CN103614638A

CN103614638A - 一种高铌q460级耐火钢及其制造方法

Info

Publication number: CN103614638A
Application number: CN201310676950.1A
Authority: CN
Inventors: 尹雨群; 苑阳阳; 邓伟
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明涉及一种高铌Q460级耐火钢及其制造方法，它包括按重量百分比计的如下组分：C：0.01～0.20%，Si：0.1～0.4%，Mn：0.5～1.5%，Cr：0.1～1.0%，Mo：0.01～0.2%，Nb：0.05～0.15%，Ti：0.01～0.05%，余量为Fe；该制造方法为：钢坯加热到1150～1250℃，保温处理120～200min；粗轧终轧温度1000～1050℃，压下率为2～5；精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃；返红温度350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷；本发明降低贵金属Mo添加量的同时提高了成品钢的等级。

Description

一种高铌Q460级耐火钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低合金高强钢及其制造方法，具体来讲是一种高铌Q460级耐火钢及其制造方法。

背景技术

普通建筑用钢温度达到400℃时，屈服强度将降至室温强度的一半，温度达到600℃时，基本丧失强度，因此在建设大型的钢结构建筑时，行业规范和标准要求在钢结构表面涂覆一层防火涂层来增强抵抗火灾的能力，但是喷涂耐火材料使建筑物成本成倍增加，且延长工期，减少室内有效使用面积，喷涂作业的飞溅还污染环境；因此，现代建筑发展趋势之一就是要求减少防火涂层，开发新型建筑用耐火钢的要求由此产生。

1987年3月，日本建设省颁布了“新耐火设计法”。允许将钢材的高温屈服强度作为设计依据，解除了原来旧法令必须涂覆耐火材料的限制，这样就可以使用具有高温屈服强度的钢材制作钢结构。日本是建筑用耐火钢发展最快、新钢材、新技术开发最先进、应用范围最广的国家之一，产品包括板材和H型钢；中国从20 世纪90 年代末开始从事耐火钢方面的研究。马钢、鞍钢、宝钢和武钢等钢厂先后研发了耐火钢，但是其设计思路为添加大量贵重合金Mo，以下是与之相关的专利。

公开号为CN101906585A的中国专利公开了：一种高性能建筑结构用耐火钢板及其制造方法，其化学成分Mo：0.20％～0.40％，Nb：0.010％～0.050％，贵重合金Mo含量较高。

授权公告号为CN100529139C的中国专利涉及：焊接性和气割性优良的高强度耐火钢及其制造方法，其化学成分Mo：0.30%～0.70%，Nb：0.010％～0.050％，Re：0.0005%～0.010%，不仅添加了大量Mo，而且还加入稀土元素，另外还有回火工艺，增加了制造成本。

公开号为JP2000256791A的日本专利公开了：低屈服比耐火钢及其制造方法（Low yield ratio type fire resistant hot rolled steel sheet and its and its production），其化学成分Mo：0.30%～0.70%，Nb：0.005％～0.050％，贵重合金Mo含量较高。

公开号为CN101397627B的中国专利公开了：一种耐火耐候抗震钢及其制造方法，其化学成分Mo：0.30％～0.42％，Nb：0.015％～0.035％，贵重合金Mo含量较高，且为Q345钢级。

上述4项国内外专利保护的钢种均为目前市面上的主流耐火钢品种，从上述数据不难看出目前耐火钢在成分设计上都采用Mo作为高温强化元素，贵重合金添加量较大，部分钢级较低或制造成本高，这些弊端极大的限制了耐火钢的市场推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，打破常规设计思路，降低贵金属Mo添加量的同时提高成品钢的等级。

本发明解决以上技术问题的技术方案：

一种高铌Q460级耐火钢，包括按重量百分比计的如下组分：C：0.01～0.20%，Si：0.1～0.4%，Mn：0.5～1.5%，Cr：0.1～1.0%，Mo：0.01～0.2%，Nb：0.05～0.15%，Ti：0.01～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%。

钢的化学成分是影响高铌Q460级耐火钢性能的关键因素之一，本发明为了使所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：

C：碳是钢中最常规的合金元素，碳对强度的贡献很大，在本发明中，考虑到焊接性和强度，碳含量控制在0.01~0.20%的范围内；

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，在本发明中将硅限定在0.1~0.4%的范围内；

Mn：锰是钢中最有效的提高性能元素，具有推迟奥氏体向铁素体的转变的作用，对细化组织，提高强度和韧性有利，当锰的含量较低，上述作用不显著，过高则会引起连铸坯偏析，造成钢板的性能不均匀，本发明中锰含量控制在0.5~1.5%的范围内；

Cr：铬对提高钢的高温性能有明显作用，并且含量超过0.30％时具有耐大气腐蚀作用，并且与Mo复合作用更易于提高钢的耐火性能，本发明中铬含量控制在0.1~1.0%的范围内；

Mo：钼是钢种提高耐火性能最有效元素，但Mo价格昂贵，导致成本大幅提高，本发明中钼为辅助高温强化元素，含量控制在0.01~0.2％的范围内；

Nb：铌在本发明中作为主要的高温强化元素，研究发现，Nb≥0.05%时，在钢基体中呈现过饱和状态，在一定的加热条件下能够析出强化提高高温强度，本发明中利用Nb的这种特性，结合合适的轧制工艺控制添加合适的铌含量保证了高温屈服强度，为了可以获得有效的高温强化效果并控制成本，铌含量在0.05~0.15%的范围内；

P：作为钢中有害夹杂对钢的力学性能损害很大，尤其对无间隙原子的极低屈服点宽厚钢板，P会造成严重的晶界脆化，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，P控制在≤0.015％；

S：在钢中形成有害的硫化物夹杂物，对钢板的拉伸延伸率损害很大，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，S含量需要控制在≤0.0020％。

高铌Q460级耐火钢的制造方法为：1）加热，将与所述耐火钢具有相同组分的钢坯加热到1150℃～1250℃，保温处理120～200min；2）粗轧，粗轧终轧温度1000～1050℃，压下率为2～5；3）精轧，精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃；4）冷却，返红温度350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷。

经过TMCP轧制工艺处理以后，性能满足GB/T 28415中Q460级的力学性能要求。

本发明进一步限定的技术方案为：

前述的耐火钢，其金相组织为板条贝氏体+针状铁素体，组织均匀细小。

前述的耐火钢，室温强度≥460MPa，屈强比≤0.80%，延伸率≥20%，-40℃低温冲击≥200J，600℃高温屈服强度≥310MPa。

前述的耐火钢，耐火钢板的组分按重量百分比计为C：0.10%，Si：0.36%，Mn：0.74%，Cr：0.39%，Mo：0.16%，Nb：0.10%，Ti：0.031%，P：0.010%，S：0.0016%，余量为Fe及不可避免的杂质。

前述的耐火钢，耐火钢板的室温强度508MPa，屈强比0.78%，延伸率22%，-40℃低温冲击259J，600℃高温屈服强度341MPa。

前述的耐火钢的制造方法，当所述耐火钢成品厚度为25mm时，步骤2）粗轧工序中粗轧终轧温度1037℃，压下率为3.3；步骤3）精轧工序中精轧开轧温度950℃，终轧温度825℃；步骤4）冷却工序中返红温度370℃，冷却速率17℃/s，随后空冷。

本发明的有益效果为：

1）本发明从成分设计上摆脱了以Mo作为主要高温强化元素的思路，创新性的运用纳米析出技术，使用过量Nb在加热过程中析出强化补偿高温强度的方式生产Q460E级耐火钢，大幅降低合金成本；

2）制造工艺为TMCP（ThermoMechanicalControlProcess：热机械控制工艺），生产流程短、生产效率高、易焊接、抗震等优点。

附图说明

图1是在500倍光镜下，钢板厚度方向1/2处典型组织。

具体实施方式

实施例

一种高铌Q460级智能型耐火钢的制造方法，包括如下工序：

1）化学成分按重量百分比为：C：0.01～0.20%，Si：0.1～0.4%，Mn：0.5～1.5%，Cr：0.1～1.0%， Mo：0.01～0.2%，Nb：0.05～0.15%，Ti：0.01～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%。

根据本发明的生产工艺，冶炼轧制本发明的钢种实际化学成分如表1所示。

表1 本发明实施例的化学成分（wt%）；

Figure 2013106769501100002DEST_PATH_IMAGE002

；

2）轧制工艺为：加热温度为1150℃～1250℃，加热时间为120～200min；粗轧终轧温度1000～1050℃，中间坯厚度/成品厚度为2～5；精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃，返红温度350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷。

表2 本发明实施例的常规轧制工艺参数；

Figure 2013106769501100002DEST_PATH_IMAGE004

；

按照本发明的工艺获得的性能如表3，实施例500倍光镜下板条贝氏体+针状铁素体组织形貌图见图1，组织均匀细小。

表3 本发明实施例的板材力学性能；

；

通过本发明获得的耐火钢。屈服强度≥460MPa，屈强比≤0.80%，延伸率≥20%，-40℃低温冲击≥200J，600℃高温屈服≥310MPa。可见各项力学性能相当优异，完全符合GB/T 28415-2012中Q460E的性能要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种高铌Q460级耐火钢，其特征在于,它包括按重量百分比计的如下组分：C：0.01～0.20%，Si：0.1～0.4%，Mn：0.5～1.5%，Cr：0.1～1.0%，Mo：0.01～0.2%，Nb：0.05～0.15%，Ti：0.01～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%。

2.根据权利要求1所述的高铌Q460级耐火钢，其特征在于：所述耐火钢的金相组织为板条贝氏体+针状铁素体，组织均匀细小。

3.根据权利要求1所述的高铌Q460级耐火钢，其特征在于：所述耐火钢板的室温强度≥460MPa，屈强比≤0.80%，延伸率≥20%，-40℃低温冲击≥200J，600℃高温屈服强度≥310MPa。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的高铌Q460级耐火钢，其特征在于：所述耐火钢板的组分按重量百分比计为C：0.10%，Si：0.36%，Mn：0.74%，Cr：0.39%，Mo：0.16%，Nb：0.10%，Ti：0.031%，P：0.010%，S：0.0016%，余量为Fe及不可避免的杂质。

5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的高铌Q460级耐火钢，其特征在于：所述耐火钢板的室温强度508MPa，屈强比0.78%，延伸率22%，-40℃低温冲击259J，600℃高温屈服强度341MPa。

6.根据权利要求1所述的高铌Q460级耐火钢的制造方法，其特征在于：该制造方法为：1）加热，将与所述耐火钢具有相同组分的钢坯加热到1150℃～1250℃，保温处理120～200min；2）粗轧，粗轧终轧温度1000～1050℃，压下率为2～5；3）精轧，精轧开轧温度900～1000℃，终轧温度800～900℃；4）冷却，返红温度350～550℃，冷却速率10～25℃/s，随后空冷。

7.根据权利要求6所述的高铌Q460级耐火钢的制造方法，其特征在于：当所述耐火钢成品厚度为25mm时，步骤2）粗轧工序中粗轧终轧温度1037℃，压下率为3.3；步骤3）精轧工序中精轧开轧温度950℃，终轧温度825℃；步骤4）冷却工序中返红温度370℃，冷却速率17℃/s，随后空冷。