[發明專利]高強韌性焊接結構用耐火抗震建筑鋼及其生產方法

有效

• 申請號: 200910272414.9
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101691643A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 童明偉;卜勇;郭斌;杜明;張開廣;梅榮利;習天輝;張政權;董中波;芮曉龍
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵(集團)公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C22C38/58;C21D8/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 涂潔

技術領域

本發明涉及一種低合金高強鋼，具體的說是一種高強韌性焊接結構用耐火抗震建筑鋼及其生產方法。

背景技術

在現代建筑中，為減輕重量，縮短工期，增大空間，高層和超高層的鋼結構建筑日益增加，但高層建筑一旦發生火災，將可能造成巨大的人員傷害和財產損失。因此，對高層建筑鋼結構的耐火要求也越來越高。由于在發生火災時，高溫的影響將使鋼材的強度迅速降低，不能保持建筑結構所要求的強度，為此在許多高層建筑物的耐火設計中，都通常采用防火涂層以保護鋼結構。在耐火建筑中柱子和梁等主要結構必須設計成耐火結構，要求的耐火溫度為350℃，在此溫度下鋼材的屈服強度要不低于室溫強度規定值的三分之二。有關建筑方面的結構用耐火鋼多有報道，如日本專利JP4056721、JP4056722、JP4056723，但上述三個專利的不足之處在于化學成分中貴重合金元素Mo含量較高(重量百分數大于0.50％)，提高了合金化成本，限制了鋼種的應用。又如日本專利JP5059433、JP6264136、JP3126816、JP3130319，上述四個專利雖然降低了貴重合金元素Mo的含量，但在生產過程中均須通過熱處理來改善鋼的綜合機械性能，其不僅增加了生產成本，且生產工藝流程較為復雜。

美國專利US4990196公開了具有優異耐火性能和低屈強比(抗震性)的建筑鋼材，其不足之處在于其化學成分中貴重合金元素Mo含量均較高(重量百分數大于0.40％)，從而提高了合金化成本，限制了使用，且厚鋼板的焊接效率低，工程結構制造成本高，對于高層建筑以及地震多發地帶的建筑用厚鋼板具有局限性。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種貴重合金元素Mo含量低、生產工藝流程和周期短、具有優良的耐火和抗震性能、良好的冷熱加工性能及優異的低溫韌性和焊接性能的高強韌性焊接結構用耐火抗震建筑鋼。

本發明鋼高強韌性焊接結構用耐火抗震建筑鋼包括以鋼的化學成分按重量百分數計為C：0.05～0.13、Si：0.10～0.60、Mn：0.80～1.80、P≤0.015、S≤0.010、Mo：0.15～0.50、Cr：0.15～0.50、Nb：0.015～0.050、Als：0.010～0.050，以及V：0.01～0.10、Ti：0.005～0.020、Ni：0.05～0.50、RE：0.0010～0.020、Ca：0.0010～0.010中的至少一種，其余為Fe及不可避免的雜質。

C含量選擇在0.05～0.13％，C是鋼中不可缺少的提高鋼材強度的元素之一，碳含量每增加0.1％抗拉強度大約提高90MPa，屈服極限大約提高40～50MPa。隨著碳含量的增加，鋼中Fe3C增加，淬硬性也增加，鋼的抗拉強度和屈服極限會提高，而塑性和韌性指標會下降，焊接性能變差。在焊接C含量較高的鋼材時，在焊接熱影響區還會出現淬硬現象，這將加劇焊接時產生冷裂紋的傾向。所以規定C的上限為0.13％，在此范圍內，既提高鋼的強度又適合生產操作，提高其在大生產中的適用性和可行性。

Si含量選擇在0.10～0.60％，Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，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0.60％。

本發明的Mn含量選擇在0.80～1.80％。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是擴大奧氏體相區元素，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-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γ-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100MPa，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，本發明中Mn的含量上限為1.80％。

P≤0.015％、S≤0.010％，這是由于鋼中的P、S含量必須控制在較低的范圍，只有冶煉純凈鋼，才能保證本發明鋼的性能。