[发明专利]抗震H型钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢领域，尤其涉及一种高抗震性能热轧H型钢用钢及其生产方法

背景技术

近年来，随着城市建设的高速发展，高层、超高层以及大跨度钢结构建筑是一种发展趋势，这样对建筑用钢有了更高的性能要求，除了提高钢材的强度级别外，也提出了一些特殊的要求如抗震性能。高层建筑用钢主要是以钢板和型钢为主，其中热轧H型钢在高层建筑用钢中所占的比例很大。同时，以热轧H型钢为主的钢结构，其结构科学合理，力学性能优越，结构稳定性高，设计灵活等优点，已被广泛应用在大型工业厂房和城市高层建筑领域。目前，普通的Q235、Q345级热轧H型钢已经不能满足钢结构建筑的发展需求，为此有必要开发具有高强度高抗震性的建筑用H型钢。

如今关于抗震钢的研究主要是调整钢中的化学成分，在钢中加入钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)、(铝Al)等一种或多种低合金元素，再结合控制轧制技术，细化奥氏体晶粒，从而得到比较细小的铁素体晶粒，同时，通过控制轧制工艺参数，让合金元素的第二相粒子更加均匀、细小、弥散的析出，从而进一步提高钢的抗震性能。

阪神地震后，日本国内几家大型钢铁公司开发了一系列用于高层建筑的、抗震性能优良的结构钢。川崎制铁开发的具有高韧性的厚壁H型钢，钢的化学成分为(wt％)：C：0.05～0.18、Si：0.60、Mn：1.0～1.8、P：0.020、S≤0.004、Al：0.016～0.05、V：0.04～0.15、N：0.0070～0.0200、Cu：0.02～0.60、Ni：0.02～0.60、Cr：0.02～0.50、Mo：0.01～0.20。为了细化组织，用控制轧制技术，在1100～1150℃范围，凸缘每道次断面缩减5％～10％，总缩减至20％，使其再结晶细化。轧后以0.2～2.0℃/s的速度冷至700～750℃。新日铁开发的用于超高层、大跨距、抗震性能优良的高强度、高韧性的型钢，钢中含有0.04％～0.18％，含合金元素V、N、Al、Mo、Nb、Ni、Cu中的2～7种。轧制时，凸缘部在900℃以下全压下量22％～33％，凸缘部终轧温度780～840℃。NIPPON钢铁公司发明了一种在低温下具有优良的可焊性和韧性、低屈服比的抗震建筑用结构钢。钢中含0.03％～0.15C、Si≤0.40％、1.0％～1.20％Mn、加Nb、Ti、Al微合金化，还有少量的Cr、Ni、Mo、Cu。在奥氏体未再结晶的温度范围变形≥30％，终轧温度≥720℃，在≥680℃以上控制冷却。以上抗震钢均含有Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，生产成本较高，同时添加大量的合金元素，会降低钢的焊接性能和韧性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抗震H型钢及其生产方法，该抗震H型钢不含Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，即可降低成本，又可使其抗震性能优良。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抗震H型钢，其化学成分重量百分比为：C0.16～0.20％、Si 0.4～0.5％、Mn 1.3～1.5％、V 0.06～0.08％、Nb 0.02～0.04％、P：≤0.025、S：≤0.015、[N]≤100ppm、[O]：≤100ppm，其余为Fe和杂质元素。

本发明还提供抗震H型钢的生产方法，包括加热、轧制、冷却工序，其特征在于，加热温度为：1210℃～1250℃；轧制工艺为：奥氏体未再结晶区控轧，道次累积变形量50％～70％，终轧温度控制在820℃～880℃；轧后在冷床上空冷至室温。

下面具体说明本发明技术方案的内容：

建筑结构钢的五项抗震性能指标为：(1)强度与塑性的配合；(2)应变时效敏感性；(3)韧脆转变温度；(4)可焊性；(5)高应变低周疲劳性能。此五项指标科学合理，不仅包括了国内外建筑用钢主要抗震性能指标：屈强比、塑性和韧性、碳当量，而且还提出了时效应变敏感性、韧脆转变温度、高应变低周疲劳性能等新的综合抗震性能指标。相关抗震性能性能指标为：强度与塑性的配合：屈强比R_eL(Rp_0.2)/R_m≤0.85；应变时效敏感性：延伸降低率(ΔE≤5％)；韧脆转变温度(0℃纵向KV≥27J)；焊接性能(CEV≤0.44％)；高应变低周疲劳性能(试验参照GB6399-86：金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法进行)：用循环韧度值σ_a·Δε_t表示(σ_a·Δε_t≥30J/cm³)。