專利名稱：一種高性能耐候抗震建筑用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及建筑用鋼及生產方法，具體屬于一種適用于建筑的具有高性能耐候及抗震的低合金鋼及其生產方法。
背景技術：
在本發明以前，有關用于建筑方面的耐候鋼種多有報道，有如歐洲專利(EP 0841 409 Al )、前蘇聯專利(SU1822446A3)、日本專利(特開平9-277083)、伯利恒鋼鐵公司和浦項綜合制鐵株式會社申請的一種含有C、 Mn、 Nb、 V、 N和Ti的改進的耐候鋼板的制造方法的專利(US6187117)等，其主要是為耐大氣腐蝕的鋼種，其主要通過添加P與Cu、 Cr等元素來提高鋼的耐大氣腐蝕性能，且還有添加As、 Co等元素的，其不僅增加了成本，且生產工藝流程較為復雜，更主要的問題是沒考慮鋼的抗震問題。如我國去年的四川汶川大地震，建筑中就未能考慮建筑結構用鋼在強級別地震中的抗震即屈強比的問題，為此，我們開發了既具有高耐候性也具備抗拒強級別地震即屈強比《0. 80的耐候及抗震的低合金建筑用鋼及其生產方法。

發明內容
本發明的目的在于克服上述不足，提供一種高性能耐候且屈強比《0.80、具有抗層狀撕裂能力、焊前不需預熱或在不高于5(TC進行預熱、焊后不需熱處理、工藝簡單的抗震建筑用鋼及其生產方法，
實現上述目的的技術措施
一種高性能耐候抗震建筑用鋼，其在于鋼的化學成分及重量百分比為C0.05 0.16、
Si0,10 0.50、 Mn0.60 1.50、 P《0.015、 S《0.010、 Cu0.15 0.60、 Cr0.25 0.80、 Ni0.10 0.50、 V 0.01 0,10、 Ti 0.005 0.030及Nb 0.010 0.040、 Als 0.010 0.050、 Ca 0細0 0扁0、RE 0.0010 0.020中的至少一種，其余為Fe及不可避免的雜質。其在于鋼中鐵素體面積百分比為50 75%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其步驟
1) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
2) 將板坯加熱至H50 1310。C，使板坯充分奧氏體化；
33) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1100 1200°C;
4) 對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在880 98(TC;每道次的壓下率控制在15 30%;精軋終軋溫度控制在800 900°C，最后三道次的累計壓下率控制在35 50%。
其在于精軋開軋溫度控制在920 96(TC;精軋終軋溫度控制在820 88(TC。本發明鋼的化學成分的限定理由如下-
本發明的C含量選擇在0. 05 0. 16%。 C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，如果溶入基體中，能夠起到固溶強化的作用。隨著碳含量的增加，鋼中Fe:iC量也隨之增加，淬硬性也增加，鋼的抗拉強度和屈服極限會提高而延伸率、缺口沖擊韌性則下降。碳含量每增加0. 10%抗拉強度大約提高90MPa，屈服極限大約提高40 50MPa。如果C含量超過一定的量時，在焊接此類鋼材時，焊接熱影響區將會出現淬硬現象，這一現象將加劇鋼材焊接時產生冷裂紋的傾向。C是影響碳當量Ceq的主要因素，要控制鋼Ceq不大于0.42。/。，鋼中C含量應不大于0.16%，同時添加適量的其他微合金元素來達到鋼板強韌性良好的匹配，這樣，既能確保鋼的焊接性和強度，又方便了生產操作，從而提高其在大生產中的適用性和可行性。
本發明的Si含量選擇在0. 10 0. 50%。 Si在鋼中不形成碳化物而固溶于鐵素體中，主要以固溶強化的形式來提高鋼的強度，固溶強化作用很強，同時，也是鋼中的脫氧元素。但如果鋼中Si含量過高，則會引起面縮率下降，特別是沖擊韌性下降較為明顯，同時對鋼的焊接性也不利，因此鋼中Si含量不應過高，本發明鋼Si含量上限定為0.50y。。
本發明的Mn含量選擇在0. 50 1. 50%。 Mn是很重要的合金化元素，是奧氏體穩定化元素，在相同C含量和冷卻速度下，隨著鋼中Mn含量的增加，鋼中珠光體的相對含量會增加，珠光體片層細化，從而提高鋼的強度，在含Mn量不高的情況下，鋼的塑性基本上不降低。此外，由于Mn使A3溫度下降，從而使先共析鐵素體在更低的溫度下析出且細化，同時，抑制了碳化物在過冷奧氏體晶界上析出，使鋼保持在較高的塑性，并降低鋼的韌性一脆性轉變溫度。Mn在鋼中還是防止熱脆性的主要元素，MnS大約在出鋼階段形成，所以消除了S造成的危害。Mn是與Y-Fe形成連續固溶體的常用元素，是溶入鐵素體而引起鋼的固溶強化的，并且不惡化鋼的變形能力。含1%的Mn約可提高抗拉強度lOOMPa,隨著Mn含量的增加，鋼材的強度明顯的增加，但Mn含量過高，對鋼的韌性不利， 一般說來，Mri含量在2y。以下對焊縫金屬的韌性是有利的，因此，本發明Mn的含量上限為1.50%。
本發明的P含量選擇在《0. 015%。 P能提高鋼的強度，有效改善鋼鐵材料的抗腐蝕性能，但使韌性降低，特別是使鋼的脆性轉折溫度急劇升高，即提高鋼的冷脆性(低溫轉變)。P —般固溶于鋼的固溶體中，顯著降低鋼的冷加工性，另外P在鋼中的偏析傾向比較嚴重，造成帶狀組織，使鋼的力學性能不均勻，因此，應嚴格限制鋼中P的含量，其適宜量為《0. 015%。
本發明的S《0.010%。 S是通過形成硫化物夾雜而對鋼的力學性能發生影響，硫化物夾雜對鋼的強度及韌性都產生不利的影響，同時明顯降低鋼的Z向性能、焊接性能以及耐候性能，因此，鋼中S含量必須控制在較低的范圍，其適宜量為《0.010%。
本發明的Cu含量選擇在0. 15 0. 60%。 Cu在鋼中主要起固溶及沉淀強化和耐大氣腐蝕作用，當與P共存時，其耐腐蝕效果更為明顯，此外還有利于獲得良好的低溫韌性，增加鋼的抗疲勞裂紋擴展能力。當Cu含量小于O. 10%時，Cu的沉淀強化作用不明顯，含量過高時，鋼板焊接熱影響區韌性會降低，且在鋼板軋制過程中易產生網裂，故其上限控制在0.60%。
本發明的Cr含量選擇在0. 25 0. 80%， Cr是縮小奧氏體相區的元素，是中強碳化物形成元素，在鋼中可以形成碳化物也可固溶于鐵素體。同時，Cr還是提高鋼淬透性的有效元素，也因在鋼的表面形成致密的氧化鉻而提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能，因此，Cr是增強鋼材抗大氣腐蝕能力的主要元素之一。另外，在Cu-Cr-Ni復合添加的情況下，Cr能顯著提高鋼的耐腐蝕性能。但是加入Cr會提高鋼的淬硬性，從而提高鋼材對焊接冷裂紋的敏感性，所以Cr的上限應控制在0. 80%。
本發明的Ni含量選擇在0. 10 0. 50%。 Ni在鋼中只固溶于基體相鐵素體或奧氏體中，是奧氏體穩定化很強的元素，可使奧氏體在更低的溫度下分解。Ni對鋼的各種性能都有利，加入1%的Ni可提高鋼材強度約20MPa，另外，Ni既能顯著地改善鋼材的韌性、尤其是低溫韌性，還能大幅度提高基材和模擬焊接熱影響區的低溫韌性。Ni還能有效阻止Cu的熱脆引起的網裂，顯著提高鋼的抗大氣腐蝕性能和耐海水腐蝕性能，尤其是與Cu、 Cr復合應用時具有明顯提高鋼的抗大氣腐蝕性能的作用。若鋼中Ni含量不足O. 10%時，則Ni的上述作用不明顯，但M含量過高易造成鋼板氧化鐵皮難以脫落，且生產成本增加。
本發明的V含量選擇在0.010 0. 10%。 V是強碳化物形成元素，與碳的結合力極強，在鋼中形成穩定、高熔點、高彌散的VC，因此，它可以通過細化晶粒與碳化物的形成來提高鋼材的強度。
本發明的Ti含量選擇在0. 005 0. 030%。 Ti是強氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，有助于控制奧氏體晶粒的長大，大大改善焊接熱影響區的低溫韌性。
本發明的Nb含量選擇在0. 010 0. 040%。 Nb是強碳化物形成元素，也是細化晶粒的重要元素，尤其對奧氏體晶粒的細化和再結晶組織的細化作用。Nb在鋼中主要通過與C、 N形成微細的碳氮化物來提高鋼材的強度和韌性，即使添加0. 010%的Nb也能表現出其效果。
本發明的Als含量選擇在0. 010 0. 050%。 Al是鋼中的主要脫氧元素，另外，Al的熔點較高，在生產中，鋼中Al可與N形成A1N，而A1N有利于阻礙高溫奧氏體長大，細化晶粒的作用，從而提高鋼的強度。但A1含量較高時，將導致A1的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈 度，從而顯著降低鋼的沖擊韌性，對鋼的耐大氣腐蝕性能也有不利影響。
本發明的Ca含量選擇在0. 0010 0. 0060%。鋼中Ca可以控制硫化物的形態、提高夏比 吸收能、改善低溫韌性，但Ca含量低于0.0010%時，效果不明顯；而如果超過0.0060%，則 會生成許多CaO、 CaS的大型夾雜物，從而影響鋼的純凈度和低溫沖擊韌性，也可能對鋼的焊 接性能和抗層狀撕裂性產生不利的影響。
本發明的RE含量選擇在0.0010 0. 020。/。。鋼中加入RE，可降低銹層的S含量，促進Si、 Cu和P在內銹層的富集和Fe203 H20的生成，SiO/一和P0/—等均有緩蝕作用，有利于形成較致 密粘附性好的含硅銅稀土的復合鐵銹層，從而大大提高鋼板的耐大氣腐蝕性能。 本發明具有如下特點
1. 本發明鋼具有良好的耐候性能，且鋼材使用時間愈長，愈能顯示其優越性。
2. 本發明鋼具備優良的抗震性能，即屈服強度R。,與抗拉強度R^之比《0. 80。
3. 本發明鋼具有良好的強韌性匹配，
本發明鋼以控制軋制狀態交貨，無需進行較為復雜的熱處理工序，具有鋼材成本較低， 生產周期短等優點，適應大生產要求，可廣泛用于各類高層、超高層等要求具備耐候性及抗 震性的建筑工程結構用鋼。其性能指標達到屈服強度ReL》400MPa;抗拉強度D540MPa; 延伸率八》25%; Z向性能Zz》35。/。； -20"縱向沖擊功AKV》200J。
具體實施例方式
本發明軋制鋼板厚度分別為18、 36、 40、 45、 50毫米。 實施例1
軋制鋼板厚度為50毫米的高性能耐候抗震建筑用鋼，其鋼的化學成分及重量百分比為 C0.05、 Si0.15、 Mnl.O、 P: 0.015、 S: 0.009、 Cu0.15、 Cr0.40、 Ni0.25、 VO,Ol、 Ti 0.005、 Ca 0.006其余為Fe及不可避免的雜質。
鋼中鐵素體面積百分比為50%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其步驟 1)采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
2) 將板坯加熱至115(TC，使板坯充分奧氏體化；
3) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在110(TC;
64)對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在88(TC;每道次的壓下率控制在15a/。；
精軋終軋溫度控制在800°C，最后三道次的累計壓下率控制在35%。 實施例2
軋制鋼板厚度為45毫米的高性能耐候抗震建筑用鋼，其鋼的化學成分及重量百分比為
C0.08、 Si 0.10、 Mn0.60、 P0.013、 S0.009、 Cu0.25、 Cr0.25、 NiO.lO、 V 0.045、 Ti 0.009及 Nb 0.010、 Als 0.020、 RE 0.0015，其余為Fe及不可避免的雜質。 鋼中鐵素體面積百分比為60%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其歩驟
a) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
b) 將板坯加熱至1200°C，使板坯充分奧氏體化；
c) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1130'C;
d) 對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在90(TC;每道次的壓下率控制在20%; 精軋終軋溫度控制在820'C，最后三道次的累計壓下率控制在38%。
實施例3
軋制鋼板厚度為40毫米的高性能耐候抗震建筑用鋼，其鋼的化學成分及重量百分比為 C0.12、 Si 0.25、 Mnl.50、 PO扁、S0.005、 Cu 0.34、 Cr 0.50、 Ni 0.32、 VO.IO、 Ti 0.010及 Nb 0.025、 Als 0.050、 Ca 0.0010、 RE 0.0010，其余為Fe及不可避免的雜質。
鋼中鐵素體面積百分比為63%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其歩驟
1) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
2) 將板坯加熱至1250°C，使板坯充分奧氏體化；
3) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1150'C;
4) 對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在92(TC;每道次的壓下率控制在25%;
7精軋終軋溫度控制在850°C，最后三道次的累計壓下率控制在42%。 實施例4
軋制鋼板厚度為36毫米的高性能耐候抗震建筑用鋼，其鋼的化學成分及重量百分比為 C0.16、 Si 0.40、 Mnl.20、 P0.005、 S0.003、 Cu0.46、 Cr0.65、 Ni 0.42、 VO扁、Ti 0.02及 AlsO.Ol、 Ca 0.001、 RE 0.002，其余為Fe及不可避免的雜質。
鋼中鐵素體面積百分比為75%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其步驟
1) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
2) 將板坯加熱至1280°C，使板坯充分奧氏體化；
3) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1180°C;
4) 分精軋開軋及精軋終軋兩段進行精軋精軋開軋溫度控制在96(TC;每道次的壓下率 控制在30%;
精軋終軋溫度控制在880°C，最后三道次的累計壓下率控制在46%。 實施例5
軋制鋼板厚度為18毫米的高性能耐候抗震建筑用鋼，其鋼的化學成分及重量百分比為 C 0.085、 Si 0.32、 Mn0.09、 P0.0(B、 S0.00K Cu 0. 60、 Cr0.80、 Ni 0.50、 V0. 10、 Ti 0.026 及Als0.05、 Ca 0.001，其余為Fe及不可避免的雜質。
鋼中鐵素體面積百分比為69%。
生產一種權利要求1所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其步驟
1) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；
2) 將板坯加熱至1310°C，使板坯充分奧氏體化；
3) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1200°C;
4) 對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在98(TC;每道次的壓下率控制在20%;
8精軋終軋溫度控制在900°C，最后三道次的累計壓下率控制在50%。 經對本發明鋼板進行常溫拉伸，其結果Z向拉伸性能在50 70%、 -2CTC溫度下的沖擊 功均在200J以上、屈服強度在425 470Mpa、抗拉強度在540 590Mpa、屈強比小于0. 79%、 周浸試驗150小時結果與美國的代號為CortenB耐候鋼對比，其腐蝕率優于其對比鋼。總之， 本發明鋼具有優異的綜合機械性能。
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權利要求
1、一種高性能耐候抗震建筑用鋼，其特征在于鋼的化學成分及重量百分比為C 0.05～0.16、Si 0.10～0.50、Mn 0.60～1.50、P≤0.015、S≤0.010、Cu 0.15～0.60、Cr 0.25～0.80、Ni 0.10～0.50、V 0.01～0.10、Ti 0.005～0.030及Nb 0.010～0.040、Als 0.010～0.050、Ca 0.0010～0.0060、RE 0.0010～0.020中的至少一種，其余為Fe及不可避免的雜質。
2、 如權利要求l所述的一種高性能耐候抗震建筑用鋼，其特征在于鋼中鐵素體面積百分比為50 75%。 '
3、 生產一種權利要求l所述的高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其步驟1) 采用鐵水脫硫、RH真空脫氣處理；2) 將板坯加熱至1150 1310°C，使板坯充分奧氏體化；3) 對板坯進行粗軋，將開軋溫度控制在1100 1200°C;4) 對板坯進行精軋精軋開軋溫度控制在880 980'C;每道次的壓下率控制在15 30%; 精軋終軋溫度控制在800 900°C，最后三道次的累計壓下率控制在35 50%。
4、 如權利要求3所述的生產一種高性能耐候抗震建筑用鋼的方法，其特征在于精軋開軋溫 度控制在920 960°C;精軋終軋溫度控制在820 880°C 。
全文摘要
本發明涉及建筑用的低合金鋼及生產方法。其解決目前存在的建筑用鋼有耐大氣腐蝕性能而沒考慮鋼的抗震問題的不足。措施本發明的組分及重量百分比為C 0.05～0.16、Si 0.10～0.50、Mn 0.60～1.50、P≤0.015、S≤0.010、Cu 0.15～0.60、Cr 0.25～0.80、Ni 0.10～0.50、V 0.01～0.10、Ti 0.005～0.030及Nb 0.010～0.040、Als 0.010～0.050、Ca0.0010～0.0060、RE 0.0010～0.020中的至少一種，其余為Fe及不可避免的雜質；步驟鐵水脫硫及RH脫氣；加熱至1150～1310℃；粗軋，其溫度控制在1100～1200℃；精軋精軋開軋溫度在880～980℃；每道次的壓下率在15～30％；精軋終軋溫度在800～900℃，最后三道次累計壓下率在35～50％。
文檔編號C22C33/00GK101497969SQ200910061109
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者習天輝, 勇 卜, 張開廣, 明 杜, 段東明, 童明偉, 董漢雄, 黃成紅 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司