一种耐火钢及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种耐火钢及其制备方法，涉及耐火钢技术领域。主要采用的技术方案为：一种耐火钢，以重量百分含量计，包括以下成分：碳为0.05‑0.2％，硅为0‑1.0％，锰为0‑2.0％，铝为0.01％‑0.04％，硫为0‑0.005％，磷为0‑0.015％，稀土为50ppm‑500ppm，余量为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术主要用于提供一种基于稀土元素微合金化原理而进行改良优化的耐火钢及其制备方法，使耐火钢在满足高温服役性能的同时，避免添加或减少Nb、Mo和V含量，降低其生产成本。

A refractory steel and its preparation method

The invention relates to a refractory steel and a preparation method thereof, and relates to the technical field of refractory steel. The main technical schemes adopted are: a refractory steel, measured by weight percentage, including the following components: carbon 0.05 0.2%, silicon 0 1.0%, manganese 0 2.0%, aluminium 0.01 0.04%, sulphur 0 0.005%, phosphorus 0 0.015%, rare earth 50 ppm 500 ppm, the remaining amount is iron and inevitable impurities. The invention is mainly used to provide an improved and optimized refractory steel based on the principle of rare earth microalloying and its preparation method, so that the refractory steel can meet the service performance at high temperature, avoid adding or reducing the content of Nb, Mo and V, and reduce its production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种耐火钢及其制备方法
本专利技术涉及一种耐火钢
，特别是涉及一种耐火钢及其制备方法。
技术介绍
随着现代化建筑工业的迅猛发展，在建筑材料表面涂覆耐火涂层来提高耐火性的方法已经逐渐被人们所摈弃，主要原因是：具有表面涂覆层的建筑成本会提高、以及表面耐火涂敷层会对人们的身体健康造成影响，并会加大对环境的污染。因此，人们逐渐开始尝试从建筑材料自身的角度出发来提升建筑物的耐火性能，其中重要的一个方向就是加强对耐火钢的开发。所谓耐火钢，是指一般规定在600℃、时间1～3h内的屈服强度大于室温屈服强度的2/3，用于钢结构建筑或高层大型建筑的在一定条件下具有防火抗坍塌功能的工程结构钢。耐火钢在服役过程中，其主要是通过以下两方面因素的作用来实现其高温力学性能的提高：第一，对钢材进行适当的微合金化(有些微合金元素具有提高钢的高温力学性能的作用，且作用效果显著)；第二、降低钢中碳元素含量或者在服役条件下对碳元素在钢中的移动能力进行有效的抑制(这也是为了改善耐火钢这种焊接结构用钢的焊接性能需要考虑的问题)。现有技术中，用来提高合金高温性能的合金元素主要有Nb、Mo、Cr、V、Ti等；如：单独添加Nb元素可增加钢的室温及高温强度；Nb元素和Mo元素的复合添加是提高钢高温性能的有效途径；Ti元素和V元素在耐火钢中的作用与Nb元素的作用相似，在增加钢的高温强度同时，还对钢材焊接后的塑韧性有着积极的作用。目前生产的耐火钢主要有Mo-Nb、Mo-Nb-Ti、Mo-V、Mo-Cr-Nb-V合金系钢等。其中，碳含量低、高纯度、微合金化和超细晶化是现代物理冶金技术发展的趋势。耐火钢作为一种焊接结构用钢为了改善钢材的焊接性，希望其碳含量较低。鉴于上述提高耐火钢高温性能的原理，目前对于耐火钢的成分设计方面的研究进展迅速。但是，本
的技术人员逐渐发现：虽然通过在钢材中加入Nb、Mo、Cr、V、Ti等元素是提高钢高温强度非常有效的方法，然而由于多种合金元素的加入，不同合金元素性质的差异及其之间相互作用，以及合金元素与钢材自身的相互作用机制尚不完全清晰，甚至会引入一些导致材料性能恶化的夹杂物等；同时，更为重要的是多种合金元素在钢材冶炼的过程中的添加工艺较为复杂，大大增加了工业生产成本，降低效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种耐火钢及其制备方法，主要目的在于提供一种基于稀土元素微合金化原理而进行改良优化的耐火钢，使耐火钢在满足高温服役性能的同时，还能优化其工业制备流程、并降低其生产成本。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供一种耐火钢，其中，以重量百分含量计，包括以下成分：碳：0.05-0.2％，硅：0-1.0％，锰：0-2.0％，铝：0.01％-0.04％，硫：0-0.005％，磷：0-0.015％，稀土：50ppm-500ppm，余量为铁和不可避免的杂质。优选的，所述稀土包括镧、铈中的一种或两种。另一方面，本专利技术的实施例提供一种耐火钢的制备方法，其中，包括以下步骤：对铁水进行预处理，以将所述铁水中的有害成分降低至设定范围；对预处理后的铁水进行冶炼处理，得到钢水；其中，在冶炼处理过程中，向铁水中加入碳、硅铁或硅、锰铁或金属锰、铝或铝合金、稀土材料，使冶炼处理后得到的钢水的成分为：以重量百分含量计，碳为0.05-0.2％，硅为0-1.0％，锰为0-2.0％，铝为0.01％-0.04％，硫为0-0.005％，磷为0-0.015％，稀土为50ppm-500ppm，余量为铁和不可避免的杂质；对钢水进行连铸连轧或铸轧成型处理，得到耐火钢。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，所述稀土材料选用稀土La、稀土Ce、稀土La-Ce合金中的任一种。优选的，对预处理后的铁水进行冶炼处理的步骤，包括：对预处理后的铁水依次进行转炉吹炼处理、炉外精炼处理。优选的，先向铁水中加入碳、硅铁或硅、锰铁或金属锰、铝或铝合金，使钢水中全氧含量低于30ppm，硫含量低于0.008％后，再加入稀土材料。优选的，所述稀土材料中的全氧含量低于100ppm。优选的，通过压入方式使稀土材料透过冶炼渣层直接进入钢水中。优选的，对钢水进行稀土合金化处理的步骤在炉外精炼的中后期进行。再一方面，本专利技术的实施例提供一种耐火钢；其中，所述耐火钢由上述任一项所述的耐火钢的制备方法制备而成。与现有技术相比，本专利技术的耐火钢及其制备方法至少具有下列有益效果：1.本专利技术实施例提供的耐火钢及其制备方法，是基于稀土元素微合金化原理，对传统Q235FR、Q345FR、Q390FR、Q420FR、Q460FR系列铁素体珠光体型耐火钢进行成分调整和制备工艺优化，以满足耐火钢的服役要求的同时，还能优化其工业制备流程、并降低其生产成本。2.本专利技术实施例通过在钢液冶炼过程中加入设定含量的稀土RE元素，能够进一步显著降低钢液中氧，硫等有害元素含量，进而能对冶炼阶段的钢液进行有效纯净化。3.本专利技术实施例提供的耐火钢中的稀土RE元素，能部分或者完全替代传统提高材料高温性能的合金元素Nb、Mo、Cr等，这样不仅大大降低工业生产成本、省去Nb、Mo、Cr的添加工艺，使得制备工艺大大简化。4.本专利技术实施例在钢液冶炼过程中，通过RE元素的合理添加，大幅减少MnS等尺寸较大且形状不规则夹杂物的形成，使传统钢材中弱化材料力学性能的区域大幅度减少，从而强化了材料在载荷下易萌生裂纹源的区域，对材料力学性能有着积极影响。同时，最为关键的是，通过限定稀土材料加入前钢液中氧和硫含量，以及稀土材料中氧含量，可以使加入的RE元素多数以固溶的形式存在于材料内部，使材料在高温加载荷条件下服役时发生由于固溶RE元素对晶界及相界的钉扎效应，以及降低钢中碳扩散速率的作用，进而影响材料在高温拉伸过程中的变形行为，以达到提高传统耐火钢高温性能的目的。另外，本专利技术实施例提供的耐火钢主要用于制造建筑支撑结构，从而大大提高了建筑支撑结构的耐火性的同时，还能降低了建筑支撑结构的成本。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。一方面，本专利技术实施例提供一种耐火钢，其中，以重量百分含量计，包括以下成分：碳(C)：0.05-0.2％，硅(Si)：0-1.0％，锰(Mn)：0-2.0％，铝(Al)：0.01％-0.04％，硫(S)：0-0.005％，磷(P)：0-0.015％，稀土(RE)：50ppm-500ppm，余量为铁(Fe)和不可避免的杂质(也称为杂质元素)。在此，本专利技术实施例提供的耐火钢通过包括上述百分含量的稀土元素，不仅能够大幅度降低耐火钢中氧、硫等有害元素含量；还能实现部分或者完全替代传统提高材料高温性能的合金元素Nb、Mo、Cr等，从而能优化耐火钢的生产工艺、并降低了耐火钢的生产成本；上述百分含量的稀土元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐火钢，其特征在于，以重量百分含量计，包括以下成分：碳：0.05‑0.2％，硅：0‑1.0％，锰：0‑2.0％，铝：0.01％‑0.04％，硫：0‑0.005％，磷：0‑0.015％，稀土：50ppm‑500ppm，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐火钢，其特征在于，以重量百分含量计，包括以下成分：碳：0.05-0.2％，硅：0-1.0％，锰：0-2.0％，铝：0.01％-0.04％，硫：0-0.005％，磷：0-0.015％，稀土：50ppm-500ppm，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐火钢，其特征在于，所述稀土包括镧、铈中的一种或两种。3.一种耐火钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对铁水进行预处理，以将所述铁水中的有害成分降低至设定范围；对预处理后的铁水进行冶炼处理，得到钢水；其中，在冶炼处理过程中，向铁水中加入碳、硅铁或硅、锰铁或金属锰、铝或铝合金、稀土材料，使冶炼处理后得到的钢水的成分为：以重量百分含量计，碳为0.05-0.2％，硅为0-1.0％，锰为0-2.0％，铝为0.01％-0.04％，硫为0-0.005％，磷为0-0.015％，稀土为50ppm-500ppm，余量为铁和不可避免的杂质；对钢水进行连铸连轧或铸轧成型处理，得到耐火钢。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培，郭飞，蒋中华，李殿中，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21