CN111455258A

CN111455258A - 一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN111455258A
Application number: CN202010360160.2A
Authority: CN
Inventors: 左辉; 唐宁; 许光乐; 翟万里; 郑力宁; 肖波; 石可伟
Original assignee: Jiangsu Lihuai Steel Co ltd; Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Lihuai Steel Co ltd; Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: CN111455258B

Abstract

本发明公开了一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢及其生产方法，其化学成分质量百分比为C：0.06%‑0.09%，Si：≤0.10%，Mn：0.30%‑0.40%，Cr：0.40%‑0.45%，Ni：0.40%‑0.44%，Mo：0.35%‑0.40%，Cu：0.20%‑0.25%，Al：0.020%‑0.050%，Ti：0.010%‑0.030%，P≤0.018%，S≤0.010%，[O]≤0.0015%，As＋Sn＋Sb＋Pb＋Bi≤0.035%，余量为Fe。本发明设计了比较低的C、Si、Mn含量，在钢中添加适量Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al等元素，在确保强度的同时，提高了钢的韧性和耐腐蚀性，同时提升可焊性。本发明的生产方法相比常规的Q355B钢板，减少了钢板剪切的工序和材料浪费，因此本发明具有高效、经济、安全等优点，能很好的克服传统Q355B钢板制造预埋紧固件的缺点，实现了高效、节能生产，提高了市场竞争力。

Description

一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁行业中的建筑紧固件用钢，具体涉及一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢及其生产方法。

背景技术

玻璃幕墙是现代一种新型墙体形式，第二次世界大战后被广泛应用于公共建筑的设计。玻璃幕墙将大面积的玻璃应用于建筑物的外墙面，展示建筑物的现代风格，发挥玻璃本身的特性，使建筑物显得别具一格，从而给人一种全新的感觉。与传统的建筑围护结构相比，玻璃幕墙有自重轻、透光性好、隔音效果佳、隔热、防潮、抗风压强度大等优点，同时还有施工材料单一、施工方便、工期短、维护维修方便等优点。

玻璃幕墙是由玻璃与支承结构体系组成的，玻璃幕墙的支承结构体系与建筑主体是通过预埋紧固件连接的。预埋紧固件的好坏，决定了玻璃幕墙使用的安全性。目前玻璃幕墙预埋紧固件多用Q235B或Q355B钢板冲压生产。

国家《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591-2018)标准中的Q355B规定：C≤0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.40％。力学性能可达到：Rm：470Mpa～630Mpa，ReH≥355Mpa，A≥22％，KV2≥34J。这种钢制造的玻璃幕墙预埋紧固件的缺点是耐大气腐蚀性差、韧性差、生产成本高。随着现代高层建筑高度的不断刷新，急需一种更加可靠具有高性价比的玻璃幕墙预埋紧固件用钢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢，本发明设计了比较低的C、Si、Mn含量，在钢中添加适量Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al等元素，在确保强度的同时，提高了钢的韧性和耐腐蚀性，同时提升可焊性；本发明的另一目的在于提供该玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，本发明直接轧制直角扁钢，经一道冷弯成型制成“C”形玻璃幕墙预埋紧固件，相比常规的Q355B钢板，减少了钢板剪切的工序和材料浪费，因此本发明具有高效、经济、安全等优点，能很好的克服传统Q355B钢板制造预埋紧固件的缺点，实现了高效生产，提高了市场竞争力。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢，其化学成分质量百分比为C：0.06％-0.09％，Si：≤0.10％，Mn：0.30％-0.40％，Cr：0.40％-0.45％，Ni：0.40％-0.44％，Mo：0.35％-0.40％，Cu：0.20％-0.25％，Al：0.020％-0.050％，Ti：0.010％-0.030％，P≤0.018％，S≤0.010％，[O]≤0.0015％，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.035％，余量为Fe；本发明提供的玻璃幕墙预埋紧固件用钢的Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.40％。

进一步的，所述As≤0.015％，Sn≤0.015％，Pb≤0.010％，Sb≤0.010％，Bi≤0.010％。

本发明的进一步改进方案为：

生产上述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的方法，包括下列步骤：铁水预处理→转炉冶炼→钢包精炼→RH真空脱气→软吹→连铸→缓冷→加热→轧制→缓冷→精整→入库。

进一步的，所述铁水预处理的过程为，采用KR脱硫方法，在铁水包中搅拌铁水形成漩涡，向漩涡中心逐渐投入450Kg～500Kg CaO+CaF2混合脱硫剂，持续搅拌铁水，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，再扒渣器扒渣去除脱硫产物，确保脱硫后铁水S<0.005％。

进一步的，所述转炉冶炼时，转炉采用过氧化吹炼，控制出钢C≤0.05％，根据出钢C首先添加脱氧剂铝饼，再采用金属锰、镍板、低碳铬铁调整合金含量，最后加入石灰和低钛精炼渣；确保到精炼炉C≤0.06％、Mn：0.25％～0.35％、Ni：0.37％～0.42％、Cr：0.27％～0.37％。

进一步的，所述钢包精炼采用LF精炼，出钢、精炼前期和调整成分时，采用300-500NL/min大搅拌吹氩强度均匀成分，以钢水不大翻、裸露为宜，其它保持软吹氩；LF精炼时间≥30分钟；精炼过程使用特级萤石调整渣况，并保证精炼渣良好的流动性和碱度R≥3.0；在送电、精炼过程中，加入电石、铝粒强化渣面脱氧，确保白渣时间≥20分钟；精炼过程Al含量控制在0.020～0.035％；精炼中前期加入FeMo60-B:6.0kg/t，白渣情况下加入FeTi70:0.5kg/t，进行目标成分调整。

进一步的，所述RH真空脱气时，浸渍管浸入钢水中的深度为500±50mm，在真空度≤100Pa的情况下保持时间≥20min，真空处理过程氩气流量≤194Nm3/h；破空后软吹前喂纯钙线，中包第一炉150～250米，软吹时间保持20～35分钟。

进一步的，所述连铸时，采用150mm×150mm小方坯连铸机生产连铸坯，2.2m/min恒拉速、全程保护浇注。

进一步的，所述轧制时，采用18架平立交替式连轧机组轧制扁钢，在蓄热式燃气步进加热炉中采用1130℃～1180℃高温加热，1050℃～1100℃开轧；轧制后≥350℃避风堆冷。

本发明设计了比较低的C、Si、Mn含量，在钢中添加适量Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al等元素，在确保强度的同时，提高了钢的韧性和耐腐蚀性，同时提升可焊性。通过添加少量的Cr元素，形成Cr的碳化物，提高钢的强度；通过添加Ni元素提高冲击韧性，尤其是低温冲击韧性，同时抑制Cu元素造成的表面裂纹；通过添加少量的Mo元素，在提高强度的同时，提升钢的耐磨性，防止紧固件松动磨损失效；通过添加少量的Cu元素，提高钢的耐候性，提高耐大气腐蚀的能力；通过各成分的合理配比，依靠Ti、Al微合金化技术细化晶粒，再使用控制轧制来确保紧固件的组织，提高紧固件的综合性能；本发明直接轧制直角扁钢，经一道冷弯成型制成“C”形玻璃幕墙预埋紧固件，相比常规的Q355B钢板，减少了钢板剪切的工序和材料浪费，因此本发明具有高效、经济、安全等优点，能很好的克服传统Q355B钢板制造预埋紧固件的缺点，实现了高效生产，提高了市场竞争力。

目前国内使用的玻璃幕墙预埋紧固件用钢与本发明的化学成分对比情况如下表1所示。

表1化学成分对比(wt％)

下面具体说明本发明玻璃幕墙预埋紧固件用钢化学成分的限定理由：

C：是对钢强度影响最大的元素，也是最廉价的元素。C能够与Mn、Cr、Ti等元素结合，形成碳化物，有利于强度的增加，但是C含量过高会导致钢的韧性下降，本发明通过合金元素来确保钢的性能，为提高焊接性能，尽可能的降低C含量，将C含量限定为0.06％-0.09％。

Si：能溶于铁素体和奥氏体中起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度，尤其是提高钢的屈服强度；硅还有脱氧的作用，但含量随着硅含量的增加，会影响钢的焊接性能，硅还会增加铁素体冷变形硬化率，使钢的冷加工困难，对冷加工性能有很不利的影响，因此本发明严格限制Si的含量≤0.10％。

Mn：有固溶强化的作用，可扩大奥氏体区、降低奥氏体向铁素体的转变温度，进而细化铁素体晶粒、提高钢的强韧性，当Mn含量低于1.80％时，随着其含量增加，钢材强度不断增加，而对韧性不会有显著危害。但本发明为了在不影响性能的前提下提升钢的耐候性，考虑到各种元素的匹配，将Mn含量控制在0.30％-0.40％之间；

Cr：在钢中以碳化物形态存在，能显著提高钢的强度；Cr还可以在钢的表面形成一层钝化膜，具有抗氧化和耐二氧化碳腐蚀的能力；具有防氧化、抗腐蚀、耐磨等特点，同时对钢的塑性、韧性影响较小，添加0.40％以上的Cr就可以起到显著的强化效果，结合本发明的性能要求，将Cr元素控制在0.40％-0.45％之间；

Ni在钢中可以稳定奥氏体，在提高强度的同时，不降低塑性和韧性；Ni钢中的铜元素结合时，还拥有一定的耐腐蚀性，当Ni：Cu≥2:1时，在钢的表面形成铜镍富集层，抑制单一铜元素的富集，防止产生铜致裂纹。但是由于Ni是贵重合金，影响钢材生产成本，所以本钢种添加0.40％-0.44％的Ni。

Mo：能够细化晶粒，提高钢的强韧性和耐磨性，从而提高产品的疲劳寿命，但是Mo元素非常昂贵，不适宜大量添加。本钢种Mo含量控制在0.35％-0.40％。

Cu：在钢中一般作为有害元素，当Cu含量超过0.20％且钢温超过1100℃时，钢材表面产生氧化脱碳，易在脱碳层晶界富集，形成铜脆、表面龟裂，严重影响钢材质量；但是Cu是提高钢耐腐蚀性最佳的元素之一，在钢材腐蚀过程中，铜能起到活化阴极的作用，使钢阳极发生钝化，减缓腐蚀，同时铜会在钢的表面富集，形成一层薄薄的耐蚀层，减缓腐蚀；含铜0.20％的钢耐腐蚀性比不含铜钢高20％以上，铜还能细化奥氏体晶粒，提高钢的强度；但是铜在我国属于稀缺资源，考虑到耐候性和综合成本，本发明将Cu含量限定为0.20％-0.25％。

Al：作为强脱氧剂和细化晶粒元素，可以抑制低碳钢的时效；一般钢中Al含量不宜过高，Al含量高的钢在浇注过程非常容易结瘤，造成大量报废，本发明是一种低碳钢，钢中的氧势比较高，容易形成三氧化二铝夹杂，所以本发明将Al含量限定在0.020％-0.050％。

Ti：含量0.010％的Ti就可以显著细化晶粒，提高钢的强韧性，但是Ti和N、C元素结合形成的碳氮化钛是一种带有棱角的硬质夹杂物，对钢的性能有非常大的危害，所以本发明将Ti含量限定在0.010％-0.030％。

P：使钢产生冷脆性，降低钢的冲击韧性，同时恶化钢的焊接性能，降低塑性，使冷弯性能变差。因此，本发明将P含量控制在0.018％以下；

S：是易偏析元素，降低钢的延展性和韧性，对焊接性能和耐腐蚀性也有不利影响。所以本发明对S含量进行了严格控制，必须≤0.010％。

O：在室温时对钢的强度影响不大，但使钢的伸长率和面缩率显著的降低，在较低温度和O含量极低时，材料的强度和塑性均随O含量的增加而急剧降低。随着O含量的增加，材料的氧化夹杂物含量显著增加，严重影响材料的疲劳寿命。本发明及生产工艺可以将O含量稳定控制在0.0015％以内。

五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi位于元素周期表的第四和第五主族，氧化性低于铁，在冶炼环节无法去除；原子半径大，且易在晶界和表面富集，分布极不均匀，增加钢的热脆倾向，造成低温脆性，降低钢的热塑性，导致铸坯表面开裂，降低钢材的抗腐蚀性能。本钢种中控制As≤0.015％，Sn≤0.015％，Pb≤0.010％，Sb≤0.010％，Bi≤0.010％，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.035％。

按照本发明生产的玻璃幕墙预埋紧固件用钢，具有高强韧性、高纯净度等特点，材料性能可以达到如下水平：Rm：550Mpa～630Mpa，ReH≥400Mpa，A≥25％，KV2≥80J；晶粒度≥8级；非金属夹杂物A粗≤1.5级，A细≤1.5级，B粗≤1.0级，B细≤1.5级，C粗≤0.5级，C细≤0.5级，D粗≤1.0级，D细≤1.0级，Ds≤1.5级。使用寿命与Q355B材质相比可提高50％。

国内本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明通过化学成分的全新设计、冶炼工艺的优化设计、控制轧制，生产高精度、高强韧性、高耐久性的玻璃幕墙预埋紧固件用钢。

(2)设计了比较低的C、Si、Mn含量，通过在钢中添加适量Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al等元素，在确保强度的同时，提高了钢的韧性和耐腐蚀性，同时提升可焊性。

(3)添加少量的Cr元素，形成Cr的碳化物，可以提高钢的强度；

(4)通过添加Ni元素提高冲击韧性，尤其是低温冲击韧性，同时抑制Cu元素造成的表面裂纹；

(5)通过添加少量的Mo元素，在提高强度的同时，提升钢的耐磨性，防止紧固件松动磨损失效；

(6)通过添加少量的Cu元素，提高钢的耐候性，提高耐大气腐蚀的能力；

(7)合理配比各种成分，依靠Ti、Al微合金化技术细化晶粒，再使用控制轧制来确保紧固件的组织，提高紧固件的综合性能；

(8)本钢种采用BOF+LF+RH+CCM工艺，保证较低的气体以及有害残余元素的含量，使得材料具有优异综合力学性能。

(9)本钢种采用蓄热式步进加热炉加热，十八架连轧机组直接轧制直角扁钢，提高了产品的尺寸精度，提升了钢材的综合力学性能。扁钢经一道冷弯成型制成“C”形玻璃幕墙预埋紧固件，相比常规的Q355B钢板，减少了钢板剪切的工序和材料浪费，因此本发明具有高效、经济、安全等优点，能很好的克服传统Q355B钢板制造预埋紧固件的缺点，实现了高效生产，提高了市场竞争力。

具体实施方式

实施例1～3

采用以下生产工艺制备：

(1)铁水预处理：采用KR脱硫方法，在铁水包中搅拌铁水，连续搅拌8-10分钟，形成漩涡，向漩涡中心逐渐投入450Kg～500Kg CaO+CaF2混合脱硫剂，持续搅拌铁水，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，再扒渣器扒渣去除脱硫产物，降低铁水S含量，扒渣率达到90％以上，确保脱硫后铁水S<0.005％；

(2)转炉冶炼：转炉采用过氧化吹炼，控制出钢C≤0.05％，根据出钢C首先添加脱氧剂铝饼，再采用金属锰、镍板、低碳铬铁调整合金含量，最后加入石灰和低钛精炼渣；确保到精炼炉C≤0.06％、Mn：0.25％～0.35％、Ni：0.37％～0.42％、Cr：0.27％～0.37％；

(3)精炼：在100吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，出钢、精炼前期和调整成分时，采用300-500NL/min大搅拌吹氩强度(以钢水不大翻、裸露为宜)均匀成分，其它保持软吹氩；LF精炼时间≥30分钟。精炼过程使用特级萤石调整渣况，并保证精炼渣良好的流动性和碱度R≥3.0。在送电、精炼过程中，加入适量电石、铝粒强化渣面脱氧，确保白渣时间≥20分钟。精炼过程Al含量控制在0.020～0.035％。精炼中前期加入FeMo60-B:6.0kg/t，白渣情况下加入FeTi70:0.5kg/t，进行目标成分调整。

(4)真空脱气、软吹：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，浸渍管浸入钢水中的深度为500±50mm，在真空度≤100Pa的情况下保持时间≥20min，真空处理过程氩气流量≤194Nm3/h。破空后软吹前喂纯钙线：中包第一炉150～250米，软吹时间保持20～35分钟。

(5)连铸：采用150mm×150mm小方坯连铸机，使用低硅中间包覆盖剂、专用结晶器保护渣，采用保护渣自动烘烤、自动添加装置确保均匀及时添加，实行全程全保护浇铸2.2m/min恒拉速生产连铸圆坯。

(6)轧钢与精整：采用18架平立交替式连轧机组轧制扁钢，在蓄热式燃气步进加热炉中采用1130℃～1180℃高温加热，1050℃～1100℃开轧；轧制后≥350℃避风堆冷；逐支人工检查修磨精整。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

所得玻璃幕墙预埋紧固件用钢的化学成分如表2所示。

表2玻璃幕墙预埋紧固件用钢成分(wt％)

分别根据GB/T 228.1、GB/T 229、GB/T 6394、GB/T 10561对实施例1～3制得的玻璃幕墙预埋紧固件用钢进行力学性能、晶粒度及非金属夹杂物的测试，测试结果与现有技术对比情况如表3、4、5所示。本发明断后伸长率和冲击吸收能量显著高于现有玻璃幕墙预埋紧固件用钢。

表3本发明力学性能与现有技术对比

钢种	Rm/Mpa	ReH/Mpa	A/％	KV2/J
					实施例1	627	412	27	99
实施例2	622	409	26	103
					实施例3	635	415	27	87
现有玻璃幕墙预埋紧固件用钢	470-630	355-375	22-25	34-50

表4本发明晶粒度与现有技术对比

钢种	晶粒度
		实施例1	8.0级
实施例2	8.0级
		实施例3	8.0级
现有玻璃幕墙预埋紧固件用钢	6.0级

表5本发明非金属夹杂物控制水平与现有技术对比

钢种

A粗

A细

B粗

B细

C粗

C细

D粗

D细

Ds

实施例1

0.5/0.5

0/0

0.5/1.0

1.0/1.0

实施例2

0.5/0.5

1.0/1.0

0.5/1.0

0/0

0.5/1.0

1.0/1.0

实施例3

0.5/0.5

0.5/1.0

0/0

0.5/1.0

1.0/0.5

1.0/1.5

现有钢种

2.0

1.5

2.0

本发明所设计的玻璃幕墙预埋紧固件用钢经盐雾试验，耐大气腐蚀能力比现有的玻璃幕墙预埋紧固件用钢提升50％以上。

Claims

1.一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为C：0.06%-0.09%，Si：≤0.10%，Mn：0.30%-0.40%，Cr：0.40%-0.45%，Ni：0.40%-0.44%，Mo：0.35%-0.40%，Cu：0.20%-0.25%，Al：0.020%-0.050%，Ti：0.010%-0.030%，P≤0.018%，S≤0.010%，[O]≤0.0015%，As＋Sn＋Sb＋Pb＋Bi≤0.035%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢，其特征在于：所述As≤0.015%，Sn≤0.015%，Pb≤0.010%，Sb≤0.010%，Bi≤0.010%。

3.生产如权利要求1或2任意一项所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的方法，其特征在于，包括下列步骤：铁水预处理→转炉冶炼→钢包精炼→RH真空脱气→软吹→连铸→缓冷→加热→轧制→缓冷→精整→入库。

4.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述铁水预处理的过程为，采用KR脱硫方法，在铁水包中搅拌铁水形成漩涡，向漩涡中心逐渐投入450Kg~500Kg CaO+CaF2混合脱硫剂，持续搅拌铁水，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，再扒渣器扒渣去除脱硫产物，确保脱硫后铁水S<0.005%。

5.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼时，转炉采用过氧化吹炼，控制出钢C≤0.05%，根据出钢C首先添加脱氧剂铝饼，再采用金属锰、镍板、低碳铬铁调整合金含量，最后加入石灰和低钛精炼渣；确保到精炼炉C≤0.06%、Mn：0.25%～0.35%、Ni：0.37%～0.42%、Cr：0.27%～0.37%。

6.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述钢包精炼采用LF精炼，出钢、精炼前期和调整成分时，采用300-500NL/min大搅拌吹氩强度均匀成分，其它保持软吹氩；LF精炼时间≥30分钟；精炼过程使用特级萤石调整渣况，并保证精炼渣良好的流动性和碱度R≥3.0；在送电、精炼过程中，加入电石、铝粒强化渣面脱氧，确保白渣时间≥20分钟；精炼过程Al含量控制在0.020～0.035%；精炼中前期加入FeMo60-B:6.0kg/t，白渣情况下加入FeTi70:0.5kg/t，进行目标成分调整。

7.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述RH真空脱气时，浸渍管浸入钢水中的深度为 500±50mm，在真空度≤100Pa的情况下保持时间≥20min，真空处理过程氩气流量≤194Nm3/h；破空后软吹前喂纯钙线，中包第一炉150～250米，软吹时间保持20～35分钟。

8.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述连铸时，采用150mm×150mm小方坯连铸机生产连铸坯，2.2m/min恒拉速、全程保护浇注。

9.根据权利要求3所述的一种玻璃幕墙预埋紧固件用钢的生产方法，其特征在于：所述轧制时，采用18架平立交替式连轧机组轧制扁钢，在蓄热式燃气步进加热炉中采用1130℃~1180℃高温加热，1050℃~1100℃开轧；轧制后≥350℃避风堆冷。