CN111926245B - 屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法 - Google Patents

屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法，其原料包括：C 0.015～0.05％，Si 0.05～0.50％，Mn 0.25～0.50％，P<0.015％，S<0.01％，Cr 0.20％～0.70％，Mo 0.15～0.22％，Nb 0.04～0.08％，V 0.005～0.050％，Ti 0.01～0.03％，Al 0.01～0.04％，N<0.0060％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素，先将原料冶炼为铸坯，铸坯加热得到原始坯料，原始坯料轧制成过渡坯，过渡坯回炉加热后通过轧机连续轧制，轧后经过层流冷却即可制得钢板。本发明有效降低钢的成本，提高高温性能。

Description

屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法
技术领域
本发明涉及钢板及制备，具体涉及一种屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法。
背景技术
钢结构以其重量轻、施工快、空间大、舒适美观、抗震性好以及可循环利用等特点，十七在高层建筑和大型公共场所建筑中应用越来越多，但是普通建筑用钢的耐火性能很差，随着温度的升高，其屈服强度快速下降，尤其是温度高于350℃时出现剧烈下降，不具备称重能力，因此需要喷涂很厚的耐火涂层来对钢结构进行耐火保护，耐火涂层的使用使得建筑成本增加的同时造成严重的环境污染以及大大延长工期，基于安全性、经济性、造型美观、空间利用率等方面的要求，耐火钢以其高强、轻量、耐火、抗震以及相比于防火涂料来说无污染等优势将成为世界各国大型建筑结构的首选材料。
研究表明，钢中不同组织类型的耐火性能不同，贝氏体组织的耐火性能明显高于铁素体组织。传统耐火钢以高Mo(一般不小于0.5Wt.％)的成分设计，通过Mo元素强烈的高温固溶强化效应来满足其高温强度的损失，但是Mo元素由于其较为昂贵而使得钢的成本大大增加，对于厚度在5～10mm的热轧薄规格耐火钢板，钢板轧成的难度较大，由于轧制过程中温降快，入水温度难以达到，高温性能难以保证，同时板形的控制也是重要难点，因此，目前此类薄规格的抗震耐火钢的没有合适的生产方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种屈服强度345MPa级薄规格抗震耐火钢板及制备方法，解决Mo元素成本高、高温性能难以保证、薄规格的抗震耐火钢生产难度大的问题。
技术方案：本发明所述的屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板，其原料以质量百分比计包括：
C 0.015～0.05％，Si 0.05～0.50％，Mn 0.25～0.50％，P<0.015％，S<0.01％，Cr0.20％～0.70％，Mo 0.15～0.22％，Nb 0.04～0.08％，V 0.005～0.050％，Ti 0.01～0.03％，Al 0.01～0.04％，N<0.0060％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素。
为了调控钢板强度，所述C和Mn的配比满足：C的质量分数×1000+Mn的质量分数×100为65％～75％。
本发明所述的屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，同时采用卷轧保温的方式保证终轧温度为840～920℃，轧后经过层流冷却，入水温度为820～900℃，冷速20～40℃/s，使Nb的析出被抑制，终冷返红温度560℃～620℃，未析出的Nb在返红过程中析出，形成纳米第二相，随后空冷至室温，即得到屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板。
其中，所述步骤(2)中加热温度为1150℃～1220℃，在炉时间9～13min/cm。
所述步骤(3)中原始坯料轧制成100mm～130mm厚度的过渡坯，过渡坯再加热的温度为1200～1280℃，在炉时间≥100min。
技术原理：本发明采用中厚板卷轧机开坯轧制，将原始坯料轧制成100mm～130mm厚度的过度坯并自然冷却，过度坯再回炉加热，过度坯再加热至1200～1280℃，控制奥氏体化温度，高于微合金元素Nb、V全固溶温度，但低于TiN回溶温度，充分利用固溶的TiN抑制奥氏体晶粒长大的作用，获得细小均匀的原始奥氏体组织；为了弥补薄板在轧制过程中温降快等因素，轧制方式采用中厚板卷厂卷轧保温的方式，以保证840～920℃的高终轧温度，同时，为了弥补轧后轧机与入水口之间温降的问题，实际轧制过程中采用加快轧后抛钢速度，以此降低轧机与入水口之间的温降，以保证入水温度为820～900℃，层流冷却阶段，冷却速度20～40℃/s，返红温度560～620℃，以获得粒状贝氏体+细晶铁素体+少量珠光体组织，抑制马氏体形成和微合金碳氮化物在铁素体和贝氏体中大量析出。
有益效果：本发明采用超低碳、低锰、低钼、高铌的成分设计思路，通过低钼的设计来有效降低钢的成本，通过铌在高温下的析出强化来提高高温性能，同时通过控轧控冷的手段使钢种产生一定量的贝氏体组织，通过贝氏体良好的高温性能来调控钢的高温强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板，其原料以质量百分比计包括：C：0.016％，Si：0.24％，Mn：0.49％，P：0.010％，S：0.009％，Cr：0.38％，Mo：0.18％，Nb：0.041％，V：0.030％，Ti：0.012％，Al：0.02％，N：0.0040％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素。
1.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1160℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成110mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1270℃，在炉时间110min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为5mm，终轧温度为818℃，轧后经过层流冷却，入水温度为820～900℃，冷速24℃/s，终冷返红温度614℃，随后空冷至室温。
1.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1170℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成120mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1250℃，在炉时间120min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为8mm，终轧温度为856℃，轧后经过层流冷却，冷速31℃/s，终冷返红温度585℃，随后空冷至室温。
1.3制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1220℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成130mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1220℃，在炉时间130min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为10mm，终轧温度为870℃，轧后经过层流冷却，冷速35℃/s，终冷返红温度570℃，随后空冷至室温。
实施例2
一种屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢，其原料以质量百分比计包括：C：0.036％，Si：0.15％，Mn：0.39％，P：0.009％，S：0.008％，Cr：0.60％，Mo：0.20％，Nb：0.048％，V：0.024％，Ti：0.010％，Al：0.02％，N：0.0030％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素。
2.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1210℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成110mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1280℃，在炉时间110min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为5mm，终轧温度为840℃，轧后经过层流冷却，入水温度819℃，冷速28℃/s，终冷返红温度614℃，随后空冷至室温。
2.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1200℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成120mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，1260℃，在炉时间120min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为8mm，终轧温度为863℃，轧后经过层流冷却，入水温度841℃，冷速31℃/s，终冷返红温度592℃，随后空冷至室温。
2.3制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1155℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成130mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1210℃，在炉时间130min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为10mm，终轧温度为880℃，轧后经过层流冷却，入水温度858℃，冷速38℃/s，终冷返红温度565℃，随后空冷至室温。
实施例3
一种屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板，其原料以质量百分比计包括：C：0.048％，Si：0.31％，Mn：0.26％，P：0.011％，S：0.008％，Cr：0.50％，Mo：0.17％，Nb：0.06％，V：0.010％，Ti：0.017％，Al：0.02％，N：0.0050％，其余为Fe以及不可避免的杂质元素。
3.1制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1180℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成110mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1265℃，在炉时间110min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为5mm，终轧温度为845℃，轧后经过层流冷却，入水温度823℃，冷速28℃/s，终冷返红温度620℃，随后空冷至室温。
3.2制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1190℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成120mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1250℃，在炉时间120min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为8mm，终轧温度为898℃，轧后经过层流冷却，入水温度870℃，冷速36℃/s，终冷返红温度600℃，随后空冷至室温。
3.3制备上述钢板的方法，包括以下步骤：
(1)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(2)铸坯置于加热炉加热，加热温度为1216℃，在炉时间220min，获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(3)将原始坯料轧制成130mm厚度的过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，加热温度为1230℃，在炉时间130min；
(4)采用轧机将过渡坯连续轧制，采用卷轧保温的方式，经过9道次轧制成成品厚度为10mm，终轧温度为895℃，轧后经过层流冷却，入水温度870，冷速38℃/s，终冷返红温度565℃，随后空冷至室温。
对以上实施例进行力学性能测试，测试结果如下表1所示：
表1屈服强度345MPa级抗震耐火钢力学性能
Figure BDA0002578891360000061
注：5mm厚度规格不做冲击。
从上述测试结果可以看出：本发明成分下的耐火钢，经过冶炼、连铸以及特定的轧制工艺，得到的屈服强度345MPa级薄规格耐火钢板各项性能均优异。

Claims (3)

1.一种屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建一种屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板，其原料以质量百分比计包括：
C 0.015～0.05％，Si 0.05～0.50％，Mn 0.25～0.50％，P<0.015％，S<0.01％，Cr0.20％～0.70％，Mo 0.15～0.22％，Nb 0.04～0.08％，V 0.005～0.050％，Ti 0.01～0.03％，Al 0.01～0.04％，N<0.0060％。余量为Fe以及不可避免的杂质元素；
(2)将原料经过转炉冶炼、炉外精炼和浇筑连铸坯得到铸坯；
(3)铸坯置于加热炉加热获得细小均匀的原始奥氏体组织的原始坯料；
(4)将原始坯料轧制成过渡坯并自然冷却，过渡坯再回炉加热，原始坯料轧制成100mm～130mm厚度的过渡坯，过渡坯再加热的温度为1200～1280℃，在炉时间≥100min；
(5)采用轧机将过渡坯连续轧制，同时采用卷轧保温的方式保证终轧温度为840～920℃，轧后经过层流冷却，入水温度为820～900℃，冷速20～40℃/s，使Nb的析出被抑制，终冷返红温度560℃～620℃，未析出的Nb在返红过程中析出，形成纳米第二相，随后空冷至室温，即得到屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板。
2.根据权利要求1所述的屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述C和Mn的配比满足：C的质量分数×1000+Mn的质量分数×100为65％～75％。
3.根据权利要求1所述的屈服强度345MPa级热轧薄规格抗震耐火钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热温度为1150℃～1220℃，在炉时间9～13min/cm。
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