[發明專利]一種低成本高強度耐火建筑結構用鋼及其生產方法

有效

• 申請號: 202210893054.X
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115369318B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 杜鵬舉;白云;趙乾;孫憲進;苗丕峰;高曉東;沈斌;馬菁;諸建陽;許峰;范海東
• 申請（專利權）人: 江陰興澄特種鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/28;C22C38/32;C22C38/38;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/5
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 趙海波

本發明涉及一種低成本高強度耐火建筑結構用鋼及其生產方法，產品為厚度不大于30mm的鋼板，以“貝氏體鐵素體+馬奧島”為目標微觀組織，通過終軋溫度、入水溫度、終冷溫度的匹配設計，精確調整貝氏體鐵素體和馬奧島組織的尺寸及形態，以同時滿足低屈強比、沖擊韌性和耐火性能的要求。鋼板的屈服強度大于500MPa，抗拉強度大于625MPa，屈強比小于0.83，延伸率大于16％；?40℃夏比沖擊功大于100J；當在600℃保溫且時間大于90分鐘后，其在600℃下的屈服強度仍不低于室溫下屈服強度的2/3。

技術領域

本發明屬于鐵基合金技術領域，尤其涉及一種建筑結構用鋼板及其生產方法。

背景技術

發展木結構、鋼結構等低碳建筑結構體系，將有利于減少耗能大戶建筑行業的碳排放。其中鋼結構具有施工效率高、質量好、自重輕、強度高、抗震性能好等優點。并且從建筑結構的全生命周期看，鋼結構容易回收再利用，并在修建和拆除過程時幾乎不產生建筑垃圾和粉塵噪聲污染，屬于綠色材料。

限制鋼結構建筑結構應用的瓶頸主要是成本較高、耐火性差和耐腐蝕性差，而且額外的防火和防腐蝕處理將進一步推高建設成本。從安全角度看，腐蝕主要導致建筑鋼結構緩慢變薄而影響其耐久性，發生的時間跨度大，容易通過后續保養維護，而耐火性差將導致結構鋼的屈服強度明顯下降，而引起火災時房屋突然坍塌，是建筑鋼結構的致命缺陷。

建筑結構鋼的抗震、耐火等特殊性能要求日益增多，催生了這方面的技術研發。目前耐火建筑結構鋼的設計標準較高，在保證耐火性能的同時，還增加了耐候性能，因而元素設計中采用了更多含量的Mo、Cr、Cu等元素。此法無疑增加了結構鋼的材料成本，反而限制了推廣應用。為防止“銅脆”的產生，又必然添加Ni元素，容易造成鋼結構在焊接時產生對人體危害較大的鎳蒸汽。

此外，目前絕大多數產品只限定了600℃時的高溫性能，并沒有涉及高溫保溫時間，而且按照現行標準《GB/T228.2金屬材料拉伸試驗第2部分：高溫試驗方法》，試樣高溫下的保溫時間較短，一般為15分鐘。即無法保證材料在高溫下持續一段時間后的性能。而實際火災統計表明，我國95％的火災的延續時間在2小時以內，其中僅約80％在1小時內撲滅，約90％在1.5h內撲滅。所以，為了獲得可靠的材料，必須考察鋼材在高溫下至少持續1.5小時后的性能，以此為用戶提供可靠的結構鋼。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本高強度耐火建筑結構用鋼，低成本是指本申請不采用以Mo、Cr、Cu、Ni等昂貴元素為設計的元素體系，而為了獲得足夠的強度和耐火、耐候性能，通過B、Nb、V、Mo配伍，以貝氏體鐵素體和少量馬奧島為目標微觀組織，經試驗，該結構鋼的屈服強度大于500MPa，抗拉強度大于625MPa，屈強比小于0.83，延伸率大于16％；-40℃夏比沖擊值(單個值)大于100J。

進一步地，本發明以貝氏體鐵素體為軟相和以彌散分布的馬奧島為硬相為復合基體組織，實現低屈強比和高沖擊韌性的控制。同時本發明采用組織+高溫動態析出兩方面提高鋼板的耐火性能，即貝氏體鐵素體+碳化物VC動態析出。碳化物VC的析出與鐵素體的相變機制密切相關，其很容易在以擴散相變機制形成的多邊形鐵素體中析出，而難以在以非擴散相變機制下形成的貝氏體鐵素體中析出。為使更多的碳化物形成元素預先固溶在奧氏體基體中，以利于碳化物在高溫耐火條件下的動態析出強化，本發明綜合考慮成本和組織要求，優先地采用成本較低的B元素提高鋼板淬透性，以抑制多邊形鐵素體的生成，從而減少碳化物VC的提前析出。此外，采用少量的Mo元素以提高碳化物VC的高溫穩定性。鋼板當在600℃保溫且時間大于90分鐘后，其在600℃下的屈服強度仍不低于室溫下的2/3。