高强度耐火耐候钢及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度耐火耐候钢，它的化学成分包括C、Si、Mn、P、S、Mo、W、Cr、Cu、Ni、Nb、V、Als、Ca、Re，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术的耐火耐候钢具有优异的综合力学性能，冶金质量优异，采用本发明专利技术成分和方法生产的钢材具备高强度，优异的耐火、耐候、冷加工性能以及抗大变形能力。同时制造方法简单，生产成本低，易于大规模生产。

High strength fire-resistant weather resistant steel and production method thereof

The present invention provides a high-strength fire-resistant weather resistant steel whose chemical composition includes C, Si, Mn, P, S, Mo, W, Cu, Ni, Nb, V, Als, Ca, Re, Cr, and the remaining impurities are Fe and unavoidable impurities. The excellent mechanical properties of refractory weathering steel of the invention, the metallurgy quality is excellent, the production of steel components and method of the invention has high strength, excellent fire resistance, weather resistance, cold working performance and anti deformation ability. Meanwhile, the manufacturing method is simple, the production cost is low, and the utility model is easy to be produced on a large scale.

【技术实现步骤摘要】
高强度耐火耐候钢及其生产方法
本专利技术涉及钢材冶炼领域，具体地指一种高强度耐火耐候钢及其生产方法。
技术介绍
随着冶金科技的不断进步，建筑、桥梁等大型结构工程对钢材的技术要求也越来越高，除了对传统的强度、韧性、塑性等指标具有较高要求外，还对钢材的耐火、耐候、抗震性能、焊接性能以及厚度方向性能提出了更高的要求。而耐火耐候钢可以弥补普通钢结构抗火耐候性能差的缺点，大大减少防火涂料和耐候涂层，降低环境污染，提高资源和能源利用效率，符合国家大政方针要求。因此，从长远来看，结构用耐火耐候钢是建筑结构行业具有巨大潜在需求的优质钢材，其市场价值不可估量。目前结构用耐火耐候钢已经列入“十三五”科技支撑计划，同时国外已在高层建筑楼承板中大量使用耐火耐候钢板，而国内尚无研发和应用报道。在现有技术中，专利申请号为CN01133562.9的中国专利技术专利公开了一种高性能耐火耐候建筑用钢及其生产方法，该专利技术钢含有较多P含量，致使焊接性能较差，且钢板需进行正火+回火处理，工艺路线复杂，成本较高，同时钢板的强度级别较低。此外，专利申请号为CN20091027241.9、CN201410073270.5、CN201410236553.7、CN201510110519.X、CN201110247625.0、CN200910045146.7、CN200810197847.8、CN201110080774.6、CN201310714605.2的中国专利技术专利均涉及钢材的生产，得到的钢材产品均具有良好的耐火性能，但缺点是不具备耐候性能。专利申请号为CN200680015185.7的中国专利技术专利公开了一种耐火用钢材及其制造方法，该钢须含有较多的Cu、Ni元素，合金成本高，不利于在各冶金行业推广生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度耐火耐候钢，它不仅具有高强度，而且耐火、耐候、冷加工性能以及抗大变形能力优秀。为实现上述目的，本专利技术提供一种高强度耐火耐候钢，它的化学成分按质量百分数计为：C：0.012～0.046％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.60～1.10％，P≤0.005％，S≤0.002％，Mo：0.12～0.41％，W：0.15～0.32％，Cr：0.61～0.81％，Cu：0.18～0.48％，Ni：0.28～0.45％，Nb：0.008～0.026％，V：0.041～0.072％，Als：0.015～0.025％，Ca：0.0012～0.0025％，Re：0.0010～0.0041％，其余为Fe及不可避免的杂质。进一步地，所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，(Mo+3W)：0.86～1.08％。进一步地，所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，(Cr+2Cu)/Ni：3.41～3.86％。进一步地，所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，冷裂敏感指数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.18％。。以下详述本专利技术中化学成分限定量的理由：本专利技术C含量选择在0.012～0.046％，C通过间隙置换固溶强化强烈提高钢的强度，是确保钢强度的重要元素之一。同时适量C与钢中Nb、V、Mo等合金元素形成细小的析出相，强烈提高钢室温强度和高温强度，改善钢的塑韧性。C含量过高将增加碳偏析的倾向、M-A岛体积分数含量以及焊接冷裂纹敏感性系数，从而恶化钢的综合性能，影响钢的冷热加工性能。C含量过低时将提升钢的相变点，不利于轧制工艺的实施，且恶化钢材的综合性能。故C含量限定为0.012～0.046％。本专利技术Si含量选择在0.10～0.20％，Si在钢中的主要作用是固溶强化和脱氧。由于本专利技术钢中添加了Ca、Als等与[O]有更强结合力的元素，因此，在本专利技术钢中添加的少量Si主要起到固溶强化作用，确保钢的强度水平。本专利技术Mn含量选择在0.60～1.10％，Mn是细化组织和确保钢材强韧性不可或缺的重要元素。但Mn易与S形成粗大的MnS夹杂物，对钢材的塑韧性造成不利影响高。故Mn含量限定为0.60～1.10％。本专利技术P≤0.005％、S≤0.002％，P、S是钢中的有害杂质元素。P虽然能提高钢的耐蚀性能，但高P易导致偏析，影响钢的组织均匀性，降低钢的韧性；而S与Mn易形成粗大的MnS夹杂，对塑韧性十分不利。本专利技术Mo含量选在0.12～0.41％，Mo在钢中的作用主要是固溶强化作用，与此同时，Mo还可以与C结合以细小碳化物的形式析出，在提高钢室温强度的同时，还可以大大提高钢的高温强度。适量Mo还可以促进在高温下具有较高稳定性的Nb、V细小碳氮化合物析出，从而提高钢的高温性能。但钢中含有较高的Mo易导致冷却过程中大量马氏体组织的出现，恶化钢材的塑韧性。故Mn含量限定为0.12～0.41％。本专利技术W含量选在0.15～0.32％，钢中W大部分固溶于基体中起到固溶强化作用，同样，少量的W与C结合以细小碳化物的形式析出，提高钢的高温强度，但较高的W含量不利于改善钢的塑韧性。本专利技术Cr含量选在0.61～0.81％，Cr具有很强的固溶强化作用，是有效提高钢板强度的元素之一。当Cr与Ni、Cu复合添加的情况下，显著提高钢的耐腐蚀性能。本专利技术Cu含量选在0.18～0.48％，本专利技术中，Cu的主要作用除了起固溶和沉淀强化作用，还能显著提高的耐腐蚀性能。当与Ni、Cr复合添加的情况下，其提高耐腐蚀性能的效果更为显著。但是当Cu含量低于0.18％，其沉淀强化作用不明显，耐蚀性能得不到保证，当Cu含量超过0.48％时，在加热时会引起热脆现象，引起表面质量问题。本专利技术Ni含量选择在0.28～0.45％，Ni对钢材强度贡献不大，但能明显改善钢材的塑韧性。特别是对Cu、Cr等固溶强化元素含量高的钢材，适量Ni可有效改善钢材的冷加工性能。当Ni与Cr、Cu复合添加的情况下，还可显著提高耐候性能。但Ni量过高，钢板表面易产生大量难以脱落的氧化铁皮，且大大增加生产成本。本专利技术Nb含量选择在0.008～0.026％，Nb是一种强碳化物形成元素，具有强烈的细化晶粒作用，能显著提高奥氏体再结晶温度，扩大轧制工艺范围，使专利技术钢在Ⅱ阶段轧制过程中充分细化组织，确保钢材具有良好的强韧性匹配。在轧制过程中，Nb在钢中形成的碳氮化物颗粒，可有效抑制奥氏体晶粒的长大，提高强度和塑韧性。本专利技术中，与Mo同时加入可明显提高Nb、V的细小碳氮化合物析出，这些碳化物在高温下具有较高的稳定性，从而提高钢的耐火性能。当Nb含量低于0.008％时，析出Nb的细小碳氮化合物不足，无法确保耐火性能，且导致强度不足。本专利技术V选择在0.041～0.072％，V是一种相当强烈的碳化物形成元素，适量的V具有明显的沉淀析出强化作用，还具有固溶强化作用和降低屈强比的作用。当Nb与V复合加入时，可明显改善横向裂纹现象的发生，显著提高钢的再结晶温度。本专利技术中，与Mo同时加入可明显提高Nb、V的细小碳氮化合物析出，这些碳化物在高温下具有较高的稳定性，从而提高钢的耐火性能。但V含量过高，沉淀强化作用显著，但塑韧性变差。本专利技术Als含量选择在0.015～0.025％，Als常常作为脱氧元素加入钢中。Als与钢中N结合形成AlN颗粒，起到细化晶粒作用。本专利技术Ca含量控制在0.0012～0.0025本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐火耐候钢，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C：0.012～0.046％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.60～1.10％，P≤0.005％，S≤0.002％，Mo：0.12～0.41％，W：0.15～0.32％，Cr：0.61～0.81％，Cu：0.18～0.48％，Ni：0.28～0.45％，Nb：0.008～0.026％，V：0.041～0.072％，Als：0.015～0.025％，Ca：0.0012～0.0025％，Re：0.0010～0.0041％，其余为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐火耐候钢，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C：0.012～0.046％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.60～1.10％，P≤0.005％，S≤0.002％，Mo：0.12～0.41％，W：0.15～0.32％，Cr：0.61～0.81％，Cu：0.18～0.48％，Ni：0.28～0.45％，Nb：0.008～0.026％，V：0.041～0.072％，Als：0.015～0.025％，Ca：0.0012～0.0025％，Re：0.0010～0.0041％，其余为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强度耐火耐候钢，其特征在于：所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，(Mo+3W)：0.86～1.08％。3.根据权利要求1所述的高强度耐火耐候钢，其特征在于：所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，(Cr+2Cu)/Ni：3.41～3.86％。4.根据权利要求1所述的高强度耐火耐候钢，其特征在于：所述高强度耐火耐候钢的化学成分中，冷裂敏感指数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：童明伟，张开广，郭斌，卜勇，范巍，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42