一種節鉬型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種節鉬型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法，其重量百分比化學成分為：C：0.03-0.09%，Si：0.00-0.50%，Mn：0.50-1.50%，P：<0.02%，S：<0.01%，Cr：0.35-1.00%、Mo：0.15-0.20%，Nb：0.05-0.15%、V：0.00-0.10%，Ti：0.01-0.025%、B：0.0000-0.0030%、Al：0.01-0.06%，其余為Fe和不可避免的雜質，本發明還設計了一種節鉬型多元復合微合金抗震耐火鋼的制造方法；本發明所設計的一種節鉬型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法能夠降低合金使用成本，具有高強度、高韌性、優異的焊接性及智能耐火性能。
【專利說明】一種節鉬型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法，屬于合金鋼制造領域。
【背景技術】
[0002]高層、大跨度、安全性高、節約環保是現代大型建筑的發展趨勢，鋼結構重量輕、施工快、空間大、舒適美觀、抗震性好、可循環利用，在高層建筑和大型公共場所建筑中應用越來越多，但是普通建筑用鋼的耐火性能很差，隨著溫度的上升，其屈服強度下降較快，特別是在350°C以上高溫時陡降，不具備承重能力，因此必須噴涂很厚的耐火涂層對鋼結構進行保護，噴涂耐火涂層使鋼結構建筑成本成倍增加，且延長工期，噴涂作業的飛濺還造成環境污染，減少使用或不使用耐火涂層成為開發耐火鋼的驅動力。
[0003]由于Mo是提高高溫強度的有效合金元素，20世紀80年代以來，日本率先研制并推出Mo系商用耐火鋼板，耐火鋼600°C的高溫屈服強度必須不低于室溫標準屈服強度的2/3，成分體系以Mo-Nb系和Mo-Nb-Cr系兩種為主，主要利用Mo強烈的高溫固溶強化作用，保證6000C以下的高溫強度，通常添加0.5wt.%Mo和采用約0.01-0.06wt.%的Nb微合金化。
[0004]韓國與中國國內耐火鋼也大多添加Mo或Mo+Nb，為降低合金成本，Mo含量有所下降，但仍然在0.3wt.%左右，如“一種耐火鋼及其制備方法”(申請號:200810179362.6)、“一種高性能建筑結構用耐火鋼板及其制造方法”(申請號:200910011963.0)、“低成本高強高韌抗震耐火鋼及其制備工藝”(申請號:201110080774.6)等申請專利中的Mo含量為0.2-0.4wt.%，其中“一種耐火鋼及其制備方法”還添加了 0.05-0.12wt.%V，但是該專利主要通過控制終冷溫度為550-650°C，并保溫1-2小時，以控制耐火鋼的組織組成，同時還可以促使V在緩慢冷卻或保溫過程中析出增強耐火鋼的室溫性能。
【發明內容】
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[0005]本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種能夠降低合金使用成本，具有高強度、高韌性、優異的焊接性及智能耐火性能的一種節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼及其制造方法。
[0006]為了解決以上技術問題，本發明提供一種節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學成分為:C:0.03-0.09%, Si:0.00-0.50%, Mn:0.50-1.50%, P:<0.02%,
S:<0.01%, Cr:0.35-1.00%、Mo:0.15-0.20%, Nb:0.05-0.15%、V:0.00-0.10%, Ti:0.01-0.025%、B:0.0000 ~0.0030%、Al:0.01-0.06%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
[0007]碳:本發明中的抗震耐火鋼采用低碳成分設計，碳含量范圍為0.03-0.09%，有效解決了碳含量較高對鋼的沖擊韌性尤其是上平臺沖擊功非常不利，明顯損害焊接性能這一技術問題；
[0008]硅:本發明鋼的硅含量范圍為〈0.50%有效防止了過量的Si對于鋼的韌性及焊接性能的惡化；[0009]錳:本發明鋼Mn含量范圍為:0.50-1.50%,不僅擴大了微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積，避免過多的微合金碳氮化物在軋制過程中形變誘導析出，同時防止在鑄坯中的偏析傾向增加而對焊接性能造成的不利；
[0010]鉻:本發明中Cr含量控制在0.35~1.00%不僅提高鋼的淬透性、耐大氣腐蝕性能及耐火性，同時防止較高的Cr將降低焊接性能；
[0011]鑰:本發明中Mo的含量精確控制，范圍為0.15-0.20%，除了顯著提高鋼的淬透性，抑制P、S等雜質元素在晶界的偏聚而降低回火脆性外，在耐火鋼中主要是起到高溫固溶強化和析出強化作用；Mo含量低于0.15%時，上述作用效果不明顯，超過0.20wt.%時，成本較聞。
[0012]鈮:本發明中Nb含量應控制在0.05-0.15%，軋制過程中固溶于奧氏體中的Nb和形變誘導析出碳氮化鈮粒子顯著提高奧氏體未再結晶溫度，獲得薄餅狀奧氏體，有助于細化鐵素體和貝氏體組織，固溶于奧氏體中的Nb還能夠提高淬透性，固溶于鐵素體和貝氏體中的Nb對提高高溫強度也有顯著作用。
[0013]釩:本發明中V的含量不超過0.1%，由于V具有較低的全固溶溫度，均熱時基本全部固溶，軋制過程中固溶的V能有效提高淬透性和提高再結晶溫度，具有與Nb類似的著火智能析出作用，作為MC相的形成元素輔助添加；
[0014]鈦:本發明鋼中加入少量Ti是為了形成納米級尺寸的TiN粒子，可以細化鑄坯加熱過程中奧氏體晶粒，Ti含量控制在0.01-0.025%范圍內，低于0.01%所形成TiN數量較少，細化晶粒作用很小；高于0.025%將形成微米級尺寸的液析TiN，不僅不能起到細化晶粒作用，而且對鋼板韌性有害；
[0015]硼:本發明控制B范圍為0-30ppm強烈偏聚于晶界而顯著提高淬透性，對于強度級別較高、C含量較低的耐火鋼，可以加入10-`20ppm，過量的硼將產生含B析出相，帶來不利影響，因此B含量一般不超過30ppm，對于強度級別較低、C含量較高的耐火鋼，可以不特意加入，因此B的含量可以根據強度級別進行適量添加；
[0016]鋁:本發明中鋁的含量為0.01-0.06%,鋁是強脫氧元素，還可與N結合形成A1N，能夠起到細化晶粒作用；
[0017]磷和硫:本發明中磷和硫的含量分別控制在0.02%和0.01%以內，其為鋼中雜質元素，控制含量能夠顯著降低塑韌性和焊接性能；
[0018]本發明Nb含量應控制在0.05-0.15%，并通過在熱軋后較快的冷速配合下，Nb的析出被抑制，以至于屈服強度不會過高，對室溫下較低的屈強比有利，但未析出的Nb將在返紅過程中會從鐵素體和貝氏體中單獨析出，或與V、Mo復合析出，形成納米第二相，彌補鋼在高溫下因基體軟化而造成的強度降低，提高高溫強度；
[0019]本發明的Mo含量控制為0.15-0.20%，并配合本發明的軋制工藝，可以擴大微合金碳氮化物在奧氏體中的固溶度積，避免過多的微合金碳氮化物在軋制過程中形變誘導析出；另外，本發明通過Mo與其他微合金元素(V、Nb、Ti)的配合，在加熱火過程中可以與其他微合金元素(V、Nb、Ti)復合析出，增加析出量的同時能夠提高析出物的熱穩定性，從而穩定提高和保證鋼在高溫時的強度。
[0020]本發明進一步限定的技術方案是:
[0021]進一步的，前述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學成分為:C:0.05%、Si:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%、Nb:0.05%、V:0.03%、Ti:0.015%、B:0.0002%、Al:0.033%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
[0022]前述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學成分為:C:0.06%、Si:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%、Nb:0.08%、V:0.04%、Ti:0.015%、B:0.0004%、Al:0.016%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0023]前述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其重量百分比化學成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、Ti:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0024]本發明還設計了一種節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼的制造方法，將與所述抗震耐火鋼具有相同組分的鋼坯依次經過轉爐或電爐工序冶煉，爐外精煉工序，鋼水澆注連鑄坯工序，加熱爐加熱工序以及中厚板軋機軋制工序；
[0025]加熱爐加熱工序:加熱溫度為1150_1280°C，時間為1_5小時，鋼內部獲得細小均勻的原始奧氏體組織；
[0026]中厚板軋機軋制工序:采用兩階段軋制工藝，粗軋軋制3-5道次，鋼內部通過反復再結晶細化奧氏體；粗軋終軋溫度為1020-1150°C，精軋軋制5-10道次，精軋開軋溫度880-980 V，終軋溫度為830-920 V，軋后獲得薄餅狀奧氏體組織；軋后經層流冷卻，冷速15-250C /s，使Nb的析出被抑制，終冷返紅溫度350-550°C，未析出的Nb在返紅過程中從鐵素體和貝氏體中單獨析出，或與V、Mo復合析出，形成納米第二相，并獲得細晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，隨后空冷至室溫。
[0027]本發明加熱爐加熱階 段控制溫度1150_1280°C，控制奧氏體化溫度，高于微合金元素Nb、V的全固溶溫度，但低于TiN回溶和奧氏體發生反常晶粒長大的溫度，充分利用固析TiN阻止奧氏體晶粒長大的作用，獲得細小均勻的原始奧氏體組織；
[0028]本發明采用兩階段控軋工藝，在粗軋階段，適當降低粗軋溫度、提高道次壓下量3-5道次，實施再結晶控軋，通過反復再結晶細化奧氏體；精軋階段在奧氏體未再結晶溫度(Tnr)以下變形，利用固溶Nb和析出Nb抑制奧氏體再結晶的機制，獲得薄餅狀奧氏體，有助于細化鐵素體和貝氏體組織；
[0029]本發明中層流冷卻階段，冷卻速度15_25°C /S、終冷返紅溫度控制在350_550°C，獲得細晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，抑制大量馬氏體形成和微合金碳化物在鐵素體和貝氏體中大量析出；
[0030]綜上所述:本發明米用適量Nb、低Mo、低V、微Ti多兀復合微合金化和低碳成分設計，通過控制加熱階段溫度、采用兩階段控軋工藝、控制層流冷卻速度、控制終冷溫度工藝生產具有細晶鐵素體/粒狀貝氏體組織或粒狀貝氏體組織的抗震耐火鋼，細晶鐵素體/粒狀貝氏體組織或粒狀貝氏體組織保證了高的室溫強度和低屈強比，細晶組織和大量微合金第二相在著火過程中智能析出，保證高溫強度，具有抗震性和智能型耐火性；低的碳含量和碳當量設計，添加少量的Nb、V，降低較多的Mo，降低了合金成本，通過控軋控冷獲得細晶組織，具有高強度、高韌性和優異的焊接性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明中熱軋板顯微組織的OM照片；[0032]圖2為本發明中熱軋板600°C高溫析出相TEM形貌。
【具體實施方式】
[0033]實施例1-3
[0034]本發明制造了三種不同重量百分比化學成分的連鑄坯，如表1所示分別為編號A、B和C:
[0035]A:其重量百分比化學成分為:C:0.05%、S1:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%、Nb:0.05%、V:0.03%、T1:0.015%、B:0.0002%、Al:0.033%,其余為Fe和不可避免的雜質。
[0036]B:其重量百分比化學成分為:C:0.06%、S1:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%、Nb:0.08%、V:0.04%、T1:0.015%、B:0.0004%、Al:0.016%,其余為Fe和不可避免的雜質。
[0037]C:其重量百分比化學成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、T1:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%,其余為Fe和不可避免的雜質。
[0038]將上述的三種連鑄坯利用本發明所設計的制造方法分別各設置三組不同的工藝參數進行制備，共制造了 9塊節鑰型多元復合微合金化抗震耐火鋼，其具體的參數設置如表2所示，制造出的9塊節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼橫向拉伸性能、_40°C縱向沖擊功在表3中列出，達到屈服強度420MPa級耐火鋼(GB/T28415-2012中Q420FRE)標準要求。
[0039]表1節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼的化學成分(wt.%)
【權利要求】
1.一種節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學成分為:C:0.03-0.09%, Si:0.00-0.50%, Mn:0.50-1.50%, P:<0.02%, S:<0.01%, Cr:0.35-1.00%、Mo:0.15-0.20%, Nb:0.05-0.15%, V:0.00-0.10%, Ti:0.01-0.025%,B:0.0000-0.0030%,Al:0.01-0.06%，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學成分為:C:0.05%、Si:0.17%、Mn:1.35%、P:0.008%、S:0.002%、Cr:0.35%、Mo:0.20%, Nb:0.05%, V:0.03%, T1:0.015%, B:0.0002%, Al:0.033%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學成分為:C:0.06%、Si:0.32%、Mn:1.45%、P:0.005%、S:0.003%、Cr:0.45%、Mo:0.18%, Nb:0.08%, V:0.04%, T1:0.015%, B:0.0004%, Al:0.016%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼，其特征在于，其重量百分比化學成分為:C:0.09%、Si:0.42%、Mn:0.74%、P:0.009%、S:0.002%、Cr:0.82%、Mo:0.15%、Nb:0.10%、V:0.02%、T1:0.022%、B:0.002%、Al:0.05%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
5.如權利要求1所述的節鑰型多元復合微合金抗震耐火鋼的制造方法，將與所述抗震耐火鋼具有相同組分的鋼坯依次經過轉爐或電爐工序冶煉，爐外精煉工序，鋼水澆注連鑄坯工序，加熱爐加熱工序以及中厚板軋機軋制工序；其特征在于: 所述加熱爐加熱工序:加熱溫度為1150-1280°C，時間為1-5小時，鋼內部獲得細小均勻的原始奧氏體組織； 中厚板軋機軋制工序:采用兩階段 軋制工藝，粗軋軋制3-5道次，鋼內部通過反復再結晶細化奧氏體；粗軋終軋溫度為1020-1150°C，精軋軋制5-10道次，精軋開軋溫度880-980°C，終軋溫度為830-920°C，軋后獲得薄餅狀奧氏體組織；軋后經層流冷卻，冷速15-250C /s，使Nb的析出被抑制，終冷返紅溫度350-550°C，未析出的Nb在返紅過程中從鐵素體和貝氏體中單獨析出，或與V、Mo復合析出，形成納米第二相，并獲得細晶鐵素體和粒狀貝氏體組織，隨后空冷至室溫。
【文檔編號】C21D8/02GK103882318SQ201410073270
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】鄧偉, 李昭東, 苑陽陽, 崔強, 孫新軍, 張正延, 吳年春, 雍岐龍 申請人:南京鋼鐵股份有限公司