一种q460级耐火耐候钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐火耐候钢及其制备方法，具体地说是一种Q460级耐火耐候钢 及其制备方法，属于低合金耐蚀中厚板轧制技术领域。
【背景技术】
[0002] 普通建筑用钢温度达到400°C时，屈服强度将降至室温强度的一半，温度达到 600°C时，基本丧失强度。为了防止钢结构建筑的火灾破坏，必须喷涂防火层进行保护。喷 涂耐火材料使建筑物成本成倍增加，且延长工期，减少室内有效使用面积，喷涂作业的飞溅 还污染环境。因此，现代建筑发展趋势之一就是要求减少防火涂层，开发新型建筑用耐火钢 的要求由此产生。
[0003] 1987年3月，日本建设省颁布了"新耐火设计法"。允许将钢材的高温屈服强度作 为设计依据，解除了原来旧法令必须涂覆耐火材料的限制，这样就可以使用具有高温屈服 强度的钢材制作钢结构。因此建筑用耐火钢成为近年来研宄开发的热点。
[0004] 日本是建筑钢结构发展最快，新钢材、新技术开发最先进、应用范围最广的国家， 日本耐火钢的研宄开发工作引人处于世界领先地位，产品包括板材和H型钢。中国从20世 纪90年代末开始从事耐火钢方面的研宄。马钢、鞍钢、宝钢和武钢等钢厂先后研发了耐火 钢，但是其设计思路为添加大量贵重合金Mo,以下是与之相关的专利。
[0005] 申请号为CN101906585A，一种高性能建筑结构用耐火钢板及其制造方法，，其化学 成分Mo 20 %?0. 40%，贵重合金Mo含量较高，且不含有耐候化学元素。
[0006] 申请号为JP060601，焊接性和气割性优良的高强度耐火钢及其制造方法，其化学 成分Mo :0. 30 %?0. 70 %，Re :0. 0005 %?0. 010 %，不仅添加了大量Mo,而且还加入稀土 元素，另外还有回火工艺，增加了制造成本。
[0007] 专利号为 CN101748327A，Low yield ratio type fire resistant hot rolled steel sheet and its and its production，其化学成分Mo :0.30%?0.70%，贵重合金Mo 含量较高，且不含有耐候化学元素。
[0008] 申请号为CN101397627A，一种耐火耐候抗震钢及其制造方法，，其化学成分Mo : 0. 30 %?0. 42 %，贵重合金Mo含量较高，且为Q345钢级。
[0009] 可见以上专利的耐火钢在成分设计上都采用Mo作为高温强化元素，贵重合金添 加量较大，部分钢级较低或制造成本高，限制了市场推广应用，本发明公布的一种Q460级 智能型耐火耐候钢及其制造方法是：创新性的应用纳米析出技术，成分设计上以Cu为主要 高温强化元素，利用ε -Cu在加热过程中析出强化提高高温屈服强度；同时Cu能够使材料 具有良好的耐候性能；生产工艺为TMCP，生产流程短、生产效率高、抗震等特点。
【发明内容】
[0010] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种Q460级耐火耐候钢及 其制备方法，。
[0011] 本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种Q460级智能型耐火耐候钢， 其化学成分按重量百分比计为：C :0· 01?0· 20%，Si :0· 1?0· 4%，Mn :0· 5?L 5%， Cr :0· 1 ?L 0%，Ni :彡 L 0%，Cu :彡 L 0%，Nb :0· 01 ?0· 05%，Ti :0· 01 ?0· 05%，P : 彡0.015%，S :彡0.0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05%。
[0012] 钢的化学成分是影响Q460级智能型耐火耐候钢性能的关键因素之一，本发明为 了使所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：
[0013] C :碳是钢中最常规的合金元素，碳对强度的贡献很大，在本发明中，考虑到焊接性 和强度，碳含量控制在0.01?0.20%的范围内。
[0014] Si :硅是炼钢脱氧的必要元素，也具有一定的固溶强化作用，提高钢板的强度，在 本发明中将硅限定在0. 1?0.4%的范围内。
[0015] Mn:锰是钢中最有效的提高性能元素，具有推迟奥氏体向铁素体的转变的作用，对 细化组织，提高强度和韧性有利。当锰的含量较低，上述作用不显著，过高则会引起连铸坯 偏析，造成钢板的性能不均匀，本发明中锰含量控制在〇. 5?1. 5%的范围内。
[0016] Cr :络对提尚钢的尚温性能有明显作用，并且含量超过0. 30%时具有耐大气腐蚀 作用，本发明中铬含量控制在〇. 1?1.0%的范围内。
[0017] Ni :镍不仅可以提高钢的低温韧性，同时是良好的耐候添加元素，可以抑制氯离子 对钢材的腐蚀，也可以改善铜在钢中引起的热脆性，本发明中镍含量控制在〇. 1?1. 〇%的 范围内。
[0018] Cu:铜是不降低韧性提高强度的有效元素，铜在加热过程中的析出使钢材在失火 状态下具有较高的高温强度，使其具备耐火性能；同时常温下固溶的铜具有明显耐候性能， 但是铜会在钢中引起热脆性，因此本发明中铜含量控制在0. 1?1. 0%的范围内。
[0019] Nb :乳制过程中固溶于奥氏体中的Nb和形变诱导析出碳氮化铌粒子显著提高奥 氏体未再结晶温度，获得薄饼状奥氏体，有助于细化铁素体和贝氏体组织。固溶于奥氏体中 的Nb还能够提高淬透性，固溶于铁素体和贝氏体中的Nb对提高高温强度也有显著作用，本 发明中铌含量在0.01?0.05%的范围内。
[0020] P :作为钢中有害夹杂对钢的力学性能损害很大，尤其对无间隙原子的极低屈服点 宽厚钢板，P会造成严重的晶界脆化，理论上要求越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢 成本，P控制在彡0.015%。
[0021] S :在钢中形成有害的硫化物夹杂物，对钢板的拉伸延伸率损害很大，理论上要求 越低越好；但考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，S含量需要控制在< 0. 0020%。
[0022] 进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢，其中Cu :0. 1?1.0%，Ni :0. 1? 1. 0%〇
[0023] 进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢，耐火耐候钢的金相组织为板条贝氏 体+粒状贝氏体，组织均匀细小。
[0024] 进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢的制备方法，包括有对前述采用钢种 进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，乳制工序，包括如下步骤：
[0025] (1)在冶炼、浇铸工序中，按照前述的化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯；
[0026] (2)在加热工序中，板坯加热温度控制在1150?1250°C之间，保温时间为120? 200min ；
[0027] (3)在轧制工序中，钢坯经保温均热后，在再结晶温度区域首先进行粗轧，粗轧的 开轧温度为1000?1100°c，粗轧的终轧温度为1000?1050°C，乳制累积压下率为彡50%， 中间坯厚度/成品厚度为2?5 ;精轧开轧温度900?1000°C，终轧温度800?900°C，乳 制累积压下率为多50% ;
[0028] (4)在冷却工序中，首先进行水冷，返红温度为350?550°C，冷却速率10?25°C/ s，随后空冷至室温。
[0029] 进一步的，前述的Q460级智能型耐火耐候钢及其制备方法，首先选取采用钢种， 采用钢种包括以下组分：C :0· 01?0· 20%，Si :0· 1?(λ 4%，Mn :0· 5?L 5%，Cr :0· 1? L 0 %，Ni :0· 1 ?L 0 %，Cu :0· 1 ?L 0 %，Nb :0· 01 ?0· 05 %，Ti :0· 01 ?0· 05 %，P : 彡0.015%，S :彡0. 0020%，余量为Fe及不可避免的杂质，杂质元素总量不超过0.05% ; 对前述采用钢种进行冶炼、锻造和锻压成钢坯工序，在轧制工序中，乳制工序采用TMCP轧 制工艺，钢坯经1150°C加热，保温2小时均热后，在再结晶温度区域进行粗轧；在粗轧步 骤中粗轧的开轧温度为1060°C，终轧温度为1000°C，乳制累积压下率为65%，中间坯厚 度/成品厚度为2 ;在所述精轧工序中：开轧温度900°C，终轧温度为800°C，乳制累积压下 率为50% ;在所述冷却工序中：终冷温度控制在350°C，冷却速度为10°C /s，经过上述步 骤进行控制轧制和控制冷却后，得到处于轧态组织的钢，室温下光学显微组织观察其金相 组织为组织均匀细小的板条贝氏体+粒状贝氏体，得到的耐火耐候钢的力学性能为：屈服 强度彡460MPa，屈强比彡0. 85%，延伸率彡20%，-40°C低温冲击彡100J，600°C高温屈服 ^ 310MPa〇
[0030] 本发明