CN109852893A

CN109852893A - 一种低温高韧性耐火钢及其制备方法

Info

Publication number: CN109852893A
Application number: CN201910196610.6A
Authority: CN
Inventors: 韩宇; 王旭生; 徐勇; 崔宏涛; 吴刚; 苗隽; 许学利; 耿明璐; 刘伟芳; 王锡龙; 文小明; 赵迪
Original assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Current assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: CN109852893B

Abstract

本发明的一种低温高韧性耐火钢，化学组成及其重量百分比为C：0.01～0.12％，Mn：0.30～1.60％，Si：0.10‑0.50％，Al：0.010‑0.050％，Cu：0.02‑0.05％，Cr：0.10‑0.90％，Mo：0.10‑0.80％，Ti：0.005‑0.060％，Nb：0.005‑0.080％，Ni：0.05‑0.30％，B≤0.0040％，P≤0.025％，S≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过添加一种或几种微合金元素，在一定的配比下，使其获得良好的耐火性能和低温韧性。钢在600℃时的屈服强度大于其室温标准要求屈服强度的2/3，‑40℃冲击功≥120J，并具有优良的成形性能、冷弯性能、焊接性能等。

Description

一种低温高韧性耐火钢及其制备方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，涉及一种低温高韧性耐火钢及其制备方法。

背景技术

普通建筑用结构钢在600℃时屈服强度将会下降至室温屈服强度的1/2以下，从而失去承载能力。现有建筑标准规定用耐火绝热涂层保护钢结构。然而喷涂耐火绝热涂层的工作危害工人的健康，延长了工期，增加了钢结构建造成本。此外，耐火绝热涂层喷涂作业的飞溅物还造成了环境污染。

我国北方冬季气温最低可达-20℃，部分地区可达-40℃，建筑用的钢结构在严寒的天气下冲击韧性会急剧降低，特别在极寒的气候条件下，钢结构在一定的冲击载荷作用下容易突然发生断裂，从而导致重大安全事故。为了适应北方寒冷的气候条件，增强高层建筑的安全性，亟需一种低温高韧性的耐火钢，在高温时具有较高的强度，同时在低温下具有良好的冲击韧性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低温高韧性耐火钢及其制备方法，具有较好的耐火性能和低温韧性。

本发明提供一种低温高韧性耐火钢，化学组成及其重量百分比为C：0.01～0.12％，Mn：0.30～1.60％，Si：0.10-0.50％，Al：0.010-0.050％，Cu：0.02-0.05％，Cr：0.10-0.90％，Mo：0.10-0.80％，Ti：0.005-0.060％，Nb：0.005-0.080％，Ni：0.05-0.30％，B≤0.0040％，P≤0.025％，S≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。

在本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法中，包括如下步骤：

炼钢工序：按照如下化学组成及其重量百分比冶炼、浇注成板坯：

其中C：0.01～0.12％，Mn：0.30～1.60％，Si：0.10-0.50％，Al：0.010-0.050％，Cu：0.02-0.05％，Cr：0.10-0.90％，Mo：0.10-0.80％，Ti：0.005-0.060％，Nb：0.005-0.080％，Ni：0.05-0.30％，B≤0.0040％，P≤0.025％，S≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质；

加热工序：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，板坯出炉温度为1160～1200℃；

轧制工序：粗轧道次选择3+3模式控制，终轧温度大于或等于800℃；

冷却工序：采用间歇式冷却模式，钢板在出精轧机时就开始喷水进行层流冷却，喷水量减半；

卷取工序：卷取温度大于或等于400℃。

在本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法中，所述炼钢工序中，原料采用精料废钢，原料预处理入炉时，S≤0.005％。

在本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法中，所述炼钢工序中进行转炉冶炼时转炉脱碳处理时只进行一次吹氧；出钢采用低碳低磷锰铁、硅铁、钼铁、高铬合金化；转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气吹扫，钢包铝含量为0.005～0.015％；要求钢包N≤25ppm，挡渣出钢，严格控制进入钢包中的渣量。

在本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法中，所述炼钢工序中进行炉外精炼时要求LF处理过程保持微正压，严格控制LF增N，要求增N量小于或等于10ppm；LF采用活性石灰、萤石造流动性好的还原渣，控制吹氩强度，避免钢液裸露；RH处理后进行钙质处理，增加软吹时间，控制钢水中夹杂物。

在本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法中，所述炼钢工序中进行连铸时全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露，严格控制水口吸N，控制增N≤5ppm；采用高碱度的中包渣，以便钢中夹杂物的去除；钢水浇注过程采用“软压下”功能，保障铸坯内部质量；浇钢过程保持恒拉速；中包按过热度≤30℃控制；连铸坯浇注完成后，进行堆放缓冷降温，保证铸坯缓慢降温，72小时后再进行轧制。

本发明的一种低温高韧性耐火钢及其制备方法有益效果：

(1)成分设计上，相比于同等级别的耐火钢，采用低C、无V的设计，并适量的Cr、Mo、Ni、Cu合金元素，力学性能上各项指标达到要求，特别是冲击韧性特别优良。在不添加V元素的前提下仍然获得良好的耐火性能，产品竞争力较高，具有很好的经济效益。

(2)低温高韧性耐火钢在600℃时的屈服强度大于其室温标准要求屈服强度的2/3，满足现代建筑结构钢耐火安全性的指标要求。

(3)通过本工艺生产的低温高韧性耐火钢，相比于同等级别的普通结构钢，除了常温力学性能满足各项指标要求，各项力学性能满足指标达到要求，低温高韧性耐火钢在600℃时的屈服强度大于其室温标准要求屈服强度的2/3，满足现代建筑结构钢耐火安全性的指标要求，特别是冲击韧性特别优良，实物冲击功在-40℃可以达到≥200J。

具体实施方式

普通建筑用结构钢在室温下具有良好的强度，但随着温度的升高，钢材的屈服强度将会下降至室温屈服强度的1/2以下，从而失去承载能力。国际上普遍采用日本的标准来判定钢的耐火性能：如果钢在600℃时的屈服强度大于其室温屈服强度的2/3，则钢就具备耐火性能。本发明的耐火钢通过在钢中加入Mo、Cr、Cu、Ni等合金元素，从而得到的具有较好的耐火性能。

普通建筑用结构钢的冲击能量要求在≥27J，韧脆转变温度在-20℃，这样的材料在温度低于-20℃的环境下，在冲击载荷的作用下易发生脆性断裂。本发明的低温高韧性耐火钢通过在钢中加入Nb微合金化元素，并在加工过程中对其施行控制冷却速度从而使晶粒组织细化，最终产品实物在-40℃冲击功≥200J，具有良好的低温韧性。

低温高韧性耐火钢要获得良好的耐火性能和低温韧性，必须要求钢水具有良好的纯净度和较低的C含量，并设计特殊的合金加入量。

本发明的一种低温高韧性耐火钢，化学组成及其重量百分比为C：0.01～0.12％，Mn：0.30～1.60％，Si：0.10-0.50％，Al：0.010-0.050％，Cu：0.02-0.05％，Cr：0.10-0.90％，Mo：0.10-0.80％，Ti：0.005-0.060％，Nb：0.005-0.080％，Ni：0.05-0.30％，B≤0.0040％，P≤0.025％，S≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的一种低温高韧性耐火钢，通过添加几种微合金元素，在一定的配比下，使其获得良好的耐火性能和低温韧性。该耐火钢在600℃时的屈服强度大于其室温标准要求屈服强度的2/3，-40℃冲击功≥120J，并具有优良的成形性能、冷弯性能、焊接性能等。

钢材的耐火机理：耐火钢中添加的Mo元素可以显著增大过冷奥氏体在珠光体转变区的稳定性,从而有利于贝氏体或MA组织的形成。所以在较低冷速下,耐火钢已获得铁素体+贝氏体+MA的混合组织，这种混合组织的相界可以有效地阻碍位错运动,从而提高了钢的高温强度。

钼与铌都是强碳化物形成元素。Mo有利于形成更多细小稳定碳化物(Mo₂C)，这种碳化物较Fe₃C更稳定，在高温状态下，难以分解和长大。铌在钢中形成细小的NbC第二相，具有很高的组织稳定性。细小弥散Nb(C,N),可以阻碍晶界迁移,提高晶粒长大温度，达到细晶效果，细化的晶粒可以有效阻止裂纹的扩展，从而提高耐火钢的低温韧性。

钢中加入铜、铬、镍等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成约50μm～100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物致密层，这层致密氧化物膜阻止外界环境空气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓锈蚀向钢铁材料纵深发展，提高了钢铁材料的耐腐蚀能力。

本发明的一种低温高韧性耐火钢的制备方法，包括如下步骤：

炼钢工序：按照如下化学组成及其重量百分比冶炼、浇筑成板坯：

卷取工序：卷取温度大于或等于400℃。

具体实施时，所述炼钢工序中，原料采用精料废钢，原料预处理入炉时，S≤0.005％。

具体实施时，所述炼钢工序中进行转炉冶炼时转炉脱碳处理时只进行一次吹氧；出钢采用低碳低磷锰铁、硅铁、钼铁、高铬合金化；转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气吹扫，钢包铝含量为0.005～0.015％；要求钢包N≤25ppm，挡渣出钢，严格控制进入钢包中的渣量。

具体实施时，所述炼钢工序中进行炉外精炼时要求LF处理过程保持微正压，严格控制LF增N，要求增N量小于或等于10ppm；LF采用活性石灰、萤石造流动性好的还原渣，控制吹氩强度，避免钢液裸露；RH处理后进行钙质处理，增加软吹时间，控制钢水中夹杂物。

具体实施时，所述炼钢工序中进行连铸时全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露，严格控制水口吸N，控制增N≤5ppm；采用高碱度的中包渣，以便钢中夹杂物的去除；钢水浇注过程采用“软压下”功能，保障铸坯内部质量；浇钢过程保持恒拉速；中包按过热度≤30℃控制；连铸坯浇注完成后，进行堆放缓冷降温，保证铸坯缓慢降温，72小时后再进行轧制。

实施例1

按照如下化学组成及其重量百分比冶炼、浇筑成板坯

C：0.06％，Mn：0.8％，Si：0.12％，Al：0.030％，Cu：0.31％，Cr：0.32％，Mo：0.4％，Ti：0.008％，Nb：0.03％，Ni：0.13％，B：0.0002％，P：0.01％，S：0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质；

再将板坯依次通过加热工序、轧制工序、冷却工序、卷取工序获得低温高韧性耐火钢。

实施例2

按照如下化学组成及其重量百分比冶炼、浇筑成板坯

C：0.1％，Mn：1.4％，Si：0.28％，Al：0.025％，Cu：0.40％，Cr：0.55％，Mo：0.35％，Ti：0.030％，Nb：0.01％，Ni：0.18％，B：0.0001％，P：0.012％，S：0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质；

表1耐火钢与普通结构钢力学性能对比

表2耐火钢系列冲击试验

从表1可以看出，实施例1的耐火试验钢与实施例2的耐火试验钢高温性能均满足高温耐火性能要求，达到钢材可以耐火的设计目标。由于实施例1的钢添加的合金量较多，实施例1中钢的强度比实施例2中钢的强度性能高，并且对比于Q345B普通热轧结构钢，实施例1和实施例2中试验钢均具有更好的冲击韧性，从表2可以看出，实施例1和实施例2中试验钢在-60℃仍具有良好的冲击韧性，说明本发明的耐火钢在-60℃时仍未达到韧脆转变温度点，满足北方地区低温服役的使用条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低温高韧性耐火钢，其特征在于，化学组成及其重量百分比为C：0.01～0.12％，Mn：0.30～1.60％，Si：0.10-0.50％，Al：0.010-0.050％，Cu：0.02-0.05％，Cr：0.10-0.90％，Mo：0.10-0.80％，Ti：0.005-0.060％，Nb：0.005-0.080％，Ni：0.05-0.30％，B≤0.0040％，P≤0.025％，S≤0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种低温高韧性耐火钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

卷取工序：卷取温度大于或等于400℃。

3.如权利要求2所述的低温高韧性耐火钢的制备方法，其特征在于，所述炼钢工序中，原料采用精料废钢，原料预处理入炉时，S≤0.005％。

4.如权利要求2所述的低温高韧性耐火钢的制备方法，其特征在于，所述炼钢工序中进行转炉冶炼时转炉脱碳处理时只进行一次吹氧；出钢采用低碳低磷锰铁、硅铁、钼铁、高铬合金化；转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气吹扫，钢包铝含量为0.005～0.015％；要求钢包N≤25ppm，挡渣出钢，严格控制进入钢包中的渣量。

5.如权利要求2所述的低温高韧性耐火钢的制备方法，其特征在于，所述炼钢工序中进行炉外精炼时要求LF处理过程保持微正压，严格控制LF增N，要求增N量小于或等于10ppm；LF采用活性石灰、萤石造流动性好的还原渣，控制吹氩强度，避免钢液裸露；RH处理后进行钙质处理，增加软吹时间，控制钢水中夹杂物。

6.如权利要求2所述的低温高韧性耐火钢的制备方法，其特征在于，所述炼钢工序中进行连铸时全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露，严格控制水口吸N，控制增N≤5ppm；采用高碱度的中包渣，以便钢中夹杂物的去除；钢水浇注过程采用“软压下”功能，保障铸坯内部质量；浇钢过程保持恒拉速；中包按过热度≤30℃控制；连铸坯浇注完成后，进行堆放缓冷降温，保证铸坯缓慢降温，72小时后再进行轧制。