CN112011736B - 一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法,属于建筑钢领域。其化学成分为:C:0.085‑0.115%,Mn:1.20‑1.40%,Si:0.25‑0.35%,Cr:0.35‑0.55%,Mo:0.01‑0.10%,Nb:0.02‑0.06%,V:0.02‑0.06%,Cu:0.10‑0.20%,Ni:0.1‑0.3%,P:0‑0.01%,S:0‑0.01%,RE:0.05‑0.10%,其余为Fe和不可避免的微量的化学元素。采用真空冶炼并浇铸成坯,一阶段热轧成型,空冷至室温。本发明通过添加稀土元素,能有效调控钢材组织,所制得的钢屈服强度Rel≥460MPa,抗拉强度Rm≥570MPa,屈强比低于0.75,延伸率A≥25%,冲击吸收功Akv(‑40℃)≥80J,相对腐蚀速率(以Corten A为标准)低于60%,可有效减小贝氏体岛状物尺寸、增加铁素体中的析出速度和数量、减小点腐蚀的发生,达到提升钢的抗震、耐蚀、耐火性能的目的。在建筑用钢领域具有一定实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及建筑用结构钢领域,尤其涉及一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法。
背景技术
钢结构建筑具有节能环保、抗震性好、重量轻、施工快和舒适美观的优点,因此被广泛应用于高层建筑、大型公共建筑、高档住宅等消防安全要求较高的地方。其中,460MPa级的钢材可满足实际使用需求,具有一定代表性。
近年来,国内460MPa级建筑用钢发展迅速。虽然厚板已经进入普遍应用和推广的阶段,但能够同时具备优异的耐火、耐蚀性能,并且还具有良好的抗震性能的结构钢相对更少,因此其研发具有一定的实用价值与现实意义。
经检索,公开号为CN13354273A的文献,公开了《一种高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法》,该文献含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ti、Als、N、O、Cr、Ni、Cu、Ca、B,此外还含有Nb、V、RE中的一种或一种以上,余量为Fe;该文献提及的钢具有高强度、高韧性、优良的耐火、耐候性能,但由于含有较多P含量,将会导致焊接性能变差,且需进行正火+回火处理,工艺路线复杂,成本相应升高。且添加B,易产生偏聚,影响韧性。
经检索,公开号为CN110241361A的文献,公开了一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法。其化学成分为:C:0.06-0.08%,Mn:1.4-1.6%,Si:0.15-0.25%,Cr:0.3-0.5%,Mo:0.20-0.35%,Nb:0.02-0.04%,Ti:0.1-0.15%,V:0.06-0.11%,Cu:0.25-0.30%,Ni:0.30-0.35%,P:<0.012%,S:<0.002%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。其采用常规真空冶炼并浇铸成坯;对铸坯进行加热;热轧成H型钢,空冷至室温,得到双相组织。该发明钢中Mo、Ti、V等含量较高,这种成分体系相对成本较高,并且Ti的大量添加,实际生产时韧性难以控制,并且实际使用时耐蚀性能是一项重要指标,对比的发明中没有相关描述。相比之下,本文所述发明通过显著降低Mo含量以及无Ti处理,可以节约成本;降低Cu、Ni含量,添加一定量的稀土元素,除获得优异的耐火性能外,使得到的钢具有更好的耐腐蚀性能。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法,其性能能够满足GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》要求,交货状态为热轧态,热处理工艺简单,工艺窗口较宽,屈服强度Rel≥460MPa,抗拉强度Rm≥570MPa,屈强比低于0.75,延伸率A≥25%,冲击吸收功Akv(-40℃)≥80J,相对腐蚀速率(以Corten A为标准)低于60%。
本发明通过添加稀土元素,使其在脱硫、脱氧、夹杂物变性等方面起作用,减少点腐蚀的发生,并促进保护性锈层的生成,从而优化耐蚀性能;稀土元素可使贝氏体钢中粒状贝氏体的岛状物更加细小且聚集,增强屈强比,即抗震性能;稀土元素还可以降低奥氏体中第二相的析出速率,增大其在铁素体区的析出速度与数量,从而提升高温性能。
本发明提供一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法,其特征在于,所述钢的化学成分以质量百分数计为:C:0.085-0.115%,Mn:1.20-1.40%,Si:0.25-0.35%,Cr:0.35-0.55%,Mo:0.01-0.10%,Nb:0.02-0.06%,V:0.02-0.06%,Cu:0.10-0.20%,Ni:0.1-0.3%,P:0-0.01%,S:0-0.01%,RE:0.05-0.10%,其余为Fe和不可避免的微量的化学元素。
其生产工艺依次包括:真空冶炼、浇铸成坯、热轧成型,轧后空冷至室温;其中热轧工艺采用再结晶区温度轧制,轧制工艺中控制的技术参数为:再加热温度1150-1200℃,保温2h以上;开轧温度控制在1050-1069℃;终轧温度控制在950-969℃。
所述钢的屈服强度Rel≥460MPa,抗拉强度Rm≥570MPa,屈强比低于0.75,延伸率A≥25%,冲击吸收功Akv(-40℃)≥80J,相对腐蚀速率(以Corten A为标准)低于60%;在600℃保温3h后屈服强度不低于室温下强度的2/3;添加百分比含量为0.05-0.10%的稀土元素,可使粒状贝氏体中岛状物更加细小,从而提升抗震性能;可降低奥氏体中的第二相析出速率,并增加铁素体中的析出速度与数量,从而提升高温性能;可减少点腐蚀的发生,从而优化其耐蚀性能。
上述含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法,其轧制后的组织为铁素体与贝氏体的双相组织,其中铁素体占比80%以上,由于稀土元素的添加,增加了遇火时的析出量,同时减小了析出物的尺寸,增强第二相强化效果,提高耐火性能。添加百分比含量为0.05-0.10%的稀土元素,将使粒状贝氏体中岛状物更加细小,从而提升抗震性能;添加稀土元素将降低奥氏体中的第二相析出速率,并增加铁素体中的析出速度与数量,从而提升高温性能;同时还将减少点腐蚀的发生,从而优化其耐蚀性能。
本发明通过成分设计及控轧控冷工艺的调控,可以很好的改善综合性能,尤其是耐火性能、抗震性能和耐蚀性能的耦合。在原有成分基础上通过添加一定量的稀土元素后,可进一步提高钢材的抗震、耐蚀、耐火性能。
本发明主要化学成分含量控制所起的作用具体为:
本发明的C含量选择在0.085-0.115%。C作为保证力学性能的元素之一,可通过固溶强化显著提高强度。若C含量过高易产生偏析,影响低温韧性与焊接性能;若C含量过低则会降低钢材强度与屈强比。
本发明的Si含量选择在0.25-0.35%。Si通过固溶强化提高钢强度的同时,也能起到脱氧的作用,但Si含量过高会导致低温冲击韧性降低。
本发明的Mn含量选择在1.20-1.40%。Mn的作用主要为增强韧性以及脱氧、脱硫,Mn含量过低将会降低钢的强度,含量过高则会有损韧性以及焊接性能。
本发明的Nb含量选择在0.02-0.06%。Nb是碳氮化物形成元素,可以起到析出强化作用,并钉扎奥氏体晶界到细化作用,提高强度。此外,Nb还可以提高钢的奥氏体再结晶温度,使其可以在更高的温度下轧制。并且Nb的添加使本发明钢在轧后空冷时产生相间析出,遇火产生大量过饱和析出,起到强化作用,进而提高耐火性能。
本发明的V含量选择在0.02-0.06%。V是强碳氮化物形成元素,可以起到析出强化作用,并钉扎奥氏体晶界到细化作用,同时在轧后空冷产生相间析出,遇火时产生大量过饱和析出,起到强化作用,进而提高耐火性能。
本发明的Cr含量选择在0.35-0.55%。提高钢的耐蚀性能,还能提高钢的淬透性,具有二次硬化作用,但含量过高会降低基体和热影响区的韧性。
本发明的Mo含量选择在0.01-0.10%。Mo增加了淬透性,有利于贝氏体组织的生成,Mo含量越高,贝氏体体积分数越大。主要通过钼的固溶强化和Mo富集区的沉淀强化提高高温强度,还可以在高温抑制位错湮灭。但Mo属于贵重金属,因此本发明将其含量控制在0.1%以下。
本发明的Ni含量选择在0.10-0.30%。Ni的主要作用为提高钢的淬透性,并提高过冷奥氏体的稳定性,降低位错运动阻力,促进交滑移,改善韧性。还能强化基体。
本发明的Cu含量选择在0.10-0.20%。有助于提高钢的淬透性和耐大气腐蚀能力,具有一定的沉淀强化作用,固溶于贝氏体中的铜原子在温度升高时能快速析出,提高高温强度。
本发明的RE含量选择在0.05-0.10%。稀土元素的主要作用为脱硫、脱氧、夹杂物变性等,它可以减少点腐蚀的发生,并促进保护性锈层的生成,从而优化耐蚀性能;稀土元素可使贝氏体钢中粒状贝氏体的岛状物更加细小且聚集,降低屈强比,即抗震性能;稀土元素还可以降低奥氏体中第二相的析出速率,增大其在铁素体区的析出速度与数量,从而提升高温性能。但稀土元素含量过多将会降低效果,故需适量添加。
本发明的P、S含量选择为P:<0.01%,S:<0.01%。P、S是钢中不可避免的有害元素,会降低钢材的韧性与塑性,因此含量需严格控制。
本发明的有益效果是:本发明所述的含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢成分简单,轧制工艺简单。通过添加稀土元素,进一步增强钢材的抗震、耐蚀、耐火性能。可广泛应用于现代钢结构建筑中,可有效提高在地震、火灾中的安全性,具有很强的实用性。
附图说明
图1本发明实施例1钢经过硝酸酒精侵蚀后的光学显微镜观察的金相图,图2本发明实施例1钢保温3小时后经过萃取复型后透射电镜观察的析出物分布及形貌。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明所述的含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法进一步说明:
表1所列为实施例1、2的含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢化学成分的质量百分数(余量为Fe和不可避免的杂质)。
表1 实施例1、2化学成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | Mo | V | Nb | Cr | Cu | Ni | RE | P | S |
1 | 0.10 | 0.30 | 1.30 | 0.07 | 0.05 | 0.04 | 0.41 | 0.20 | 0.26 | 0.09 | 0.007 | 0.003 |
2 | 0.09 | 0.32 | 1.35 | 0.08 | 0.06 | 0.05 | 0.44 | 0.19 | 0.22 | 0.07 | 0.008 | 0.003 |
实施例1、2采用电炉冶炼,铸造方式为连铸,再通过再结晶区一阶段热轧成型,其中再加热温度为1200℃,保温时间2h,开轧温度控制为1060℃,终轧温度为960℃,冷却至室温。
表2所列为对比例1、2的不含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢化学成分的质量百分数(余量为Fe和不可避免的杂质)。其中对比例1与本发明所述的实施例区别在于,对比例1中未添加稀土元素。
表2 对比例1、2化学成分(wt%)
对比例 | C | Si | Mn | Mo | V | Nb | Cr | Cu | Ni | RE | P | S |
1 | 0.10 | 0.28 | 1.30 | 0.09 | 0.05 | 0.05 | 0.40 | 0.19 | 0.20 | - | 0.007 | 0.005 |
2 | 0.10 | 0.30 | 1.23 | 0.08 | 0.06 | 0.04 | 0.38 | 0.18 | 0.20 | 0.08 | 0.007 | 0.004 |
对比例1采用电炉冶炼,铸造方式为连铸,再通过再结晶区一阶段热轧成型,其中再加热温度为1200℃,保温时间2h,开轧温度控制为1060℃,终轧温度为960℃,冷却至室温。
对比例2采用电炉冶炼,铸造方式为连铸,再通过再结晶区和非再结晶区两阶段热轧成型,其中再加热温度为1200℃,保温时间2h,开轧温度控制为1060℃,终轧温度为850℃,冷却至室温。
对比例2与本发明所述的实施例区别在于:对比例2的终轧温度为850℃,低于实施例所采用的960℃。
表3所列为本发明实施例1、2,对比例1、2的力学性能与腐蚀性能检测结果列表。本发明腐蚀评价方法参照GB/T 20853-2007,并与Corten A腐蚀能力进行对比。
表3 实施例1、2,对比例1、2力学性能、腐蚀性能数据
从表3可以看出:
本发明所述的含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢实施例产品,其屈服强度、屈强比、延伸率、冲击韧性均达到460MPa级抗震耐蚀耐火建筑钢的要求。同时,耐火性能优越,600℃保温3小时后的屈服强度不低于室温下屈服强度的2/3,满足要求;耐蚀性能也有显著提高。
通过实施例1、2与对比例1的对比,可以看出:通过添加稀土元素,可以有效提高钢材的力学性能、高温性能,并且显著优化其耐腐蚀性能。
通过实施例1、2与对比例2的对比,可以看出:通过对生产工艺的控制,提高终轧温度可以显著提高钢材的力学性能,尤其对高温性能提升显著。
Claims (1)
1.一种含稀土的460MPa级建筑用抗震耐蚀耐火钢的制备方法,其特征在于,所述钢的化学成分以质量百分数计为:C:0.085-0.115%,Mn:1.20-1.40%,Si:0.25-0.35%,Cr:0.35-0.55%,Mo:0.01-0.10%,Nb:0.02-0.06%,V:0.02-0.06%,Cu:0.10-0.20%,Ni:0.1-0.3%,P:0-0.01%,S:0-0.01%,RE:0.05-0.10%,其余为Fe和不可避免的微量的化学元素;其生产工艺依次包括:真空冶炼、浇铸成坯、热轧成型,轧后空冷至室温;其中热轧工艺采用再结晶区温度轧制,轧制工艺中控制的技术参数为:再加热温度1150-1200℃,保温2h以上;开轧温度控制在1050-1069℃;终轧温度控制在950-969℃;
添加百分比含量为0.05-0.10%的稀土元素,将使粒状贝氏体中岛状物更加细小,从而提升抗震性能;添加稀土元素将降低奥氏体中的第二相析出速率,并增加铁素体中的析出速度与数量,从而提升高温性能;同时还将减少点腐蚀的发生,从而优化其耐蚀性能;
所述钢的屈服强度Rel≥460MPa,抗拉强度Rm≥570MPa,屈强比低于0.75,延伸率A≥25%,冲击吸收功Akv(-40℃)≥80J,相对腐蚀速率(以Corten A为标准)低于60%;在600℃保温3h后屈服强度不低于室温下强度的2/3。
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