一种高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法技术

技术编号:20887219 阅读:17 留言:0更新日期:2019-04-17 13:44
一种高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法,属于建筑钢领域。其化学成分为:C:0.04~0.08%,Mn:1.0~1.5%,Si:0.15~0.60%,Cr:0.2~0.7%,Mo:0.10~0.60%,Ti+V+Nb≤0.35%,Al:0.01~0.05%,Cu:0.1~0.6%,Ni:0.1~0.6%,P:≤0.008%,S:≤0.002%,余为铁和不可避免的微量的化学元素。通过转炉或电炉冶炼,铸造采用连铸,轧制采用中厚板轧机,轧后钢板通过在α+γ相区保温后淬火以及回火的热处理工艺,通过调控贝氏体、马氏体和铁素体的组织比例来控制材料的强度和屈强比;屈服强度≥690MPa,抗拉强度850~950MPa,屈强比﹤0.85,断后延伸率≥20%,‑40℃KV2≥150J,600℃保温3h后的屈服强度大于室温屈服强度的2/3,可广泛应用于高层、超高层同时要求高强度及抗震、耐火等要求的建筑钢。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法
本专利技术属于建筑用结构钢领域,具体地属于一种高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法。
技术介绍
目前国内及国际上高层钢结构建筑不断的涌现,不单是数量剧增,而且高度也不断提高,随着建筑钢结构的快速发展,国内屈服强度460MPa级别及以下的抗震建筑结构用钢的中厚板已经进入普遍应用和推广的阶段。注重高强度、高性能、大型化、功能化建筑用钢已经成为发展趋势,出于对建筑物的安全性以及实际寿命周期等考虑,对于建筑钢的抗震、耐火性能提出更高的要求。近年来地震频发,钢材的抗震性能备受关注,作为钢材的屈服强度与抗拉强度比值的屈强比,是评判钢材抗震性能的一项重要指标。出于抗震性能的考虑,目前690MPa级抗震建筑钢的屈强比都要求小于0.85,高强度低屈强比既能够满足建筑要求,又能确保具有足够的安全性。但是伸长率不低于14%,-40℃KV2≥47J,在钢结构建筑日益大型化的今天,已经不能很好的满足设计需求。钢结构耐火性能的提升,现在大多采用在钢结构的表面喷涂防火涂层,但是防涂层的厚度太薄,对耐火性能的提升不够,太厚又使得成本剧增。若钢结构自身能够有很好的耐火性能就能很好解决这个问题,因此耐火刚的研制是有着十分重要的意义。经检索,公开号为CN103710622A的文献,公开了屈服强度690MPa级低屈强比抗震钢及其制造方法,其重量百分比化学成分为:C:0.05~0.13wt.%、Si:0.00~0.50wt.%、Mn:1.50~2.50wt.%、P:<0.012wt.%、S:<0.006wt.%、Mo:0.15~0.50wt.%、Nb:0.02~0.12wt.%、V:0.00~0.15wt%、Ti:0.01~0.025wt.%、B:0.0010~0.0030wt.%、Al:0.01-0.06wt.%,余为Fe和不可避免的杂质,再加入以下一种或多种合金元素:Cu:0.00~0.80wt%、Cr:0.00~0.50wt%、Ni:0.00~1.00wt%,并且钢中合金元素的总添加量应不大于5%。该钢种通过控轧控冷以及两相区的等温热处理得到屈服强度为690MPa级的低屈强比抗震钢板,虽然其屈强比较低,但该钢种不具备良好的耐火性能,且Mn含量较高,限制钢种的焊接性能。经检索,公开号为CN103695773A的文献,公开了屈服强度为690MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法。其组分及重量百分比含量为:C:0.051~0.155%,Si:0.20~0.60%,Mn:1.82~2.55%,P:≤0.008%,S:≤0.002%,Nb:0.081~0.090%,Ti:0.010~0.025%,Mo:0.41~0.60%,W:0.08~0.10%,Mg:0.0071~0.0095%,O:≤0.0010%,其余为Fe及不可避免的夹杂;另添加有Sb:0.08~0.1%或Zr:0.08~0.12%或两种以任意比例的混合物。该钢种合金添加有W、Zr,成分高,成本大;为了提高强度,Mn含量相对较高,因此其焊接性能收到一定影响,测试为-20℃的冲击功,因此在更低更严苛温度下,其冲击韧性有待进一步考证。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足,提供一种通过低合金成分及热处理工艺来实现高强度建筑结构用抗震耐火钢。通过等温热处理得到回火马氏体、贝氏体、铁素体和残余奥氏体组织,具有较宽的热处理温度工艺窗口。获得的抗震耐火钢屈服强度≥690MPa,抗拉强度850~950MPa,屈强比﹤0.85,断后延伸率≥20%,-40℃KV2≥150J,600℃保温3h后的屈服强度大于室温屈服强度的2/3。可广泛应用于高层、超高层同时要求高强度及抗震、耐火性能等的建筑钢。本专利技术建筑结构用抗震耐火钢化学成分重量百分比为:C:0.04~0.08%,Mn:1.0~1.5%,Si:0.15~0.60%,Cr:0.2~0.7%,Mo:0.10~0.60%,Ti+V+Nb≤0.35%,Al:0.01~0.05%,Cu:0.1~0.6%,Ni:0.1~0.6%,P:≤0.008%,S:≤0.002%,余为铁和不可避免的微量的化学元素。所述高级别建筑结构用抗震耐火钢的微观组织为回火马氏体、贝氏体、铁素体和残余奥氏体组织。如上所述的高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法,采用转炉或电炉冶炼,铸造采用连铸,轧制采用中厚板轧机,其特征在于:工艺控制的技术参数为:1)轧制过程将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热,加热温度为1080-1240℃,时间为1-4小时,加热后进行轧制,开轧温度为1030-1170℃;中厚板轧机轧制工艺为:粗轧轧制3-6道次,精轧轧制5-10道次,粗轧轧后温度控制在930-1020℃,精轧终轧温度为760-910℃;最后层流冷却至400℃以下。2)α+γ相区和回火热处理热处理工艺包括α+γ相区淬火和回火两道工序,α+γ相区淬火温度为700-800℃,保温时间为20min-60min;回火温度为300-420℃,保温时间为30min-90min,回火后空冷至室温。进一步地,按照如上所述方法制备的高强度建筑结构用抗震耐火钢,屈服强度≥690MPa,抗拉强度850~950MPa,屈强比﹤0.85,断后延伸率≥20%,-40℃KV2≥150J,600℃保温3h后的屈服强度大于室温屈服强度的2/3。本专利技术主要化学成分限定理由如下:碳:碳是决定钢强度的最重要的元素之一,能起到很好的固溶强化作用,能与其他合金元素形成合金碳化物,随着碳含量的增加,钢的屈服强度和抗拉强度提高,但钢的延伸性能和冲击韧性降低,耐腐蚀性能也会降低,并且过高的碳含量,会显著钢材的焊接性能,因此为了保证钢材具有良好的综合性能,本专利技术的碳元素含量重量百分比为0.04~0.08%。硅:钢中脱氧元素之一,硅能改善钢的耐腐蚀性能,常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中,以提高这些合金的耐蚀性,使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能,同时硅具有较强的固溶强化作用,但过量的硅将恶化钢的韧性及焊接性能。因此本专利技术中硅元素含量的重量百分比为0.15~0.60%。锰:锰是重要的强韧化元素,且成分低廉,随着锰含量的增加,钢的强度明显提升,含1%的Mn大约就可提高抗拉强度100MPa,改善钢的加工性能,而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高,会抑制铁素体的转变,影响钢的屈服强度,不利于屈强比的控制。因此本专利技术的锰元素含量的重量百分比为1.0~1.5%。磷和硫:磷和硫是钢中难以避免的有害杂质元素。高的磷会导致偏析,影响钢组织均匀性,降低钢的塑性;硫易形成硫化物夹杂对低温韧性不利,且会造成性能的各向异性,同时严重影响钢的应变时效。因此,应严格限制钢中的磷、硫含量,本专利技术磷元素含量的重量百分比控制在≤0.008%,硫元素含量的重量百分比控制在≤0.002%。铬:铬能高钢的强度、硬度和耐大气腐蚀性能,加入其他合金元素时,效果较显著。铬可以减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性,并有二次硬化作用,但亦增加钢的回火脆性倾向。但铬含量过高时,会降低基材和热影响区的韧性。因此本专利技术的铬元素含量的重量百分比为0.2~0.7%。钼:钼显著提本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高强度建筑结构用抗震耐火钢,其特征在于,高强度建筑结构用抗震耐火钢化学成分的重量百分比为:C:0.04~0.08%,Mn:1.0~1.5%,Si:0.15~0.60%,Cr:0.2~0.7%,Mo:0.10~0.60%,Ti+V+Nb≤0.35%,Al:0.01~0.05%,Cu:0.1~0.6%,Ni:0.1~0.6%,P:≤0.008%,S:≤0.002%,余为铁和不可避免的微量的化学元素。

【技术特征摘要】
1.一种高强度建筑结构用抗震耐火钢,其特征在于,高强度建筑结构用抗震耐火钢化学成分的重量百分比为:C:0.04~0.08%,Mn:1.0~1.5%,Si:0.15~0.60%,Cr:0.2~0.7%,Mo:0.10~0.60%,Ti+V+Nb≤0.35%,Al:0.01~0.05%,Cu:0.1~0.6%,Ni:0.1~0.6%,P:≤0.008%,S:≤0.002%,余为铁和不可避免的微量的化学元素。2.如权利要求1所述的高强度建筑结构用抗震耐火钢,其特征在于,所述高强度建筑结构用抗震耐火钢的微观组织为回火马氏体、贝氏体、铁素体和残余奥氏体组织。3.权利要求1或2所述的高强度建筑结构用抗震耐火钢的制备方法,采用转炉或电炉冶炼,铸造采用连铸,轧制采用中厚板轧机,其特征在于,工艺控制的技术参数为:1)轧制过程将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进...

【专利技术属性】
技术研发人员:李江文王学敏丛菁华
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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