低温韧性优异的耐火耐候钢及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种低温韧性优异的耐火耐候钢，其化学成分按重量百分比计为：C 0.01～0.04、Si 0.15～0.25、Mn 1.00-1.50、Mo 0.42～0.50、Cr 0.40～0.60、Cu 0.10～0.20、Nb 0.02～0.04、Ti 0.01～0.02、Al≤0.03、N≤0.006、P≤0.01、S≤0.006，余量为Fe及不可避免的杂质；本钢种经冶炼和两阶段轧制，制得的本发明钢具有优良的耐火、耐候性以及低温韧性。本发明耐火耐候钢热轧态交货，生产工艺简单，可广泛应用于建筑、土木工程以及海洋结构等领域。

权利要求

1.一种低温韧性优异的耐火耐候钢，其化学成分按重量百分比计为：C0.01～0.04、Si0.15～0.25、Mn1.00～1.50、Mo0.42～0.50、Cr0.40～0.48、Cu0.10～0.20、Nb0.02～

0.04、Ti0.01～0.02、Al≤0.03、N0.005～0.006、P≤0.01、S≤0.006，余量为Fe及不可避免的杂质， 该耐火耐候钢按如下方法制备的：

(1)在冶炼、浇铸工序中，按照上述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯； (2)在加热工序中，板坯加热温度控制在1150～1200℃之间，保温时间2～2.5小时； (3)在轧制工序中，在再结晶温度范围内，轧制总压下率≥50％，单道次压下率≥15％；

在非再结晶区，总压下率≥60％，单道次压下率≥15％；

(4)在冷却工序中，轧后空冷至室温；

钢板成品厚度范围为16～40mm，钢板室温屈服强度≥325MPa，室温抗拉强度≥520MPa，断后延伸率≥27％，600℃高温屈服强度≥2/3*室温屈服强度，屈强比≤0.80，-80℃夏比冲击功≥114J。

说明书

低温韧性优异的耐火耐候钢及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明属于低合金耐蚀中厚板制造领域，特别涉及一种低温韧性优异的耐火耐候钢。

背景技术

[0002] 耐火钢能够增加建筑物抵抗火灾的能力，提高建筑物的安全性，因此耐火钢在建筑行业得到了越来越广泛的应用。日本新日铁率先公开了采用Mo+Nb合金体系的屈服强度在235～440MPa之间的耐火钢，如CN101111621A、JP2077523；CN1524976A和CN101748336A公开了室温屈服强度235～345MPa之间的耐火钢，随后CN101775552(宝钢)公开了460MPa级别的耐火钢，上述发明耐火钢耐火性能优异，但均不具备耐候性能。

[0003] 采用耐候钢可使其使用寿命延长，因此兼顾耐候性能和耐火性能的耐火耐候钢也在建筑行业得到了广泛关注，尤其是超高层建筑领域。新日铁在其耐火钢的基础上通过额外添加一定量的Cu、Ni和Cr开发了耐火耐候钢，其牌号为NSF400W和NSFR490W；但该钢种高达0.30％的贵重元素Ni给市场应用带来困难。

[0004] CN101397627B(对比例1)公开了一种屈服强度345MPa级别的H型钢或板带材耐火耐候钢，该钢采用Mo、Nb和Cu的合金体系，三种成分的重量百分比分别为0.30～0.42％，0.015～0.035％和0.20～0.27％，该钢在冶炼过程中需采用钙处理，连铸过程中中间包需采用低碳专用覆盖剂，生产成本高且生产工艺复杂，同时该钢只具备室温冲击性能。

[0005] CN1132958C(对比例2)公开了一种焊接性能优良的耐火耐候钢，但其生产方法采用控制轧制+正火+回火，生产工艺复杂，合金成本高，且只具备0℃冲击性能。

[0006] CN100455692C公开了一种低温韧性优良的高强(屈服强度≥665MPa)耐候钢，满足-40℃冲击韧性要求，但该钢种不具备耐火性能。综上，具备低温韧性(满足-40℃及以下温度冲击韧性要求)的耐火耐候钢还未见报道。

发明内容

[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种低温韧性优异的耐火耐候钢，该钢种耐火耐候性能好、低温韧性优良，解决了传统耐火钢或耐火耐候钢由于低温韧性差从而在高层建筑结构中得不到广泛应用的问题。

[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

[0009] 本发明提供的低温韧性优异的耐火耐候钢，其化学成分按重量百分比计为：C 0.01～0.04、Si 0.15～0.25、Mn 1.00～1.50、Mo 0.42～0.50、Cr 0.40～0.60、Cu 0.10～0.20、Nb 0.02～0.04、Ti 0.01～0.02、Al≤0.03、N≤0.006、P≤0.01、S≤0.006，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0010] 以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：

[0011] C：一方面能够增加钢板的强度，但另一方面则会对钢板的低温韧性、耐候性能和焊接性能产生不利影响。当C含量≤0.04％时，对于铁素体和珠光体类组织的钢种可显著提高低温韧性和耐腐蚀性能；但当C含量＜0.01％时，钢板的强度下降较快，同时也给炼钢过程带来困难。因此本发明钢板的C含量控制在0.01～0.04％。

[0012] Si：在钢中起固溶强化作用，提高钢板的强度，但损害其低温韧性及焊接性能。因此Si的含量控制在0.15～0.25％的范围内。

[0013] Mn：提高钢的淬透性，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用。当低于0.5％时，无法充分发挥强度确保的作用。但Mn含量过高对钢的焊接性能不利，并可能使恶化中心偏析。因此Mn含量选择在1.00-1.50％。

[0014] Mo：是提高钢材高温强度(固溶强化)的最有效元素，Mo含量越高，其高温强度越高。但Mo成本高，目标成分控制在0.45％左右，范围控制在0.42～0.50％。

[0015] Cr：是提高钢材耐大气腐蚀能力的最重要元素之一；但含量过高则会恶化钢板焊接性能。因此其含量控制在0.40～0.60％。

[0016] Cu：是提高钢材耐大气腐蚀能力的重要元素；在不添加Ni的情况下，含量过高则会影响铸坯的质量从而影响成材率。因此其含量控制在0.10～0.20％。

[0017] Nb：是控轧控冷钢中的重要元素，它的加入能够阻止奥氏体变形后的再结晶，提高奥氏体再结晶温度。与Mo复合加入，能够显著提高Mo钢的高温强度，但若过量地添加Nb，则母材韧性和HAZ韧性降低。因此其含量控制在0.02～0.04％。

[0018] Ti、Al主要作用是固氮和脱氧。Ti/N在2.5～3.5之间为宜。Ti除了析出强化作用外还稳定再次加热的组织，但其含量过高会使钢的韧性下降。Al可有效地脱氧，但含量过高会损害钢的韧性。因此Al含量控制在0.03％以下，N控制在0.006％以下。

[0019] P：作为杂质元素会给母材的韧性和HAZ的韧性带来不利的影响，所以其含量应尽可能地少，其含量控制在不大于0.01％。

[0020] S：是形成MnS从而使延性降低的元素。为保证厚板的Z向性能，其含量控制在≤0.006％。

[0021] 本发明还提供了该低温韧性优异的耐火耐候钢的制备工艺，该方法包括以下步骤：

[0022] (1)在冶炼、浇铸工序中，按照上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；

[0023] (2)在加热工序中，板坯加热温度控制在1150～1200℃之间，保温时间2～2.5小时；

[0024] (3)在轧制工序中，在再结晶温度范围内，轧制总压下率≥50％，单道次压下率≥15％；在非再结晶区，总压下率≥60％，单道次压下率≥15％；

[0025] (4)在冷却工序中，轧后空冷至室温。

[0026] 根据上述成分和方法制得的成品厚度为16～40mm，钢板室温屈服强度≥325MPa，室温抗拉强度≥520MPa，断后延伸率≥27％，600℃高温屈服强度≥2/3*室温屈服强度，屈强比≤0.80，-80℃夏比冲击功≥114J。

[0027] 与现有技术相比，本发明耐火耐候钢具有的最突出特点：1)合金成分设计简单，生产成本低；2)制造工艺简单，即控制轧制辅以空冷便可得到成品钢板；3)该钢板同时具备优良的耐火和耐大气腐蚀的性能，各项性能都优于目标性能，具体性能数值见实施例表1～表3；4)低温韧性优良，-80℃冲击功≥114J，可应用于沿海或极寒地区的建筑钢结构。

附图说明

[0028] 图1为本发明钢实施例1的显微组织图具体实施方案

[0029] 下面结合实施例进一步说明本发明：

[0030] 实施例1：按照本发明钢的化学成分要求冶炼，获得钢的化学成分见如下：C 0.03％、Si 0.21％、Mn 1.20％、Mo 0.42％、Cr 0.51％、Cu 0.16％、Nb 0.03％、Ti
0.016％、Al 0.025％、N 0.005％、P 0.0079％、S 0.004％，余量为Fe和不可避免的夹杂。

[0031] 将钢水浇筑成钢锭，(经锻造成厚度150mm钢坯，)然后加热到1150℃并保温2～2.5小时，然后出炉在1100℃进行粗轧，压下率0.6；粗轧结束后60mm厚轧板在辊道上待温；精轧开始温度870℃，终轧温度在875℃，轧成16mm厚；轧后空冷至室温，制的目标钢板。轧板实物力学性能见表1，-80℃夏比冲击功≥160J。耐候性能见表2，优于常用耐候钢SPA-H。

[0032] 实施例2：按照上述实例同样方法冶炼获得钢的化学成分如下：C 0.02％、Si 0.25％、Mn 1.30％、Mo 0.45％、Cr 0.48％、Cu 0.14％、Nb 0.02％、Ti 0.015％、Al0.029％、N 0.0056、P 0.0077％、S 0.0017％，余量为Fe和不可避免的夹杂。

[0033] 将板坯加热1200℃并保温2～2.5小时，在1060℃开始第一阶段轧制(钢坯厚度160→75mm)；待温后在860℃轧制，轧板厚度75→24mm；轧后空冷至室温，制得目标钢板。轧板实物力学性能见表1，-80℃夏比冲击功≥145J。耐候性能见表2，优于常用耐候钢SPA-H。

[0034] 表1实施例钢板力学性能与现有技术钢对比

[0035]

[0036] 表2实施例钢板耐候性能

[0037]

[0038] 腐蚀条件：腐蚀试验为干湿交替加速试验，腐蚀环境为0.01mol/LNaHSO3溶液，温度为45±2℃，相对湿度70±5％RH。

[0039] 表3低温韧性优异的耐火耐候钢的目标性能

[0040]

[0041] 通过结合表1～3来看，本发明的各项指标都超过了目标性能，本发明通过适当的合金元素添加，并搭配简单的控制轧制+空冷工艺可以获得低温韧性优异的耐火耐候钢。由于其优良的低温韧性，本发明耐火耐候钢可广泛应用于超高层建筑及其它对安全性能要求较高的钢结构领域。