CN102828113A - 100MPa高性能建筑结构用软钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种100MPa高性能建筑结构用软钢及其制造方法，钢的化学成分：C 0.001％～0.0045％、Si≤0.05％、Mn 0.009％～0.048％、Ti0.011％～0.045％、Als 0.004％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括冶炼、连铸、钢坯加热和两阶段控制轧制，其特点是钢坯加热温度1100～1280℃，加热时间60～110s/mm；粗轧终轧温度为950～1080℃；精轧开轧温度900～1050℃，终轧温度820～960℃，积累变形量大于45％；轧后钢板自然冷却。本发明钢的化学成分简单，成本低；钢板的屈服强度波动范围在80～120MPa，-20℃纵向低温韧性大于80J。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种100MPa级别高性能抗震隔震建筑结构低屈服点软钢及其制造方法。
背景技术
现代钢结构的抗震设计概念，已经从钢结构的整体抗震转变为将某些构件设计成结构的减震装置，使其在大震时首先屈服耗能，其余钢结构则处于弹性状态。为了解决钢结构房屋的地震后变形的修复问题，国内外开始越来越多地开发和利用抗震隔震建筑结构低屈服点软钢减震器作为减震装置。
目前只有日本公开了有关100MPa级别低屈服点建筑结构用钢技术，如公开号为JP10324918A，名为“低屈服点构造用钢板的制造方法”的日本专利公开了一种屈服点小于100MPa钢板的制造方法。它是一种低C、Mn、Al、Ti、Nb、B合金体系，钢中没有添加其它合金等元素。经过热轧或热处理的方法可以使钢的屈服强度控制在80～180N/mm2范围内，延伸率大于40％。但由于屈服强度变化范围较大，不利于软钢减震结构的设计和制造，而且从其实施例可见其终轧温度较低，在700～850℃之间，较低的终轧温度对轧机的能力要求较高，影响生产节奏和生产效率。热轧后采用800～900℃退火到500℃空冷的粗化处理以提高性能，退火和粗化处理增加了生产成本降低了生产效率，并且工艺复杂。同时采用Nb、B等合金元素不利于成本的控制，B的加入也可能引起冲击韧性的恶化。
从以上专利和本领域技术发展状况不难看出，目前低屈服点软钢减震器用钢板的生产主要存在以下问题：
1)大部分需要配合正火、退火或高温回火，生产成本较高；
2)低温韧性要求基本为0℃，难以满足北方低温地区冬季对钢结构的设计和施工需要；
3)屈服强度变化范围较大，在100MPa范围内，不利于软钢减震结构的设计和制造；
4)采用Nb、B等合金元素不利于成本的控制，B的加入也可能引起冲击韧性的恶化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种成本低、低温韧性好、屈服强度波动范围小的低屈服点建筑结构用钢及其制造方法。
本发明100MPa高性能建筑结构用软钢的化学成分重量百分比为：C0.001％～0.0045％、Si≤0.05％、Mn 0.009％～0.048％、Ti 0.011％～0.045％、Als 0.004％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明所述钢中的杂质元素控制在P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％。
本发明100MPa高性能建筑结构用软钢的化学成分以低C、低Ti含量以及合金元素设计简单为基本特征。为了保证钢的强度需要0.001％以上的C含量，同时为了保证钢的焊接性能和低温韧性，C的含量不宜超过0.0045％；为了保证钢种更高的延伸性能，将Si的含量控制在小于0.05％；Mn的主要作用是固溶强化和脱氧，过多时会使强度过高；Ti、Al主要作用是抑制加热时晶粒长大，同时起固溶和析出强化的作用，Ti、Al配合脱氧可以减少强度的增加过多，增强Ti脱氧产物的有益作用。
本发明低屈服点建筑结构用钢的生产工艺流程为：冶炼-连铸-钢坯加热-两阶段控制轧制-空冷-(正火)。
本发明冶炼工艺特征：进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围内；根据钢水中氧含量，控制ALs含量在0.004％～0.070％，加Ti微合金化；连铸采用电磁搅拌以减少元素偏析。
本发明轧制工艺特征：轧制过程采用再结晶控轧工艺。钢坯加热温度1100～1280℃，加热时间控制在60～110s/mm；采用两阶段控轧，目的在于控制终轧温度，控制组织晶粒度，粗轧终轧温度控制在950～1080℃；第二阶段精轧开轧温度为900～1050℃，终轧温度为820～960℃；第二阶段再结晶区轧制积累变形量大于45％；轧后钢板自然冷却。
为能获得更佳效果，本发明可进一步对所述冷却后的钢板进行760～920℃均匀化热处理。在热处理过程中，调整钢的强度，同时改善钢的韧性和塑性。
采用本发明生产的低屈服点建筑结构用钢板具有以下有益效果：
①屈服强度波动范围较小，为80～120MPa；
②-20℃纵向低温韧性大于80J，可以满足寒冷地区建筑行业减震设计和施工的需求；
③生产工艺简单，热轧态空冷或配合正火即可获得良好的板型和性能；
④化学成分简单，除基本元素外，只少量添加Ti，成本较低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例钢种的化学成分见表1，本发明实施例钢的生产工艺见表2，本发明实施例钢的性能检验结果见表3。
表1、本发明实施例钢种的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ti | Als | N | [O] |
| 1 | 0.0033 | 0.026 | 0.009 | 0.014 | 0.005 | 0.023 | 0.037 | 0.0026 | 0.0017 |
| 2 | 0.0022 | 0.017 | 0.041 | 0.013 | 0.004 | 0.015 | 0.065 | 0.0022 | 0.0015 |
| 3 | 0.0023 | 0.021 | 0.048 | 0.009 | 0.005 | 0.032 | 0.026 | 0.0022 | 0.0016 |
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表2、本发明实施例钢的生产工艺参数
表3、本发明实施例钢的力学性能
Claims (4)
1.一种100MPa高性能建筑结构用软钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C 0.001％～0.0045％、Si≤0.05％、Mn 0.009％～0.048％、Ti 0.011％～0.045％、Als 0.004％～0.070％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的100MPa高性能建筑结构用软钢，其特征在于所述杂质中P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0030％，[O]≤0.0020％。
3.一种权利要求1或2所述100MPa高性能建筑结构用软钢的制造方法，包括冶炼、连铸、钢坯加热和两阶段控制轧制，其特征在于钢坯加热温度为1100～1280℃，加热时间为60～110s/mm；第一阶段粗轧终轧温度控制在950～1080℃；第二阶段精轧开轧温度为900～1050℃，终轧温度为820～960℃，积累变形量大于45％；轧后钢板自然冷却。
4.根据权利要求3所述的100MPa高性能建筑结构用软钢的制造方法，其特征在于所述钢板冷却后进行760～920℃的均匀化热处理。
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