火设计法”。允许将钢材的高温屈服强度作为设计依据，解除了原来旧法令必须涂覆耐火材料的限制，这样就可以使用具有高温屈服强度的钢材制作钢结构。因此建筑用耐火钢成为近年来研究开发的热点。

日本是建筑钢结构发展最快，新钢材、新技术开发最先进、应用范围最广的国家，日本耐火钢的研究开发工作引人处于世界领先地位，产品包括板材和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。马钢、鞍钢、宝钢和武钢等钢厂先后研发了耐火钢，但是其设计思路为添加大量贵重合金Mo，以下是与之相关的专利。

申请号为CN101906585A，一种高性能建筑结构用耐火钢板及其制造方法，，其化学成分Mo：0.20％～0.40％，贵重合金Mo含量较高，且不含有耐候化学元素。

申请号为JP060601，焊接性和气割性优良的高强度耐火钢及其制造方法，其化学成分Mo：0.30％～0.70％，Re：0.0005％～0.010％，不仅添加了大量Mo，而且还加入稀土元素，另外还有回火工艺，增加了制造成本。

专利号为CN101748327A，Low yield ratio type fire resistant hot rolledsteel sheet and its and its production，其化学成分Mo：0.30％～0.70％，贵重合金Mo含量较高，且不含有耐候化学元素。

申请号为CN101397627A，一种耐火耐候抗震钢及其制造方法，，其化学成分Mo：0.30％～0.42％，贵重合金Mo含量较高，且为Q345钢级。

可见以上专利的耐火钢在成分设计上都采用Mo作为高温强化元素，贵重合金添加量较大，部分钢级较低或制造成本高，限制了市场推广应用，本发明公布的一种Q460级智能型耐火耐候钢及其制造方法是：创新性的应用纳米析出技术，成分设计上以Cu为主要高温强化元素，利用ε-Cu在加热过程中析出强化提高高温屈服强度；同时Cu能够使材料具有良好的耐候性能；生产工艺为TMCP，生产流程短、生产效率高、抗震等特点。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种Q460级耐火耐候钢及其制备方法，。

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种Q460级智能型耐火耐候钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.01～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.5～1.5％，Cr：0.1～1.0％，Ni：≤1.0％，Cu：≤1.0％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.01～0.05％，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％。

钢的化学成分是影响Q460级智能型耐火耐候钢性能的关键因素之一，本发明为了使所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：

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，考虑到焊接性和强度，碳含量控制在0.01～0.20％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，提高钢板的强度，在本发明中将硅限定在0.1～0.4％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0.5～1.5％的范围内。

Cr：铬对提高钢的高温性能有明显作用，并且含量超过0.30％时具有耐大气腐蚀作用，本发明中铬含量控制在0.1～1.0％的范围内。

Ni：镍不仅可以提高钢的低温韧性，同时是良好的耐候添加元素，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，本发明中镍含量控制在0.1～1.0％的范围内。

Cu：铜是不降低韧性提高强度的有效元素，铜在加热过程中的析出使钢材在失火状态下具有较高的高温强度，使其具备耐火性能；同时常温下固溶的铜具有明显耐候性能，但是铜会在钢中引起热脆性，因此本发明中铜含量控制在0.1～1.0％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，有助于细化铁素体和贝氏体组织。固溶于奥氏体中的Nb还能够提高淬透性，固溶于铁素体和贝氏体中的Nb对提高高温强度也有显著作用，本发明中铌含量在0.01～0.05％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≤0.0020％。

进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢，其中Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～1.0％。

进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢，耐火耐候钢的金相组织为板条贝氏体+粒状贝氏体，组织均匀细小。

进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢的制备方法，包括有对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，轧制工序，包括如下步骤：

(1)在冶炼、浇铸工序中，按照前述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

(2)在加热工序中，板坯加热温度控制在1150～1250℃之间，保温时间为120～200min；

(3)在轧制工序中，钢坯经保温均热后，在再结晶温度区域首先进行粗轧，粗轧的开轧温度为1000～1100℃，粗轧的终轧温度为1000～1050℃，轧制累积压下率为≥50％，中间坯厚度/成品厚度为2～5；精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃，轧制累积压下率为≥50％；

(4)在冷却工序中，首先进行水冷，返红温度为350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷至室温。

进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢及其制备方法，首先选取采用钢种，采用钢种包括以下组分：C：0.01～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.5～1.5％，Cr：0.1～1.0％，Ni：0.1～1.0％，Cu：0.1～1.0％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.01～0.05％，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％；对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，在轧制工序中，轧制工序采用TMCP轧制工艺，钢坯经1150℃加热，保温2小时均热后，在再结晶温度区域进行粗轧；在粗轧步骤中粗轧的开轧温度为1060℃，终轧温度为1000℃，轧制累积压下率为65％，中间坯厚度/成品厚度为2；在所述精轧工序中：开轧温度900℃，终轧温度为800℃，轧制累积压下率为50％；在所述冷却工序中：终冷温度控制在350℃,冷却速度为10℃/s，经过上述步骤进行控制轧制和控制冷却后，得到处于轧态组织的钢，室温下光学显微组织观察其金相组织为组织均匀细小的板条贝氏体+粒状贝氏体，得到的耐火耐候钢的力学性能为：屈服强度≥460MPa，屈强比≤0.85％，延伸率≥20％，-40℃低温冲击≥100J，600℃高温屈服≥310MPa。

本发明，其突出效果为：

1、本发明创新性的运用纳米析出技术，利用固溶在基体铜元素在加热过程中形成ε-Cu析出物，通过析出强化补偿高温强度损失，从成分设计上摆脱了以Mo作为高温强化元素的思路，利用ε-Cu在加热过程中析出强化，提高高温屈服强度，生产出Q460级耐火耐候钢。

2、本发明的生产的Q460级智能型耐火耐候钢合金成分设计简单、生产成本低、综合力学性能优异，同时具备优良的耐火何耐大气服饰的性能，室温强度≥460MPa，屈强比≤0.85％，延伸率≥20％，-40℃低温冲击≥100J，600℃高温屈服≥310MPa。

3、本发明的制造工艺为TMCP，生产流程短、生产效率高、抗震等优点。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明在500倍光镜下，钢板厚度方向1/2处典型组织。为板条贝氏体+粒状贝氏体组织组织形貌图。

具体实施方式

一种Q460级智能型耐火耐候钢的制造方法，包括如下工序：

1)化学成分按重量百分比为：C：0.01～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.5～1.5％，Cr：0.1～1.0％，Ni：0.1～1.0％，Cu：0.1～1.0％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.01～0.05％，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，冶炼轧制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％)

实例	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Cu	Nb	Ti
											1	0.01	0.55	0.007	0.0010	0.1	0.11	0.12	0.12	0.01	0.015
2	0.07	1.06	0.008	0.0012	0.15	0.41	0.25	0.55	0.02	0.012
											3	0.05	1.45	0.009	0.0015	0.43	0.73	0.32	0.72	0.03	0.024
4	0.13	0.74	0.010	0.0016	0.36	0.29	0.26	0.46	0.02	0.011
											5	0.20	1.51	0.015	0.0020	0.4	1.00	1.0	1.0	0.05	0.025

2)轧制工艺为：

在冶炼、浇铸工序中，按照表1中的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；在加热工序中，板坯加热温度控制在1150～1250℃之间，保温时间为120～200min；在轧制工序中，钢坯经保温均热后，在再结晶温度区域首先进行粗轧，粗轧的开轧温度为1000～1100℃，粗轧的终轧温度为1000～1050℃，轧制累积压下率为≥50％，中间坯厚度/成品厚度为2～5；精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃，轧制累积压下率为≥50％；在冷却工序中，首先进行水冷，返红温度为350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷至室温。

表2本发明实施例的常规轧制工艺参数

按照本发明的工艺获得的性能如表3，实施例500倍光镜下板条贝氏体+针状铁素体组织形貌图见图1，组织均匀细小。

表3本发明实施例的板材力学性能

通过本发明获得的耐火耐候钢。屈服强度≥460MPa，屈强比≤0.85％，延伸率≥20％，-40℃低温冲击≥100J，600℃高温屈服≥310MPa。可见各项力学性能相当优异，完全符合GB/T 28415-2012中Q460E的性能要求。

通过本发明获得的耐火耐候钢钢的腐蚀试验为干湿交替加速腐蚀试验，试验周期为30天，腐蚀环境：0.052％的NaHSO3溶液，PH值为4.0，湿度60RH，30℃恒温。通过腐蚀增重检测钢的耐候性。试验数据如下表所示：

材料	增重值ΔW，g/cm2
		实施例1	0.0095
实施例2	0.0094
		实施例3	0.0087
实施例4	0.0093
		实施例5	0.0091
Corten-A	0.0080

Claims

1.一种Q460级耐火耐候钢的制备方法，其特征在于：首先选取采用钢种，所述采用钢种包括以下组分：C：0.07%，Si：0.15%，Mn：1.06%，Cr：0.41%， Ni：0.25%，Cu：0.55%，Nb：0.02%，Ti：0.012%，P：0.008%，S：0.0012%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%；对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，在轧制工序,所述轧制工序采用TMCP轧制工艺，钢坯经1150℃加热，保温2小时均热后，在再结晶温度区域进行粗轧；在所述粗轧步骤中粗轧的开轧温度为1055℃，终轧温度为1010℃，轧制累积压下率为63%，中间坯厚度/成品厚度为3.7；在精轧工序中：开轧温度932℃，终轧温度为835℃，轧制累积压下率为67%；在冷却工序中：返红温度控制在546℃,冷却速度为21℃/s，经过上述步骤进行控制轧制和控制冷却后，得到处于轧态组织的钢，室温下光学显微组织观察其金相组织为组织均匀细小的板条贝氏体+粒状贝氏体，得到的耐火耐候钢的力学性能为：屈服强度为577MPa，屈强比为0.84%，延伸率为20.5%，-40℃低温冲击功为209J，600℃高温屈服为335MPa。

2.一种Q460级耐火耐候钢的制备方法，其特征在于：首先选取采用钢种，所述采用钢种包括以下组分：C：0.05%，Si：0.43%，Mn：1.45%，Cr：0.73%， Ni：0.32%，Cu：0.72%，Nb：0.03%，Ti：0.024%，P：0.009%，S：0.0015%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%；对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，在轧制工序,所述轧制工序采用TMCP轧制工艺，钢坯经1150℃加热，保温2小时均热后，在再结晶温度区域进行粗轧；在所述粗轧步骤中粗轧的开轧温度为1061℃，终轧温度为1037℃，轧制累积压下率为65%，中间坯厚度/成品厚度为3.3；在精轧工序中：开轧温度921℃，终轧温度为825℃，轧制累积压下率为64%；在冷却工序中：返红温度控制在370℃,冷却速度为14℃/s，经过上述步骤进行控制轧制和控制冷却后，得到处于轧态组织的钢，室温下光学显微组织观察其金相组织为组织均匀细小的板条贝氏体+粒状贝氏体，得到的耐火耐候钢的力学性能为：屈服强度为571MPa，屈强比为0.82%，延伸率为21.0%，-40℃低温冲击功为214J，600℃高温屈服为325MPa。

3.一种Q460级耐火耐候钢的制备方法，其特征在于：首先选取采用钢种，所述采用钢种包括以下组分：C：0.13%，Si：0.36%，Mn：0.74%，Cr：0.29%， Ni：0.26%，Cu：0.46%，Nb：0.02%，Ti：0.011%，P：0.010%，S：0.0016%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%；对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，在轧制工序,所述轧制工序采用TMCP轧制工艺，钢坯经1150℃加热，保温2小时均热后，在再结晶温度区域进行粗轧；在所述粗轧步骤中粗轧的开轧温度为1053℃，终轧温度为1024℃，轧制累积压下率为71%，中间坯厚度/成品厚度为2.5；在精轧工序中：开轧温度922℃，终轧温度为842℃，轧制累积压下率为55%；在冷却工序中：返红温度控制在441℃,冷却速度为10℃/s，经过上述步骤进行控制轧制和控制冷却后，得到处于轧态组织的钢，室温下光学显微组织观察其金相组织为组织均匀细小的板条贝氏体+粒状贝氏体，得到的耐火耐候钢的力学性能为：屈服强度为568MPa，屈强比为0.81%，延伸率为22.0%，-40℃低温冲击功为229J，600℃高温屈服为341MPa。