CN109972034A

CN109972034A - 一种500Mpa级耐火耐侯H型钢及其制备方法

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Publication number: CN109972034A
Application number: CN201910222873.XA
Authority: CN
Inventors: 宋振东; 涛雅; 赵晓敏; 白月琴; 周彦
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-07-05

Abstract

本发明公开了一种500Mpa级耐火耐侯H型钢，其化学成分包括：C 0.05～0.08％，Si 0.18～0.21％，Mn 1.2～1.3％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cu 0.35～0.40％，Cr 0.36～0.39％，Ni 0.35～0.40％，Nb 0.05～0.08％，V 0.07～0.09％，Ti 0.05～0.07％，Mo 0.27～0.31％，B 0.0015～0.0018％。还公开了其制备方法。本发明采用低碳微合金化生产出具有高强度、抗震、耐候、耐火等综合性能的钢材，且具有成本低，低的屈强比和更好的低温韧性的优点。

Description

一种500Mpa级耐火耐侯H型钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶炼材料技术领域，尤其涉及一种500Mpa级耐火耐侯H型钢及其制备方法。

背景技术

钢结构作为一种新型的绿色建筑结构，用钢量大，钢材回收利用率高，节能环保，在国外已是主导的建筑结构。如日本建筑施工面积中钢结构比例超过50％，尤其是低层建筑采用钢结构已十分普遍，5层以下低层建筑物的钢结构比例甚至达到90％以上。钢结构住宅在欧美发达国家也成为主流建筑，英国、瑞典等发达国家的钢结构住宅达到40％以上，美国达到52％。芬兰、瑞典、丹麦以及法国均已形成了相当规模的产业化钢结构住宅体系。与发达国家相比，我国钢结构建筑占比仍然较低(不足10％)。

近年来，随着钢结构制造技术不断提高，为了满足建筑高层化、结构大跨化等要求，建筑结构用钢板正逐步向系列化等方向发展。在国外，建筑用钢经过多年发展，已研制成功了各种高性能钢，并逐步形成了抗拉强度490MPa、590MPa和780MPa级多个系列。目前国外主要使用490MPa级和590MPa级钢材，780MPa级钢材也正在大力积极推广应用。如德国柏林索尼中心大楼(Sony Center)采用了S460和S690钢材，以尽可能减少构件截面；澳大利亚悉尼的星城饭店在部分区域采用了650MPa和690MPa钢材，以减少结构重量；日本横滨的Landmark Tower大厦、东京的JR East Japan总部大厦和NTV Tower以及清水的127层高550m的超高建筑均采用了600MPa级钢材。

国内的建筑用钢一般使用Q235和Q345，虽然GB/T19879《建筑结构用钢板》标准将钢种由Q235GJ及Q345GJ系列扩大为Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ及Q460GJ系列，但国内建筑用钢仍以Q345GJ系列为主，在建设两型社会的过程中，这种用钢强度等级不完善、钢材浪费量大的现状亟待改变。近年来，Q390GJ系列钢得到一定应用，如广州新电视塔、天津津塔等工程均大量选用了Q390GJ系列钢，虽然Q420GJ及Q460GJ钢在实际工程中采用仍很少，但随着国民经济的高速发展，钢结构工程应用钢种的强度级别将会越来越高。当下，建筑结构向高层化和大跨距发展，建筑结构必须使用高强度钢材，以减轻结构重量，降低建造成本，减少钢结构用材的厚度，提高其安全可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种500Mpa级耐火耐侯H型钢及其制备方法，利用包该异型连铸钢坯，经包钢轨梁厂轧制成规格为350×350×12×19的H型钢，使其可以应用到建筑物的钢结构中。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种500Mpa级耐火耐侯H型钢，其化学成分包括：C 0.05～0.08％，Si 0.18～0.21％，Mn1.2～1.3％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cu 0.35～0.40％，Cr 0.36～0.39％，Ni0.35～0.40％，Nb 0.05～0.08％，V 0.07～0.09％，Ti 0.05～0.07％，Mo 0.27～0.31％，B0.0015～0.0018％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

进一步的，其化学成分包括：C 0.07％，Si 0.19％，Mn1.2％，P 0.008％，S0.003％，Cu 0.37％，Cr 0.36％，Ni 0.37％，Nb 0.05％，V 0.09％，Ti 0.06％，Mo 0.29％，B 0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

进一步的，其化学成分包括：C 0.07％，Si 0.19％，Mn1.3％，P 0.009％，S0.004％，Cu 0.38％，Cr 0.37％，Ni 0.36％，Nb 0.05％，V 0.08％，Ti 0.07％，Mo 0.30％，B 0.0016％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

进一步的，其化学成分包括：C 0.06％，Si 0.19％，Mn1.2％，P 0.007％，S0.0054％，Cu 0.37％，Cr 0.37％，Ni 0.38％，Nb 0.06％，V 0.09％，Ti 0.06％，Mo0.29％，B 0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

进一步的，其化学成分包括：C 0.07％，Si 0.19％，Mn1.2％，P 0.009％，S0.004％，Cu 0.398％，Cr 0.38％，Ni 0.39％，Nb 0.07％，V 0.08％，Ti 0.07％，Mo0.28％，B 0.0016％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

一种500Mpa级耐火耐侯H型钢的制备方法，其冶炼工艺包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空精炼→连铸坯。

进一步的，包括：控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.010％、提高转炉出钢温度至1540℃左右、控制转炉下渣量、延长LF炉精炼时间以及连铸低拉速浇注，生产出质量合格的连铸坯；LF加热时间和精炼时间为25min和45min，VD炉吹氩时间不少于25min，连铸机的拉速范围为0.8m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于35℃，比水量0.25L/mg。

进一步的，连铸坯的轧制工艺为：异型坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→BD1轧制→BD2轧制→CCS连轧→锯切→取样→冷床预弯→切头尾→矫直→检查→打捆→入库。其钢坯加热温度为1100～1150℃；开轧温度≤1050℃，终轧温度870～890℃。

C是间隙强化元素，可以提高基体的强度，同时，又可以与钢中的合金元素形成弥散碳化物，对基体进行弥散强化，提高材料的强度。

Si是非碳化物形成元素，以原子状态存在于奥氏体和铁素体之间，固溶强化铁素体。但Si含量过高，影响焊接性能，使焊接组织性能恶化，含量控制在0.20～0.25。

Mn元素可以溶于铁素体，Mn的加入，降低了奥氏体的相变温度，增加了铁素体晶体形核速度并且降低了铁素体晶粒长大速度，从而细化晶粒。

在钢中添加微合金元素V，主要起晶粒细化和沉淀强化作用。V与碳、氮结合形成碳氮化物颗粒。这些碳氮化合物颗粒在加热过程中可以阻碍原是奥氏体晶粒长大，在轧制时可以抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大，在冷却过程中时，析出起到弥散强化作用，从而提高的材料的综合性能。

Mo是缩小奥氏体相区的元素，同时也抑制奥氏体的分解，推迟晶界铁素体转变而有利于贝氏体组织的形成。Mo与C形成Mo2C、MoC以及和Fe形成复杂的碳化物。

Ti使C曲线右移，是强碳化物和氮化物形成元素。Ti能明显提高钢的室温强度和高温强度，由于Ti能起到细化晶粒的作用，故也能提高钢的韧性。另外本钢种采用窄成分设计，可以确保抗震H型钢的强屈比稳定，波动范围较小。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明成功采用低碳微合金化生产出具有高强度、抗震、耐候、耐火等综合性能的钢材。与传统方法相比，采用低碳微合金化生产的500MPa级建筑结构用抗震耐候耐火热轧H型钢具有成本低，低的屈强比和更好的低温韧性。在钢材600℃保温3个小时后，采用析出Ti、Nb化合物强化机理，使钢材具有良好的耐高温性能。

具体实施方式

一种500MPa级建筑结构用抗震耐候耐火H型钢的冶炼工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空精炼→连铸坯。转炉炼钢、炉外精炼、连铸生产过程中采取相应的工艺措施，包括：控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.010％、提高转炉出钢温度至1540℃左右、控制转炉下渣量、延长LF炉精炼时间以及连铸低拉速浇注等，生产出质量合格的连铸坯。LF加热时间和精炼时间为25min和45min，VD炉吹氩时间不少于25min，连铸机的拉速范围为0.8m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于35℃，比水量0.25L/mg。

以下各实施例化学成分如表1所示。

表1各实施例成分(质量百分数/％)

一种500MPa级建筑结构用抗震耐候耐火H型钢的轧制工艺为：异型坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→BD1轧制→BD2轧制→CCS连轧→锯切→取样→冷床预弯→切头尾→矫直→检查→打捆→入库。其钢坯加热温度为1100～1150℃；开轧温度≤1050℃，终轧温度870～890℃。实验取样来自于表一中的实施例4。其中拉伸试样规格为，标距L0＝50mm，直径D＝10mm。冲击试验采用10mmxl0mmx55mm夏比V型缺口试样，试验温度为-20℃土5℃，耐火拉伸试验，把试样加热到600℃，保温3个小时后进行拉伸。实验结果如表2所示。

表2各实施例力学性能

从表2可以看出，各实施例具有高强度、低温韧性好、优良抗震性能、和高温耐火性能。

根据耐腐蚀因子计算公式：I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²。

以上4个实施例的耐腐蚀因子I＝6.3均大于耐腐蚀指数标准I＝6.0，说明材料具有良好的耐腐蚀性能，经包钢轨梁厂轧制成规格为350×350×12×19的H型钢，使其可以应用到建筑物的钢结构中，降低了成本。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种500Mpa级耐火耐侯H型钢，其特征在于，其化学成分包括：C 0.05～0.08％，Si0.18～0.21％，Mn 1.2～1.3％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cu 0.35～0.40％，Cr 0.36～0.39％，Ni 0.35～0.40％，Nb 0.05～0.08％，V 0.07～0.09％，Ti 0.05～0.07％，Mo 0.27～0.31％，B 0.0015～0.0018％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

2.根据权利要求1所述的500Mpa级耐火耐侯H型钢，其特征在于，其化学成分包括：C0.07％，Si 0.19％，Mn 1.2％，P 0.008％，S 0.003％，Cu 0.37％，Cr 0.36％，Ni 0.37％，Nb 0.05％，V 0.09％，Ti 0.06％，Mo 0.29％，B 0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

3.根据权利要求1所述的500Mpa级耐火耐侯H型钢，其特征在于，其化学成分包括：C0.07％，Si 0.19％，Mn 1.3％，P 0.009％，S 0.004％，Cu 0.38％，Cr 0.37％，Ni 0.36％，Nb 0.05％，V 0.08％，Ti 0.07％，Mo 0.30％，B 0.0016％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

4.根据权利要求1所述的500Mpa级耐火耐侯H型钢，其特征在于，其化学成分包括：C0.06％，Si 0.19％，Mn 1.2％，P 0.007％，S 0.0054％，Cu 0.37％，Cr 0.37％，Ni 0.38％，Nb 0.06％，V 0.09％，Ti 0.06％，Mo 0.29％，B 0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

5.根据权利要求1所述的500Mpa级耐火耐侯H型钢，其特征在于，其化学成分包括：C0.07％，Si 0.19％，Mn 1.2％，P 0.009％，S 0.004％，Cu 0.398％，Cr 0.38％，Ni 0.39％，Nb 0.07％，V 0.08％，Ti 0.07％，Mo 0.28％，B 0.0016％，其余为Fe及不可避免的杂质，质量分数为100％。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的500Mpa级耐火耐侯H型钢的制备方法，其特征在于，其冶炼工艺包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空精炼→连铸坯。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括：控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.010％、提高转炉出钢温度至1540℃左右、控制转炉下渣量、延长LF炉精炼时间以及连铸低拉速浇注，生产出质量合格的连铸坯；LF加热时间和精炼时间为25min和45min，VD炉吹氩时间不少于25min，连铸机的拉速范围为0.8m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于35℃，比水量0.25L/mg。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，连铸坯的轧制工艺为：异型坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→BD1轧制→BD2轧制→CCS连轧→锯切→取样→冷床预弯→切头尾→矫直→检查→打捆→入库。其钢坯加热温度为1100～1150℃；开轧温度≤1050℃，终轧温度870～890℃。