[发明专利]屈服强度690MPa级低屈强比抗震钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑用结构钢技术领域，特别涉及一种屈服强度690MPa级低屈强比抗震钢及其制造方法。

背景技术

因抗震性好、空间利用率大、设计灵活美观、可循环利用、建造周期短、质量可靠易控制，钢结构建筑已大量出现。国内屈服强度460MPa级别以下、国外抗拉强度590MPa级别以下的抗震建筑结构用钢中厚板已普遍应用和推广。高层、大跨度、安全性高、节约环保是现代大型建筑的发展趋势。为了适应这一发展趋势，抗震建筑用结构用钢朝更高强度级别发展，从而使钢板降重减厚，可以节约资源与能源、降低建筑材料成本、减少焊接金属和焊接工作量。

目前，屈服强度550MPa和690MPa级别的抗震建筑结构用钢是研发和应用热点。建筑结构用钢板国标GB/T19879-2005尚未对以上两种强度级别的钢种进行标准化要求。然而，建筑抗震设计规范GB50011-2010对抗震建筑结构用钢进行了无强度级别差异的力学性能要求：钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。此规范要求比建筑结构用钢板国标GB/T19879-2005的要求更严格。要达到以上规范力学性能要求成为屈服强度550MPa和690MPa级别的抗震建筑结构用钢的技术难点。特别是屈服强度690MPa级别的抗震建筑结构用钢，按照GB50011-2010规范要求，低屈强比要求其抗拉强度达到900MPa左右，强塑积达到18GPa%左右，通过特殊的、苛刻热处理的薄板钢如TRIP钢、Q&P钢可以达到，而达到这一性能的中厚板尚未见报道。

借鉴薄板钢控制一定量的残余、亚稳奥氏体进行增塑的思路和亚稳奥氏体增韧的原理（参见文献：J.W.Morris,Jr.,Z.Guo,C.R.Krenn and Y.-H.Kim.The Limits of Strength and Toughness in Steel.ISIJ International,Vol.41(2001),No.6,pp.599-611.），本发明钢采用复合微合金化设计，结合控轧控冷和γ+α两相区二次等温热处理工艺，获得了多相、多尺度、亚稳组织，达到了屈服强度690MPa级的建筑抗震设计规范的力学性能要求，可以在抗震建筑结构中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度690MPa级低屈强比抗震钢及制造方法，在化学成分上，采用低碳和奥氏体化稳定元素Mn、Ni和Cu的复合合金化设计，微Ti处理、Nb+V复合微合金化，控制轧制细化晶粒，低Mo+B微合金化处理提高淬透性，然后在γ+α两相区范围内不同温度下进行二次等温处理，促使微合金第二相沉淀强化细晶回火马氏体组织，同时促进奥氏体稳定元素C、Mn、Ni、Cu等元素从α基体扩散至γ相中的“配分”过程，最终获得一定数量在基体中弥散分布的亚稳奥氏体相，从而获得高屈服强度、低屈强比和高延伸率的综合力学性能。

本发明提供的屈服强度690MPa级低屈强比抗震建筑结构用钢的化学成分和含量为：C：0.05～0.13wt.%、Si：0.00～0.50wt.%、Mn：1.50～2.50wt.%、P：<0.012wt.%、S：<0.006wt.%、Mo：0.15～0.50wt.%、Nb：0.02～0.12wt.%、V：0.00～0.15wt%、Ti：0.01～0.025wt.%、B：0.0010～0.0030wt.%、Al：0.01～0.06wt.%，余为Fe和不可避免的杂质。钢中合金元素的总添加量应不大于5%，均为重量百分数。在上述成分基础上再加入以下一种或多种合金元素：Cu：0.00～0.80wt%、Cr：0.00～0.50wt%、Ni：0.00～1.00wt%，并且，钢中合金元素的总添加量应不大于5%。

本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：碳是关系强度的最重要的元素之一，它具有强烈的固溶强化作用，也是微合金纳米第二相的必要元素，显著提高淬透性，起相变强化作用；另外它还是奥氏体稳定化元素之一，γ+α两相区等温时它将富集于奥氏体中，提高奥氏体稳定性，有利于亚稳奥氏体的最终获得。本发明钢的碳含量范围为0.05～0.13wt.%，碳含量低于0.05wt.%，淬透性不好且所获得的亚稳奥氏体数量过少，无法起到相变增塑和增韧作用；碳含量高于0.13wt.%，渗碳体过多，对冲击韧性和焊接性能不利。