一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法技术

一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法，属于建筑钢领域。其化学成分为:C:0.06‑0.08％，Mn:1.4‑1.6％，Si:0.15‑0.25％，Cr:0.3‑0.5％，Mo:0.20‑0.35％，Nb：0.02‑0.04％，Ti:0.1‑0.15％，V:0.06‑0.11％，Cu:0.25‑0.30％，Ni:0.30‑0.35％，P:＜0.012％，S:＜0.002％，余为铁和不可避免的微量的化学元素。采用常规真空冶炼并浇铸成坯；对铸坯进行加热；热轧成H型钢，空冷至室温，得到双相组织。本发明专利技术可广泛应用于高层、超高层同时满足高强度、抗震及耐火要求的建筑H型钢。

A 460MPa Seismic and Refractory H-section Steel for Building and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法
本专利技术属于建筑用结构钢领域，特别设计一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法，其特别适用于热轧工艺生产。技术背景高层钢结构建筑物快速发展，对用于制作柱、梁等结构件的钢板在强度、防火性能、耐候性能、抗震性能等方面均提出了新的要求。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己经进入普遍应用和推广的阶段，但抗震耐火建筑H型钢的研究较少。新日铁公司对抗拉强度为400～780MPa的几种典型钢进行了高温拉伸试验,试验表明:所有试验钢的屈服强度(σs)在500～600℃范围内急剧下降,在700℃或700℃以上时σs降至50MPa。因难以克服材料强度随温度而骤降的困难，目前主要耐火建筑结构用钢的耐火温度设定为600℃，即460MPa级耐火钢经600℃保温3小时后，其屈服强度不低于310MPa。本专利技术研究一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢及其制备方法，在保证其常规力学性能的同时，提高抗震耐火建筑钢的耐火性能，尤其是提高耐火温度至650℃。经检索，公开号为CN108220798A的文献，公开了一种460MPa级抗震耐火建筑钢及其制备方法。其化学成分为:C:0.03-0.08％，Mn:1.0-1.8％，Si:0.1-0.5％，Cr:0.2-0.7％，Mo:0.1-0.3％，Ti:0.05-0.12％，V:0.04-0.12％，Nb:0.O1-0.06％，Al:0.01-0.05％，P:≤0.008％，S:≤0.002％，余为铁和不可避免的微量的化学元素。该钢种通过控轧控冷以及两相区的等温处理得到460MPa级的低屈服比的抗震钢板。但其生产过程工艺复杂，适应于建筑用钢板，对形状较为复杂的H型钢而言，由于复杂的形状容易导致控轧过程中温度不均匀而导致控轧难以控制，且控冷过程也很难确保不同位置的冷却速度均匀，因此改钢种对H型钢而言适应性不强。且这种通过后续两相区热处理获得铁素体+贝氏体/马氏体组织以获得低屈强比，实现抗震性能。为防止因两相区高温热处理带来的强度太低而添加了大量的Ti、V、和Nb元素形成析出强化，但是这种高温析出的微合金化元素的碳化物尺寸粗大，从而导致析出强化效果减弱，进而导致耐火温度为较低的600℃。经检索，公开号为CN103866188A的文献，公开了屈服强度为460MPa级耐火耐腐蚀抗震建筑用钢及生产方法。该钢种其化学成分重量百分比:C:0.095-0.180％，Si:0.28-0.55％，Mn:1.40-1.60％，P:≤0.008％，S:≤0.002％，Nb:0.014-0.045％，Ti:O.004-0.030％，V:0.034-0.044％，Mo:0.09-0.29％,W:0.06-0.12％,Mg:O.0080-0.0100％，Sn:0.08-0.13％,O:≤0016％；工艺:铁水脱硫；转炉冶炼:真空处理:铸坯加热:分段轧制:冷却:待用。该钢种为了提高强度，C含量相对较高，因此其焊接性能收到一定影响。此外，由于其C含量较高，Ti、V、和Nb元素含量不宜过高，因为过高的Ti、V、和Nb含量在高C含量的情况下容易在凝固、高温轧制过程中析出较大的碳化物、碳氮化物颗粒，不仅影响Ti、V、和Nb的析出强化效果，大的析出物对韧性也不利，因此该专利的合金设计不利于推广使用。经检索，公开号为CN201110080774.6的文献公开了一种低成本高强高韧抗震耐火钢及其制备工艺。该钢种包含按重量百分比计的如下组分:C:0.05-0.09％，Si：0.10-0.30％，Mn:0.60-1.00％，Mo:0.20-0.40％，Cr<0.10％，Cu<0.10％，Ni<0.10％，Nb:0.02-0.04％，V:0.O1-0.04％，Ti:0.O1-0.04％，Al:0.02-0.04％，N：≤0.006％，P：≤0.O10％，S：≤0.006％，以及Fe及杂质。其制备工艺包括依次进行的保温处理、两阶段轧制和冷却工序。该专利技术钢种采用Mo+Nb合金体系，成分简单，贵合金元素含量少，合金成本低，但是采用了控制轧制和控制冷却技术，工艺成本较传统热轧后空冷高。此外，该专利技术中的析出强化元素Ti和V含量较低，在600℃及以上高温耐火过程中Ti和V析出较少，因此更高温度耐火性能(尤其是650℃时)可能难以得到保障。上述专利文献共性不足：制备工艺较为复杂，均需要控制轧制和控制冷却，难以满足形状复杂的H型钢的生产需求；均未指明利用TiC相间析出高温回火不易粗化，从而发挥优异的耐火性能；均未采用V和Ti复合添加，未保留部分V在高温耐火过程中仍持续析出，不涉及与TiC相间析出发挥协同作用，从而未能最终实现650℃时的耐火性能；
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种使用性能满足GB/T1591-2018《低合金高强度结构钢》要求的前提下，通过热轧状态交货，无需复杂热处理工艺，具有较宽的工艺窗口，屈服强度≥460MPa,屈强比≤0.80，断后延伸率≥25％，-20℃KV2≥50J，耐火性能：650℃保温3小时屈服强度不低于室温下的2/3。本专利技术目的在于通过较高Ti的添加，通过热轧空冷得到大量的相间TiC析出，通过析出强化同时提高钢的屈服强度和抗拉强度，获得低屈强比，保证抗震性能；此外，利用TiC相间析出高温回火不易粗化，并通过添加V，在650℃保温过程中得到大量VC纳米析出，高密度的纳米TiC和VC析出，发挥协同作用，实现耐650℃高温性能。一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢，其特征在于，化学成分的质量百分比要求为:C:0.06-0.08％，Mn:1.4-1.6％，Si:0.15-0.25％，Cr:0.3-0.5％，Mo:0.20-0.35％，Nb：0.02-0.04％，Ti:0.1-0.15％，V:0.06-0.11％，Cu:0.25-0.30％，Ni:0.30-0.35％，P:＜0.012％，S:＜0.002％，余为铁和不可避免的微量的化学元素。上述的460MPa级抗震耐火建筑H型钢的制备方法，采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸，采用热轧，其特征在于：轧制工艺中控制的技术参数为：1)再加热温度1150-1200℃，保温2h以上；2)开轧温度≤1050℃；3)终轧温度≥900℃；4)空冷至室温。上述的460MPa级抗震耐火建筑H型钢的制备方法，其轧制后的组织为多边形的铁素体为主，少量珠光体或贝氏体的双相组织，铁素体占比85％以上，且铁素体存在大量相间析出，主要为TiC,提供析出强化。H型钢力学性能如下：(1)常规力学性能：屈服强度≥460MPa，屈强比≤0.80，断后延伸率≥25％，-20℃KV2≥50J；(2)抗650℃高温性能：在650℃保温3小时屈服强度不低于室温下的2/3。本专利技术主要化学成分限定理由如下：提高力学性能化学成分限定理由C:C是提高钢材强度最有效的元素，C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证钢板获得良好的综合性能，本专利技术钢C元素含量设计为0.06-0.08％。Mn:Mn是重要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种460MPa级抗震耐火建筑H型钢，其特征在于，化学成分的质量百分比要求为:C:0.06‑0.08％，Mn:1.4‑1.6％，Si:0.15‑0.25％，Cr:0.3‑0.5％，Mo:0.20‑0.35％，Nb：0.02‑0.04％，Ti:0.1‑0.15％，V:0.06‑0.11％，Cu:0.25‑0.30％，Ni:0.30‑0.35％，P:＜0.012％，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460MPa级抗震耐火建筑H型钢，其特征在于，化学成分的质量百分比要求为:C:0.06-0.08％，Mn:1.4-1.6％，Si:0.15-0.25％，Cr:0.3-0.5％，Mo:0.20-0.35％，Nb：0.02-0.04％，Ti:0.1-0.15％，V:0.06-0.11％，Cu:0.25-0.30％，Ni:0.30-0.35％，P:＜0.012％，S:＜0.002％，余为铁和不可避免的微量的化学元素。2.根据权利要求1所述的460MPa级抗震耐火建筑H型钢的制备方法，采用转炉或电炉冶炼，铸造采用连铸，轧制采用热轧，其特征在于：轧制工艺中控制的技术参数为：1)再加热温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢振家，姜明宏，尚成嘉，王学敏，王学林，杨善武，郭晖，涛雅，宋振东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11