CN109957708B - 225MPa级具有良好低温韧性耐候软钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种225MPa级具有良好低温韧性耐候软钢及其制造方法，钢板成分按重量百分比计：C 0.001％～0.005％、Si 0.02％～0.05％、Mn 0.05％～0.15％、Ti 0.021％～0.04％、Cr 0.31％～0.50％、Ni 0.21％～0.40％、Cu 0.21％～0.40％、Al 0.010％～0.040％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免杂质。制造方法包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—板坯加热－轧制，本发明生产的耐候软钢满足寒冷地区建筑行业减震设计，具有优异耐大气腐蚀性能，极大延长钢板使用寿命，保证建筑结构安全性。

Description

225MPa级具有良好低温韧性耐候软钢及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢及其制造方法。

背景技术

低屈服点建筑抗震软钢主要用于制作建筑抗震阻尼器，可有效的保护主要承重结构，降低振动对建筑的破坏。这些抗震装置先于主体结构件承受地震载荷作用，首先发生屈服，靠反复载荷滞后吸收地震能量，保护建筑主体结构的安全。与其它耗能材料相比，具有构造简单、经济耐用、震后更换方便和可靠性强等优点，既可用于新建筑物的抗震，也可用于旧建筑抗震能力的提高。

随着钢结构建筑的快速发展，对钢结构研发提出了高强度、高耐候性、良好的焊接性、良好的低温韧性、抗层状撕裂性能优良等严苛的要求。我国抗震用低屈服点软钢发展较慢，现有低屈服点抗震软钢都不具备耐候性能，且在-40℃低温下不具有良好的冲击性能，大多数为热轧卷板，不能与现有的建筑、桥梁等钢结构用钢配套使用，制约了抗震软钢的发展。

虽然在本发明之前已有多个关于225MPa级软钢的发明专利，以下简单介绍与本发明较为接近的几个：

专利《一种225MPa级别低屈服点建筑抗震用钢的制造方法》(公开号为：CN104099517A)公开的建筑抗震用钢其化学成分按质量百分比计为：C：≤0.03％，Si：≤0.1％，Mn：≤1％，Al：0.02％～0.06％，P：≤0.01％，S：≤0.004％，N：≤0.004％，Ti：0.01％～0.08％，Nb≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。通过精炼、连铸、加热、粗轧、电磁感应加热、精轧、层流冷却、卷取等一系列工艺，使得225MPa级低屈服点建筑抗震用钢的屈服强度达到200MPa-240MPa级，延伸率>50％，具有良好的塑性变形和冲击韧性。不足之处在于，该发明生产的是一种热轧卷板，钢板最大厚度为20mm，不能满足大部分工程需要，且钢板不具有耐候性能。

专利《屈服强度225MPa级抗震建筑用钢及其生产方法》(公开号：CN101781736A)公开的抗震建筑用钢采用低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。

《热轧低碳软钢及其生产方法》(公开号：CN101503779A)公开的热轧低碳软钢其化学成分按质量百分比计为C：0.02％～0.07％，Mn：0.15～0.30，Als：0.015～0.08，Ti：0.004～0.020％，N：≤0.0040％，Ti/N：≤3.43，其余为Fe和不可避免的杂质。具有屈服强度低，延伸率高等性能，适用于制作各种需要冲压成型的零件。该发明软钢的屈服强度范围为190～260MPa，超出了国家标准规定的上下限；该发明所述生产方法包括加热、热轧、层流冷却、卷曲等步骤，工艺复杂、效率较低，且不能生产厚规格钢板，不能够满足实际工程需要。

文献《225MPa级抗震用低屈服点钢的开发》[J](热加工工艺，2009,38(12)：61-63)主要介绍了宝钢BLY225低屈服点钢的力学性能特点.同时分析了用BLY225钢板制作的抗震阻尼器实物构件的抗震性能。该文介绍了钢板的部分力学性能及抗震性能，并没有涉及-40℃冲击性能，且该文献没有介绍钢种的化学成分及腐蚀等相关性能。

以上文献中公开的专利大都是介绍一种常规225MPa抗震软钢的制造方法，所述产品大多为热轧卷板，工艺复杂，不具有优良的低温韧性及耐候性能差，不能满足现代高性能抗震软钢的综合要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有优良的低温韧性及耐候性能，满足现代高性能抗震软钢的综合要求一种225MPa级具有良好低温韧性耐候软钢及其制造方法。

本发明目的是这样实现的：

一种225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢，该钢板的成分按重量百分比计如下：C 0.001％～0.005％、Si 0.02％～0.05％、Mn 0.05％～0.15％、Ti 0.021％～0.04％、Cr 0.31％～0.50％、Ni 0.21％～0.40％、Cu 0.21％～0.40％、Al 0.010％～0.040％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明成分设计理由如下：

C：为了保证钢的强度需要0.001％以上的C含量，但是过高的C含量对钢的延伸性及韧性有负面影响，且强度容易偏高，从经济性和产品性能角度考虑，本发明C的含量不宜超过0.005％，范围控制在0.001％～0.005％。

Si：是炼钢过程中主要的脱氧元素，为了得到充分的脱氧效果及保证钢的延伸性能，将Si的含量控制在大于等于0.02％，但过高的Si含量将会降低母材及焊接部分的韧性，本发明Si的含量控制在0.02％～0.05％。

Mn：主要作用是固溶强化和脱氧，也是保证钢板强度和韧性的必要元素，同时也能改善韧性，但Mn过多时会使强度过高，并且对低温韧性不利，因此本发明Mn的含量控制在0.05％～0.15％。

Ti：易与C、N结合，形成Ti(C，N)的非金属夹杂物，适量的Ti可减少游离状态的C、N原子，从而降低强度。加入太少，起不到固C、N的作用，加入过多容易弥散强化，提高强度，所以本发明Ti的含量控制在0.021％～0.040％。同时夹杂物的粗化可以有效减少其对晶界的钉扎作用，降低强度，提高延伸率。

Cr：作为耐大气腐蚀元素，与Cu配合使用效果良好，Cr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，本发明Cr的含量的控制在0.31％～0.50％；

Ni：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，根据性能要求添加合适量，本发明Ni的含量控制在0.21％～0.40％；

Cu：钢中Cu含量达到0.20％，能有效地提高钢的耐大气腐蚀性能，如果过高，在加热过程中，钢表面易产生裂纹，引起铜的热脆，因此本发明Cu的含量控制在0.21％-0.40％；

Al：是主要脱氧元素，Al含量过高，将导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。本发明Al的含量控制在0.010％～0.040％。

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≤0.0150％。

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≤0.0050％。

本发明技术方案之二是提供一种225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢的制造方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—板坯加热－轧制－矫直。

冶炼工艺：进行铁水预处理，通过转炉冶炼、LF+RH精炼，控制精炼时间大于40分钟，以便非金属夹杂物充分上浮充分，保证钢水中较少的夹杂物含量。连铸过程中采用轻压下和电磁搅拌工艺，减轻偏析，提高钢板的疲劳性能。

加热工艺：板坯经清理后装炉加热，加热段温度1130℃～1220℃，加热总时间为0.8～1.2min/mm。合理的加热温度及加热时间可以有效的保证奥氏体晶粒过度长大、粗化，同时保证合金元素的固溶效果及坯料的均匀性。

轧制工艺：轧制时采用两阶段控轧，第一阶段轧制终轧温度1000℃～1070℃；第二阶段开轧温度940℃～990℃，终轧温度控制在850℃～920℃，之后采用堆垛冷却的方式缓冷至室温。较高的终轧温度及堆垛冷却以可以促进晶粒进一步长大，降低钢板的屈服强度，提高延伸率。所得钢板的屈服强度在205MPa～245MPa之间。

钢板最终微观组织为单一、均匀的铁素体组织，晶粒度为6.0～7.0级，钢板具有较窄的屈服范围，较低的屈强比，良好的塑性和低温韧性，耐大气腐蚀性能明显优于普通AQ225GJ软钢和普通耐候钢09CuPCrNi。

本发明的有益效果在于：以低C、Si、Mn为基础，添加了适量的微合金Ti与耐蚀元素Cr、Ni、Cu，添加的成分简单、成本低廉，充分发挥Ti与C、N结合作用，降低钢板屈服强度，配以与之相应的独特的生产工艺，生产出了厚度范围10mm～90mm，综合性能优异的225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢。钢板屈服强度波动范围为205MPa～245MPa，仅为40MPa；-40℃纵向低温韧性大于200J，可以满足寒冷地区建筑行业减震设计、施工的需求；具有较低屈强比≤0.7，同时具有良好延伸性能A_50mm≥40％；生产工艺简单，热轧态空冷配合轧后堆垛工艺即可获得良好的板型和性能；具有优异的耐大气腐蚀性能，腐蚀性能明显优于普通软钢AQ225GJ、普通耐候钢板09CuPCrNi，极大的延长钢板的使用寿命，保证建筑结构的安全性。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—板坯加热－轧制－矫直，

炉外精炼、连铸：控制精炼时间大于40分钟，连铸过程中采用轻压下和电磁搅拌工艺；

板坯加热：板坯经清理后装炉加热，加热段温度1130℃～1220℃，加热总时间为0.8～1.2min/mm；

轧制：采用两阶段控轧，第一阶段轧制终轧温度1000℃～1070℃；第二阶段开轧温度940℃～990℃，终轧温度控制在850℃～920℃，之后采用堆垛冷却的方式缓冷至室温；

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢热轧态力学性能见表3。本发明实施例钢与比较钢普通软钢AQ225GJ、普通耐候钢09CuPCrNi的耐大气腐蚀速率见表4。

表1本发明实施例钢的成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Cr	Ni	Cu	Al
											例1	0.0012	0.042	0.06	0.013	0.003	0.022	0.35	0.34	0.22	0.021
例2	0.0031	0.028	0.12	0.010	0.002	0.036	0.42	0.26	0.26	0.013
											例3	0.0048	0.031	0.07	0.012	0.004	0.027	0.39	0.21	0.34	0.032
例4	0.0028	0.021	0.14	0.014	0.004	0.033	0.31	0.38	0.37	0.016
											例5	0.0017	0.049	0.15	0.013	0.002	0.031	0.45	0.32	0.21	0.028
例6	0.0039	0.035	0.09	0.012	0.004	0.021	0.48	0.26	0.28	0.035
											例7	0.0022	0.027	0.13	0.014	0.005	0.038	0.37	0.23	0.30	0.024
例8	0.0034	0.044	0.10	0.011	0.002	0.040	0.50	0.39	0.39	0.038
											例9	0.0025	0.032	0.11	0.012	0.003	0.028	0.36	0.31	0.25	0.036
例10	0.0042	0.040	0.08	0.013	0.004	0.026	0.40	0.37	0.33	0.023

表2本发明实施例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢热轧态力学性能

表4本发明实施例钢与比较钢普通软钢AQ225GJ、普通耐候钢09CuPCrNi的耐大气腐蚀速率(g/m²·h)

注：试验方法为GB/T 14165-2008《金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要求》。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C 0.001%～0.005%、Si 0.02%～0.05%、Mn 0.05%～0.15%、Ti 0.021%～0.04%、Cr 0.31%～0.50%、Ni 0.21%～0.40%、Cu 0.21%～0.40%、Al 0.010%～0.040%、P≤0.015%、S≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质；所述225MPa级具有良好低温韧性的耐候软钢的制造方法，包括铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—真空脱气—连铸—板坯加热－轧制－矫直，

板坯加热：板坯经清理后装炉加热，加热段温度1130℃～1220℃，加热总时间为0.8～1.2min/mm；

轧制：采用两阶段控轧，第一阶段轧制终轧温度1000℃～1070℃；第二阶段开轧温度940℃～990℃，终轧温度控制在850℃～920℃，之后采用堆垛冷却的方式缓冷至室温。