CN111621688A - 一种新型钢结构专用钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型钢结构专用钢及其制备方法，其中，在加热制度上，采用较高的加热温度，保温在炉时间缩短。经实验室模拟试验，加热温度控制在1230‑1260℃，保温时间控制在25分钟，保证了合金元素的充分融入，以及低合金钢在轧制时有较好的塑性以及良好的板形，满足轧制工艺要求，根据用户所要求的成品厚度，调整粗轧中间坯厚度，保证精轧压缩比达到以上，改善成品的金相组织和物理性能，提高产品质量，中温卷取，获得细小均匀的组织和合适的氧化铁皮结构。这种钢材制造成本比镀锌板节省，应用于钢结构上,可以满足技术性能要求，可以降低原材料制造成本，提高相关产业经济效益，促进了环保行业发展和科学技术进步。

Description

一种新型钢结构专用钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢材制造领域，尤其涉及一种新型钢结构专用钢及其制备方法。

背景技术

近年来，随着基础设施建设和厂房建筑的持续增加，钢结构建筑得到普及和持续发展，钢结构广泛应用于建筑、铁路、桥梁和住宅等方面，牌号包括普碳钢Q235B、Q235C、Q345B和低合金高强钢等，厚度规格：3.0～16.0mm 等，一般来说，普通材质制造的钢结构，都是通过酸洗、抛丸工艺去除表面的氧化铁皮，由于废酸液对环境和人体伤害较大，使得钢结构厂寻求新的生产技术和工艺替代原有的工艺。

针对上述问题，用户有时也采用镀锌板为原料，在通常情况下，成本是普通碳钢的1.5～2倍，在解决了钢结构表面实用性、均匀性的同时，制造成本上涨，生产利润降低，尤其在目前国内外市场竞争非常激烈，企业利润被大幅压缩，纷纷面临生存危机，亟需研究开发能满足钢结构实际生产制造和性能要求的替代材料，降低企业生产成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型钢结构专用钢及其制备方法。

本发明一方面提供了一种新型钢结构专用钢，化学成分及质量百分比为： C：0.05-0.20％、Si：0.07-0.27％、Mn：0.15-0.55％、S：0.001-0.008％、P： 0.003-0.015％、Al：0.015-0.055％、Ni：0.001-0.10％、Cr：0.03-0.25％、N： 0.0010-0.0060％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明另一方面提供了上述新型钢结构专用钢的制备方法，包括如下步骤：1)铁水预脱硫

采用重料废钢，要求扒净渣，入炉铁水S≤0.005％；

2)转炉炼钢

转炉炼钢过程要求拉碳一次命中、避免点吹，出钢采用高锰、硅铁，出钢前控制出钢口、避免散流，钢包氩气吹扫，钢包中Als按0.015-0.050％控制，要求钢包N≤20ppm；

3)精炼工序

采用LF钢包炉处理，对钢中氮气、氧气含量严格控制，采用硅钙线钙处理，使钢中的夹杂物充分变性，提高产品等向性能；

4)连铸工序

连铸开浇前采用氩气吹扫中间包，全程进行保护性浇注，浇注过程做到无钢液裸露，控制增N≤5ppm，采用高碱度中包渣，有利于钢中夹杂物的上浮，连铸过热度控制目标不大于30℃，板坯热过热装,剩余板坯放置在库内缓冷区；

5)加热炉部分

加热温度1230-1260℃，目标出炉温度1230-1260℃，控制加热炉炉膛气氛，减少铸坯氧化铁皮的生成，保证加热温度均匀，为保证板形提供基础；

6)轧制、卷取部分

轧选择3+3模式控制，做好精轧模型的负荷分配，保证轧制过程稳定性，终轧温度：≥860℃，卷取温度：520～620℃，前段立即开冷，前段冷却模式，充分保证终轧、卷取温度的精确控制。

优选，所述步骤3)中，喂CaSi线450米。

进一步优选，所述步骤4)中浇钢过程投入轻压下功能，浇钢过程保持恒拉速1.0～1.2m/min。

钢结构专用钢材具有良好的抗氧化、抗剥落能力，其中合金元素起到了决定性作用，包括：

(1)增加氧化铁皮的黏附性；

(2)影响氧化铁皮物相结构和种类，阻碍锈层的生长；

(3)增加钢板的抗剥落能力；

(4)增加钢板的抗氧化性；

(5)合金元素及其化合物阻碍裂纹的产生和缺陷。

构成这种钢材的各化学元素成分含量范围和功能如下：

C：0.05-0.20％，C能够显著地提高钢的强度，为使钢材强度达到一定的刚度，需要含有较高的C含量，但C含量若超过0.20wt％，则对钢的抗剥落性能不利，同时也会影响钢的焊接性能、冷脆性能和冷冲压性能等，因此优选C含量在0.05-0.20wt％的范围。

P：0.003-0.015wt％P在钢中起到有害的作用，P含量高，容易在钢中引起冷脆倾向，钢中的P含量若超过0.015wt％会使韧性大幅降低，因此优选P含量在0.003-0.015wt％之间。

Cr：0.03-0.25wt％。钢中加入部分Cr，能在钢表面形成致密的Cr2O3 氧化膜，提高钢的钝化能力，另外，钢中加入Cr，还可以提高钢的耐蚀性。本发明优选Cr含量在0.03-0.25wt％的范围。

Ni：0.001-0.10wt％。Ni是一种比较稳定的元素，加入Ni能提高钢材的机械强度，并使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加钢材的稳定性，钢中添加适量的Ni，也能够提高钢材表面氧化铁皮的黏附性，避免冷成形过程中发生铁皮脱落现象。本发明优选Ni含量为0.001-0.10wt％。

Si：0.07-0.27wt％。Si是普通的脱氧剂，也是提高钢材的强度的元素， Si含量低，能够提高钢材的冷弯成形性，提高钢材的韧性，因此优选Si 含量为0.07-0.27％。

Mn：0.15-0.55wt％。Mn提高钢材的屈服强度和抗拉强度，是钢中最常用的元素之一，Mn在一定程度上还可以提高钢材的耐腐蚀性能，但Mn 用量过多会降低钢材的韧性和焊接性能，因此含量优选为0.15-0.55wt％。

S：0.001-0.008wt％S是钢中有害元素之一，S含量高容易在钢中起热脆性作用，其含量被控制在0.001-0.008wt％。

Al：0.015-0.055wt％。Al是镇静钢中最常用的脱氧元素，在钢水中加入一定量的铝，铝和氧在高温下，发生反应形成三氧化二铝，在钢水的表面以残渣的形式存在，通过剔除残渣来控制钢水中的含氧量，减少钢中的杂质含量，改善钢的品质，起着重要的作用。优选含量范围为 0.015-0.055wt％。

N：0.0010-0.0050Wt％。在冶炼过程中，N有利于去除冶炼过程汇中产生的有害气体杂质及机械杂质，提高钢的质量，改善钢的性能，但如果 N含量过高会影响钢材的冲击韧性，另外还容易引起失效硬化。所以优选 N含量为0.0010-0.0050Wt％。

余量由Fe和其他杂质组成。

本发明的有益效果如下：

(1)在化学成分设计上，所添加的合金含量较低，钢质纯净，在保证优异性能的基础上，节约成本。

(2)钢板表面的抗氧化铁皮剥落性能，达到用户使用要求。

(3)力学性能上，各项异性小，各项指标达到要求，且断后伸长率富余量较大。

(4)在氧化铁皮结构控制上，本工艺采用合理的较高的加热温度、适当的终轧温度、中温卷取温度等措施来保证，且板形优良。

(5)通过本工艺生产的钢结构专用钢，以优异的性能和良好的氧化铁皮结构、板形，完全满足用户的使用需求。

(6)使用本技术生产的钢结构专用钢材和表面，降低了企业的成本，体现出较高的成品质量和成材率，具有良好的经济效益和社会效益，具备良好的推广价值。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施方案提供了一种新型钢结构专用钢，化学成分及质量百分比为：C： 0.05-0.20％、Si：0.07-0.27％、Mn：0.15-0.55％、S：0.001-0.008％、P： 0.003-0.015％、Al：0.015-0.055％、Ni：0.001-0.10％、Cr：0.03-0.25％、N： 0.0010-0.0060％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明还提供了上述新型钢结构专用钢的制备方法，包括如下步骤：

1)铁水预脱硫

采用重料废钢，要求扒净渣，入炉铁水S≤0.005％；

2)转炉炼钢

转炉炼钢过程要求拉碳一次命中、避免点吹，出钢采用高锰、硅铁，出钢前控制出钢口、避免散流，钢包氩气吹扫，钢包中Als按0.015-0.050％控制，要求钢包N≤20ppm；

3)精炼工序

采用LF钢包炉处理，对钢中氮气、氧气含量严格控制，采用硅钙线钙处理，喂CaSi线450米，使钢中的夹杂物充分变性，提高产品等向性能；

4)连铸工序

连铸开浇前采用氩气吹扫中间包，全程进行保护性浇注，浇注过程做到无钢液裸露，控制增N≤5ppm，采用高碱度中包渣，有利于钢中夹杂物的上浮，浇钢过程投入轻压下功能，浇钢过程保持恒拉速1.0～1.2m/min，连铸过热度控制目标不大于30℃，板坯热过热装,剩余板坯放置在库内缓冷区；

5)加热炉部分

加热温度1230-1260℃，目标出炉温度1230-1260℃，控制加热炉炉膛气氛，减少铸坯氧化铁皮的生成，保证加热温度均匀，为保证板形提供基础；

6)轧制、卷取部分

轧选择3+3模式控制，做好精轧模型的负荷分配，保证轧制过程稳定性，终轧温度：≥860℃，卷取温度：520～620℃，前段立即开冷，前段冷却模式，充分保证终轧、卷取温度的精确控制。

下面对利用上述实施例提供的方法制得的钢和其他工艺所制得得钢进行性能测试，结果如表1所示：

表1性能测试结果

牌号	屈服强度R<sub>t0.5</sub>	抗拉强度R<sub>m</sub>	伸长率％A<sub>50</sub>
				BG350-Z	≥350	≥490	≥22
本工艺	420	540	36
				其他工艺	380	520	29

结论：从实施例和比较例的实验结果来看，本申请提供的钢结构专用钢，强化效果明显优于其他工艺。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (4)

1.一种新型钢结构专用钢，其特征在于，化学成分及质量百分比为：C：0.05-0.20％、Si：0.07-0.27％、Mn：0.15-0.55％、S：0.001-0.008％、P：0.003-0.015％、Al：0.015-0.055％、Ni：0.001-0.10％、Cr：0.03-0.25％、N：0.0010-0.0060％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的一种新型钢结构专用钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)铁水预脱硫

采用重料废钢，要求扒净渣，入炉铁水S≤0.005％；

2)转炉炼钢

转炉炼钢过程要求拉碳一次命中、避免点吹，出钢采用高锰、硅铁，出钢前控制出钢口、避免散流，钢包氩气吹扫，钢包中Als按0.015-0.050％控制，要求钢包N≤20ppm；

3)精炼工序

采用LF钢包炉处理，对钢中氮气、氧气含量严格控制，采用硅钙线钙处理，使钢中的夹杂物充分变性，提高产品等向性能；

4)连铸工序

连铸开浇前采用氩气吹扫中间包，全程进行保护性浇注，浇注过程做到无钢液裸露，控制增N≤5ppm，采用高碱度中包渣，有利于钢中夹杂物的上浮，连铸过热度控制目标不大于30℃，板坯热过热装,剩余板坯放置在库内缓冷区；

5)加热炉部分

加热温度1230-1260℃，目标出炉温度1230-1260℃，控制加热炉炉膛气氛，减少铸坯氧化铁皮的生成，保证加热温度均匀，为保证板形提供基础；

6)轧制、卷取部分

轧选择3+3模式控制，做好精轧模型的负荷分配，保证轧制过程稳定性，终轧温度：≥860℃，卷取温度：520～620℃，前段立即开冷，前段冷却模式，充分保证终轧、卷取温度的精确控制。

3.根据权利要求2所述的一种新型钢结构专用钢其特征在于，所述步骤3)中，喂CaSi线450米。

4.根据权利要求2所述的一种新型钢结构专用钢，其特征在于，所述步骤4)中浇钢过程投入轻压下功能，浇钢过程保持恒拉速1.0～1.2m/min。