CN1524976A - 耐火钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了耐火钢及其制造方法，其特征在于该钢是以C、Si、Mn、Cr、Mo合金元素为主，附加Cu、Nb、V、Ni、Ti、Al、B、RE微量元素，采用控制轧制+控制冷却工艺，控制碳当量、合金含量、屈强比，使其具有低价值和优良的焊接性能利用工艺控制和耐火合金配比实现耐大气腐蚀的易于焊接的Q235和Q345级高性能耐火钢，以满足国内安全防火建筑用材的需要。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及适用于焊接的建筑用耐火低合金钢及其制造方法。
背景技术
建筑用耐火钢是近年来开发研制的具有耐火性能的低合金钢品种，它对于建立自身具有防范火灾效果的结构建筑起决定性作用。据查新检索，目前国际上开发研制的耐火钢，如专利号为JP2001049338的日本专利“防火可焊耐候钢”，韩国浦项专利号为19980039060的“抗拉58Kg耐火钢”所公开的专利虽然达到了600℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，甚至达到了700℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，但其耐600℃高温的耐火钢不控制生产工艺和屈服比，合金含量高，造价昂贵，不易于焊接。耐700℃高温的耐火钢虽然在生产工艺方面有所控制，但没有控制碳当量和屈强比，造价昂贵，并且属于58kg级耐火钢，不适合国内建筑用钢市场。
国内建筑用钢一般采用GB700规定的Q235级钢和GB/T1591规定的Q345级钢，该类钢的不足之处在于当温度达到350℃时即软化，不具备耐火性能。
武钢提供了一种耐火钢，专利申请号为011335629，该钢虽然达到了600℃1-3小时内屈服强度下降不低于其常温的2/3，但是也存在不控制碳当量和屈强比的弊端，且合金含量高，价格昂贵，不能满足国内建筑结构用钢市场的需求。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了焊接性能优良的低价位耐火钢，该钢是通过采用适当的轧制工艺，控制碳当量、合金含量、屈强比，使其成份优化，综合性能优良，并利用工艺控制和耐火合金配比来实现耐大气腐蚀，且易于焊接的Q235和Q345级高性能耐火钢，以满足国内安全防火的建筑结构用材的需求。
本发明提供的耐火钢是以C、Si、Mn、Cr、Mo、合金元素为主，附加Cu、Nb、V、Ni、Ti、Al、B、RE微量元素。其化学成份含量(wt％)为：C 0.01-0.12，Si 0.05-0.55，Mn 0.30-1.20，P≤0.030，S≤0.015，Cr 0.30-0.60，Mo 0.20-0.50，Cu0.25-0.50，Nb 0.01-0.04，V 0.02-0.05，Ni≤0.20，Ti≤0.015，Al≤0.045，B≤0.0035，RE(加入量)0.02-0.20，其余为Fe。在本发明中，各合金元素的主要作用在于：
C：为保证耐火钢可焊，并达到GB700规定的Q235级钢和GB/T1591规定的Q345级钢强度要求，C含量要求0.01％-0.12％；
Si：同样为了保证耐火钢可焊及强度要求，Si要求不大于0.55％，但是Si小于0.05％降低了耐火钢常规强度，因此其下限不低于0.05％。
Mn：Mn含量高于1.2％不利于焊接，但Mn太低对后部轧制的控制不起作用，故Mn含量控制0.3％-1.2％。
P、S为钢中有害元素控制越低越好，通常P≤0.030％，S≤0.015％。
Cr：Cr对提高钢的高温性能有贡献，当Cr含量超过0.30％时，耐火钢具有耐大气腐蚀的作用，特别是与Mo配备加入，既提高钢的高温性能，也提高钢的耐盐雾腐蚀的能力，使耐火钢更适合应用于沿海地区；Cr含量高于0.60％无意义，并且增加成本，也增加碳当量；由于Cr与Mo的配备加入，使得实现600℃1-3小时屈服强度不低于其常温2/3所需要的Mo加入量降低到0.40％以下，从而达到耐火钢的指标要求，并且价格低廉。为实现耐火钢600℃1-3小时屈服强度不低于其常温的2/3，最佳合金配比为：0.40％≤Cr+Mo+Nb+V≤1.00％。
Mo：Mo是耐火钢实现耐火所必加的元素。当要求在600℃1-3小时屈服强度不低于其常温的2/3时，Mo含量必须大于0.20％；与Cr同时加入时，Mo的上限超过0.40％无意义。当Mo不与Cr同时加入时，Mo的上限应提高到0.50％。
Cu：耐火钢中Cu的加入是为了进一步提高钢的强度和耐大气腐蚀能力。如考虑耐火钢应用于沿海地区或不太强调耐大气腐蚀性能，Cu、Ni可不加入。Cu的含量超过0.50％将导致钢材表面产生裂纹、碳当量增高、成本增高等不利后果；低于0.25％，耐大气腐蚀效果减低。
Ni：加Cu必加Ni，Ni的加入是为了减轻由于加Cu而引起的钢材表面裂纹，同时Ni也具有一定的耐大气腐蚀的能力。Ni与Cu的加入存在1∶3的对应关系。其最大含量不超过0.20％。
Nb、V、Ti、B、Als、RE的加入一方面是控制钢在加热时的晶粒长大、控制轧制时可获得较细的晶粒，从而得到综合性能良好的耐火钢，同时其复合析出物也对高温性能有贡献。此外，Ti的加入有利于提高钢的抗时效性；V的加入，在控冷工艺作用下，有利于提高钢的屈服强度。对于超过一定厚度规格的钢材，加入适量的B，并配合轧制工艺可实现耐火钢常规性能和高温性能。当对耐火钢进一步要求提高常温和高温性能、净化钢质、提高负温度冲击功并进一步提高钢的耐腐蚀性时，可向钢中加入RE合金。在耐火钢生产中，Nb、V、Ti、B、Als、RE至少应两种以上同时加入。其中Nb、V加入量应分别控制在0.01％-0.04％和0.02％-0.05％，Ti≤0.015％，B≤0.0035％，Al≤0.045％，RE(加入量)0.02％-0.20％。
Ceq：对于40mm以下的钢板要求Ceq≤0.43％，而对于40mm以上的钢板要求Ceq≤0.45％是考虑到耐火钢场地施焊的特点而界定的，碳当量按照：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)计算，因此本耐火钢是适应手工焊和自动焊的。
实现本发明，在制造工艺方面采用控制轧制+控制冷却工艺，将钢坯加热至1100℃-1300℃进行控制轧制，即：在1000℃以上，压下量≥40％，其余轧制量在930℃以下完成，终轧温度控制在840℃-890℃。控制冷却工艺为：16mm以下薄钢板采用热轧空冷工艺；16mm以上厚钢板轧后以4℃/S-20℃/S的速度，从800℃-830℃冷却至650℃，然后空冷。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1、按本发明提供的耐火钢形成了Q235～Q345强度系列，以及Mn-Mo、Cr-Mo-Nb系列Q235级和Mo-Nb、Cr-Mo-Nb-Cu、Cr-Mo-Nb-V系列Q345级耐火钢，达到了成本低廉，满足了建筑市场多层次要求。
2、本发明严格控制了碳当量(Ceq)，能够满足建筑钢结构手工和自动焊接等场地施焊的要求。
3、本发明具有良好的综合性能。负温度冲击达到C、D、E级等级质量。Z向性能达到Z35要求。
4、本发明提高了钢的耐火极限。相当于36b型钢的焊接耐火H型钢梁与Q345钢梁在裸钢烧条件下，加载142KN，耐火H型钢耐火极限达到36分钟(870℃)，满足了国家建筑设计防火规范规定的IV级防火达到30分钟的要求。Q345钢梁仅达到28分钟(827℃)，难以满足规范要求
5、本发明附带了耐大气腐蚀性能，通过加入Cr、Mo、Cu、Ni、RE等能够提高钢的耐大气腐蚀性能的元素，特别是当这些元素复合加入时，更进一步提高耐大气腐蚀性能。
6、本发明还具有抗震性能，试验证明，16mm以上钢板屈强比不大于0.80。制成钢结构，具有吸收地震能量作用，故提高了钢结构的抗震性能。
具体实施方式
按照本发明提供的配方及制造工艺生产耐火钢，其化学成分列入表1，相对应的机械性能列入表2。
表1 实施本耐火钢的化学成分(％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Nb | V | Cu | Re | Ceq |
| 1 | 0.095 | 0.30 | 0.78 | 0.008 | 0.004 | 0.058 | 0.40 | 0.32 | ||||
| 2 | 0.06 | 0.25 | 0.48 | 0.005 | 0.003 | 0.38 | 0.24 | 0.033 | 0.26 | |||
| 3 | 0.08 | 0.22 | 0.86 | 0.01 | 0.003 | 0.47 | 0.30 | 0.022 | 0.02 | 0.38 | ||
| 4 | 0.052 | 0.15 | 0.82 | 0.015 | 0.015 | 0.51 | 0.32 | 0.035 | 0.36 | |||
| 5 | 0.045 | 0.22 | 0.93 | 0.021 | 0.011 | 0.53 | 0.34 | 0.022 | 0.33 | 0.40 | ||
| 6 | 0.066 | 0.30 | 1.05 | 0.011 | 0.007 | 0.49 | 0.34 | 0.29 | 0.02 | 0.43 |
※RE按加入量
表2 实施本耐火钢的力学性能
| 实施例 | Rp0.2MPa | RmMPa | Rp0.2/Rm | A％ | Rel 600℃MPa | AKV-20℃J | 状态 |
| 1 | 270 | 390 | 0.6923 | 34 | 176 | 82,86,74 | 热轧 |
| 2 | 325 | 415 | 0.7831 | 39 | 173 | 100,106,82 | 热轧 |
| 3 | 430 | 550 | 0.78 | 26 | 260 | 270,242,262 | 热轧 |
| 4 | 430～455 | 545～555 | 0.789～0.82 | 24～26 | 345～350 | 100,107 | 热轧+控冷 |
| 5 | 370～375 | 535～570 | 0.658～0.69 | 26～31 | 255～275 | 34,53 | 热轧 |
| 6 | 325～370 | 530～565 | 0.6132～0.6549 | 12～33 | 255 | 82,88 | 热轧 |
Claims (2)
1、一种建筑用耐火钢，其特征在于它是以C、Si、Mn、Cr、Mo合金元素为主，附加Cu、Nb、Ni、V、Ti、Al、B、RE微量元素，其化学成分含量(We％)为：C 0.01～0.12，Si0.05～0.55，Mn0.30～1.20，P≤0.030，S≤0.015，Cr0.30～0.60，Mo0.20～0.50，Cu0.25～0.50，Nb0.01～0.04，V0.02～0.05，Ni≤0.20，Ti≤0.015，Al≤0.045，B≤0.0035，RE(加入量)0.02～0.20，其余为Fe。
2、一种耐火钢的制造方法，其特征在于采用控制轧制+控制冷却工艺，即在1000℃以上轧制，压下量≥40％，其余轧制量在930℃以下完成，终轧温度在840℃～890℃，轧后控制冷却工艺为：16mm以下薄钢板热轧后空冷；16mm以上厚钢板轧后以4℃/S～20℃/s的速度，从800℃-830℃冷却到650℃，然后空冷。
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