用作建材的冷轧钢带和热浸镀冷轧钢带及它们的制造方法 本发明涉及可作建材使用的冷轧钢带和热浸镀钢带，同时还与这两种钢带的制造方法有关。
耐火涂层已经应用于有防火构造必要的建筑物表面上，以便在失火时防止钢材温度升高。一种在高温下有高强度的所谓“耐火钢”如今被采用，建筑物即使在钢材被加热到接近600℃的高温时仍保持稳定。采用这种耐火钢能少用或者不用耐火涂层。高温强度通常以高温下的屈服强度表示。
迄今已被用作建筑物主构件的这种耐火钢材通常是热轧薄钢板中相对较厚的那种。虽然这种用途的钢材也部分采用冷轧钢带制成的有或没有热浸镀的薄钢板。
建筑物结构中除了主构件外，辅构件、屋顶和墙壁也需要钢材。这些构件常常采用冷轧薄钢板和热浸镀冷轧薄钢板。当这类钢材由于其高温强度的提高而改进耐火性能时，那末它们理所当然也能和主构件一样有相同的好处。在此意义上，也需要冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带有极好的耐火性能。
这样的冷轧薄钢板是将热轧钢带经冷轧，退火，热浸镀等工序加工而成。这种薄钢板有时以重载加工成实际用途所需的建筑构件。因此，薄钢板应当具有好的可成形性和适度的高温强度。
本发明旨在提出可用作耐火建筑构件的钢材。这种钢材可做成高温强度和可成形性极好的冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带。极好的高温性能的获得是靠对钢带合金成份的控制并给钢带产生塑性应变而进一步提高。
最新提出的用作耐火建筑构件的钢带的基本成份如下。0.01-0.25重量(wt.)％的碳，高达1.5重量％的硅，0.05-2.5重量％的锰，高达0.1重量％的磷，高达0.02重量％的硫，0.005-0.1重量％的铝，0.05-1.0重量％的钼，其余基本上是铁，还有一些不可避免的杂质。钢带中可以含0.005-0.2重量％的一种或几种钛、铌、钒和钨等元素，和/或一种或几种0.05-0.6重量％的铜，0.05-0.6重量％的镍、0.05-3.0重量％的铬和0.0003-0.003重量％的硼等元素。
用作耐火建筑构件的冷轧钢带，其制造过程如下：具有特定成份的扁坯在1000-1250℃下加热，在800-950℃时热轧，在400-700℃时卷曲，酸洗，以40-90％的压缩比冷轧，然后在高于再结晶温度低于950℃的温度范围内退火。可以应用箱式退火或者连续退火。
用作耐火建筑构件的热浸镀冷轧钢带的制作过程如下：以同样方法获得的冷轧钢带在连续热浸镀装置中以高于再结晶温度低于950℃的温度连续加热，然后浸入热浸镀池内。
任何一种冷轧钢带或热浸镀薄钢板都可以分别在退火或热浸镀之后以在钢带中产生1-5％的塑性应变的轻微负载进一步冷轧。从工业观点来看，以小负载冷轧，是最切合实际的，虽然用拉伸载荷或矫直也能使钢带中产生塑性应变。进一步冷轧有助于提高已有钢带的高温性能。
图1中的曲线显示经过退火后冷轧压缩比与室温及600℃下性能的关系。
本发明人已经研究并测试了合金元素对耐火钢构件所需高温强度的影响，同时又不使可成形性变坏。
设计用作耐火建筑构件的热轧钢带，其高温性能可通过加入诸如钼、钨、钛或铌这样的合金元素得到提高，这些合金元素溶于钢基体中并作为金属间化合物析出。另一方面，冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带在冷轧后以高于再结晶点的温度退火以提高可成形性，因为冷轧过的钢带可成形性差。
冷轧过后的退火能有效地提高高温强度归结于钼的加入，钼起的作用和在用于耐火建筑构件的普通热轧钢带中一样，但是该用途所需的高温强度常常达不到。
本发明人认为，高温强度不够是由于冷轧后退火时意外的析出等原因引起的。就是说，冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带的金相情况与热轧钢带不同，因为它是经过了冷轧和退火处理的。在这一意义上，简单地将推荐给热轧钢带的合金设计用到冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带上，只是冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带与热轧钢带在厚度上不同，看来是不大可行的。
考虑到冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带的金相滞后现象，本发明人已经发现，钼的加入是迄今所推荐的合金设计中最有效的办法，并利用钼在特定成份中的溶解和析出获得有利的合金设计以提高高温性能。耐火性能和高温性能还可以通过一起加入钛、铌、钒、钨等碳化物形成元素而进一步提高。用作建筑构件所需钢带的可成形性由退火或热浸镀阶段的控制来保证。
使冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带产生1-5％的塑性应变还可进一步提高高温强度。这种小的塑性应变的产生使钢带在接近600℃的高温下屈服强度提高，因而提供可用作耐火建筑构件的钢材，因为它的耐火性能极好，这样的塑性应变是在冷态而不是在热态加给钢带的。实际上这种塑性应变是以小压缩比用冷轧方法加给钢带的。
从以下说明可以明了所推荐的合成设计
C：0.01-0.25重量％
碳是给钢带来要求强度的合金元素。碳对强度的影响在含碳量达到0.01重量％以上变得更大了，但是含碳量超过0.25重量％使可成形性和可焊性变坏。
Si：最多可达1.5重量％
硅是一种对强度的提高有影响的合金元素，但是，含量超过1.5重量％的硅的过量加入会使钢变硬，延性变差。在作热浸镀的母板上硅含量超过0.3重量％便会使无镀层表面部分保留下来。在这一点上，含硅量应当控制得低些。无镀层表面部分保留下来这类缺点可以通过在钢带上电镀铁或铁基合金得到抑制，即便钢带含硅量超过0.3重量％。在这一意义上，含硅量超过1.5重量％的钢带也可用同样方法处理。
Mn：0.05-2.5重量％
锰是作为脱氧剂在炼钢阶段加入到钢中的，它还有效地抑制由于作为杂质的硫的加入而引起的高温脆性。锰的影响在它的加入量达到0.05重量％以上时变得明显起来，但含量超过2.5重量％的锰的过量加入会使延性变差。
P：高达0.1重量％
磷和铜相配合有利于提高强度和改进耐腐蚀性，但含量超过0.1重量％的磷的过量加入会使钢变脆。
S：不大于0.02重量％
硫是作为留下的不可避免的杂质的有害元素。含硫量越少，越有利于钢的效果，推荐的钢的许可量为含硫量不超过0.02重量％。
Al：0.005-0.1重量％
铝作为脱氧剂加入到钢内，它有利于N以AlN的形式稳定存在于钢中。这种效应的实现需要铝的加入量达到0.005重量％以上，但含量超过0.1重量％的铝的过量加入会使可成形性及外观变差。
Mo：0.05-1.0重量％
添加剂钼溶解在钢基体中并以碳化物形式析出，从而提高其高温强度。钼的加入量达到或超过0.05重量％时它的这种效应变得明显起来，但在1.0重量％时饱和。超过1.0重量％反而使钢硬化，延性变差。
Ti、Nb、V、W：各为0.005-0.2重量％
这些元素是附加的添加剂，它们以其碳化物形式析出而对室温抗拉性能及高温强度有利。这种效应在钛、铌、钒或钨的加入量超过0.005重量％才实现。但当含量达到0.2重量％时这种效应便饱和了，超过0.2重量％的钛、铌、钒或钨会使钢变硬、延性差。
Cu：0.05-0.6重量％
铜是附加的合金添加剂，它与磷一起有利于提高钢的耐腐蚀性。当铜的加入量为0.05重量％时这种效应明显起来。但过多的加入铜，超过0.6重量％时反而促使热轧时发生高温开裂。
Ni：0.05-0.6重量％
镍是附加的添加剂，对耐腐蚀性有利并抑制高温脆性。镍的加入量达到或超过0.05重量％时这种效应明显起来。但是，镍是一种昂贵的元素，会提高炼钢成本，并且不管镍含量增加多少，甚至加到0.6重量％以上，很难预测对性能改善多少。
Cr：0.05-3.0重量％
铬是附加的添加剂，对耐腐蚀和高温强度的提高有利，这归功于碳化物的析出。当铬的加入量超过0.05重量％时这种对性能的影响便明显起来，但是，铬的过量加入，超过3.0重量％以上反而使钢变硬，延性变差，而不会进一步改善耐腐蚀性和高温强度。
B：0.0003-0.003重量％
硼是一种附加的添加剂，有利于增强晶界。硼的含量达到0.0003重量％以上时其影响明显起来，但达到0.003重量％便饱和了。
特定成份的钢材用常规的连铸工艺铸成扁坯，然后热轧到预定厚度。
在热轧阶段，扁坯经保温，热轧，然后卷曲。
当扁坯加热到1000℃或以上时，保温促使合金元素溶解在钢基体中并使扁坯处于能够进行热轧的状态，但均热温度过高，超过1250℃会引起扁坯的热脆性。
热轧最好在800-950℃时终止，以确保合金元素在钢基体中的过饱和溶解，而不会留下加工引起的铁素体晶粒，如果终轧温度低于800℃，则合金元素会在钢基体中部分析出，使高温强度变差。但终轧温度高于950℃又会浪费热能，加大加热炉负担。
热轧好的钢带在400-700℃时卷曲，控制卷曲温度有利于卷曲过程保持合金元素在溶解状态而不会生长金属间化合物等。由于这种溶解，退火或连续加热后接着冷轧所得的钢带，其高温性能得到改进。
此后，热轧过的钢带在冷轧之前作酸洗。
钢带于是在常规状态下进行冷轧。冷轧最好以40-90％的压缩比进行，以便在随后的退火或连续热浸镀阶段加速再结晶。压缩比的控制也有利于抑制那些会对可成形性产生不利影响的粗晶粒的形成。
在无热浸镀冷轧钢带制造时，冷轧完的钢带直接送去退火。在退火阶段，钢带加热到其再结晶温度以上，以便释放由冷轧引起的应变并加速再结晶的充分进行；不然热处理后的钢很硬，可成形性不够。另一方面，温度高于950℃时，虽然钢带能够软化，但是过热造成了粗晶粒的生长，粗晶粒的生成会降低可成形性并使热处理过的钢带外观差。
热浸镀钢带的制造时，经冷轧的钢带在连续热浸镀装置中以高于其再结晶温度且低于950℃的温度内连续加热。连续加热在还原性气氛中完成，以活化钢带表层并使钢带退火。
连续加热的温度调制再结晶温度以上，不然，冷轧造成的应变的解除和再结晶对钢带的软化来说都是不够的。低于加热温度还使钢带活化得不够，在热浸镀后留下无涂覆表面。相反，温度高于950℃时，过热使晶粒变粗，或者出现表面缺陷之类。
然后，连续加热后的钢带浸没在连续热浸镀装置的热浸镀池中。热浸镀池可以是Zn，Al或Zn-Al。镀上Zn，Al或Zn-Al镀层的钢带就是用这种方法得到的。
按上述方法做成的冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带还可以再作冷轧，使钢带产生1-5％的塑性应变。增加塑性应变有利于提高钢带的高温强度。
塑性应变对高温强度的影响最近被本发明人发现。高温强度随塑性应变程度而增加，在上述的加小负载的冷轧阶段中可用在压缩比代表塑性应变。
图1示出冷轧压缩比对室温及600℃的机械性能的影响，其中钢的成份是：0.09重量％的碳，0.05重量％的硅，0.55重量％的锰，0.012重量％的磷，0.006重量％的硫，0.035重量％的铝，0.31重量％的钼，0.07重量％的钒，其余是铁和一些不可避免的杂质。钢经热轧、冷轧、在800℃下退火1分种，然后再次冷轧。
从图1注意到，600℃屈服强度随冷轧压缩比的提高而增强。这种机械性能的提高在压缩比大于1％时便明显看出。虽然压缩比超过5％时可有高的600℃屈服强度，但室温时的延伸率反而下降了。延伸率的降低意味着冷轧钢带或热浸镀钢带的可成形性变坏了。从这些结果可知，退火后冷轧的压缩比最好控制在1-5％范围内。
实施例1
表1所示的成份确定的各钢种经熔炼并铸成扁坯。扁坯经锻造和热轧成为4.0毫米厚的钢带。热轧后的钢带经冷轧成1.0毫米厚再在表2所示的各种不同条件下退火。
从按此方法制作的每种钢带上切下试样，并在室温和600℃下进行拉伸试验。加上退火温度的试验结果示于表2。
从表2注意到，特定成份的钢带经650-950℃退火后与相当的试样作比较，室温下具有足够的延性和较高的600℃时屈服强度。因此看到，本发明范围内的钢带可用作高温性能极好的耐火建筑构件。
表1：实施例1中所用的钢种的合金成份
钢的 标号 组份与含量 (单位：重量％) 备 注
C Si Mn P S Al Cu Ni Cr Mo Ti Nb V W B
I 0.13 0.02 0.55 0.011 0.016 0.022 0.01 0.01 0.01 - - - - - -比较实施例
II 0.11 0.01 0.68 0.006 0.011 0.042 0.02 0.01 0.02 - 0.155 - - - -
III 0.12 0.35 0.75 0.009 0.002 0.034 0.01 0.02 0.02 - - 0.022 - - -
IV 0.15 0.02 0.45 0.008 0.005 0.040 0.02 0.01 0.01 0.32 - - - - -本发明
V 0.12 0.02 0.48 0.008 0.007 0.030 0.01 0.01 0.03 0.31 0.050 - - - -
VI 0.10 0.01 0.54 0.010 0.004 0.047 0.50 0.43 0.02 0.35 - 0.030 - - -
VII 0.12 0.02 1.23 0.012 0.007 0.029 0.02 0.01 0.02 0.52 - - 0.080 - -
VIII 0.13 0.44 0.45 0.009 0.006 0.036 0.01 0.02 0.01 0.19 - - 0.090 - -
IX 0.09 0.03 1.45 0.010 0.006 0.037 0.02 0.01 0.02 0.42 - - - 0.080 -
X 0.08 0.06 0.77 0.012 0.009 0.031 0.01 0.01 0.02 0.32 - - 0.095 0.015 -
XI 0.20 0.05 2.15 0.011 0.004 0.055 0.01 0.01 0.55 0.30 - - - - 0.002
表2：退火温度时冷轧钢带抗拉性能的影响
实施例 号 钢的 标号 退火温度 (℃) 室温抗拉性能 600℃时 屈服强度 (MPa) 备注
抗拉强度 (MPa) 屈服强度 (MPa) 延伸率 (％)
1 I 820 493 360 35 98比较实施例
2 II 820 480 379 30 107比较实施例
3 III 820 462 364 32 115比较实施例
4 IV 600 576 555 11 220比较实施例
5 IV 850 449 341 35 164本发明
6 V 820 503 414 30 176本发明
7 VI 850 481 385 31 170本发明
8 VII 600 586 553 9 259比较实施例
9 VII 850 462 371 35 167本发明
10 VIII 800 494 391 32 178本发明
11 IX 780 481 375 34 172本发明
12 X 850 501 411 32 184本发明
13 XI 850 610 488 26 181本发明
实施例2
表3所示的成份确定的扁坯都由连铸工艺制备的。该扁坯在1150-1200℃下保温并热轧成2.3-3.0毫米的厚度，终轧温度为850-870℃，再在550-580℃下卷曲。然后该热轧钢带冷轧成0.8-1.2毫米的厚度。
将一组冷轧过的钢带送到连续退火作业线上，其余钢带送到热浸镀作业线上。在连续退火作业线中的每卷钢带在820℃下加热40秒，然后冷却到室温，作或不作过时效处理。在连续热浸镀作业线中各钢带在800℃下连续退火35秒，冷却到接近涂槽温度的500℃，然后浸没在熔融的Zn或Zn-5％Al池内。
在每卷冷轧钢带或热浸镀钢带上切下的试样进行室温和600℃拉伸试验，试验结果如表4所示。
从表4可见，每卷特定成份并在特定温度下退过火的冷轧钢带或热浸镀钢带均可用作耐火建筑构件，因为与相当的钢带比较，室温下延性极好，600℃下的高温强度也高。
表3：实施例2所用的钢种的合金成份
钢的 标号 组份及含量 (单位：重重％) 备注
C Si Mn P S Al Cu Ni Cr Mo Ti Nb V W
XII 0.13 0.01 0.45 0.011 0.005 0.022 0.01 0.01 0.03 - - - - -比较实施例
XIII 0.10 0.01 0.55 0.010 0.008 0.028 0.01 0.01 0.40 0.38 - - - -本发明
XIV 0.08 0.50 0.87 0.012 0.005 0.035 0.49 0.45 0.02 0.41 - - 0.075 0.015本发明
表4：退火温度对冷轧钢带及热浸镀冷轧钢带抗拉性能的影响
实施例 号 钢的 标号 工艺* 加热 温度 (℃) 试样厚度 (mm) 室温抗拉性能 600℃时 屈服强度 (MPa) 备 注
抗拉强度 (MPa) 屈服强度 (MPa) 延伸率 (％)
14 XII 1 820 1.0 445 344 33 101比较实施例
15 XII 2 800 1.0 448 362 31 95
16 XIII 1 820 0.8 439 374 32 164本发明
17 XIII 2 800 0.8 449 385 29 163
18 XIII 3 800 0.8 452 381 28 171
19 XIV 1 820 1.0 493 392 30 176
20 XIV 2 800 1.0 488 389 28 181
注：工艺1指未热浸镀的冷轧钢带退火处理。
工艺2指用Zn层对冷轧钢带作热浸镀。
工艺3指用Zn-5％Al层热浸镀前的连续加热温度。
加热温度是在热浸镀前的退火温度或连续加热温度。
实施例3
表5所示的成份确定的各钢种经熔炼，铸造，锻造，然后热轧到4.0毫米厚度的钢带。热轧过的钢带再冷轧到1.0毫米厚，此冷轧钢带在800℃下加热1分种，然后在大气中冷却作退火处理。将一组退过火的钢带以小负载作进一步冷轧使之产生塑性应变。
从每卷钢带上切下试样用作室温及600℃的拉伸试验。试验结果示于表6。从表6注意到，成份特定的钢带在加上1-5％的塑性应变后可作耐火构件，因为与相当的钢带比较，它在室温下有极好的延性和600℃时有高的屈服强度。
表5：实施例3所用的钢种的合金成份
钢的标号 组份及含量 (单位：重量％) 备注
C Si Mn P SAl Cu Ni Cr MoTiNbV W B
XV 0.13 0.04 0.55 0.011 0.0060.028 0.01 0.01 0.02 ---- - -比较实施例
XVI 0.15 0.02 0.45 0.013 0.0050.030 0.02 0.01 0.01 0.32--- - -本发明
XVII 0.05 0.34 0.68 0.008 0.0100.042 0.02 0.01 0.03 --0.045- - -比较实施例
XVIII 0.11 0.02 1.45 0.010 0.0080.031 0.01 0.01 0.02 0.42--- 0.08 -本发明
XIX 0.08 0.01 0.54 0.011 0.0040.033 0.02 0.01 0.03 0.35-0.030- - -本发明
XX 0.20 0.02 0.48 0.009 0.0060.030 0.01 0.01 0.02 0.310.050-- - -本发明
XXI 0.05 0.04 0.54 0.012 0.0070.035 0.05 0.44 0.01 0.30--- - -本发明
XXII 0.08 0.03 0.77 0.014 0.0060.038 0.01 0.01 0.02 0.32--0.095 0.01 -本发明
XXIII 0.13 0.03 1.44 0.010 0.0040.043 0.01 0.01 0.03 0.35--- - -本发明
XXIV 0.12 0.02 0.75 0.009 0.0030.033 0.02 0.02 0.02 -0.1550.022- - -比较实施例
XXV 0.05 0.04 2.15 0.013 0.0070.053 0.01 0.01 0.55 0.30--- - 0.002本发明
XXVI 0.08 0.03 1.23 0.014 0.0120.029 0.02 0.01 0.03 0.52--0.080 - -本发明
XXVII 0.10 0.55 0.45 0.011 0.0060.036 0.01 0.02 0.02 0.12--- 0.09 -本发明
表6：冷轧压缩比对室温及600℃抗拉性能的影响
实施例 号 钢的 标号 退火后的 冷轧压缩比 (％) 室温抗拉性能 600℃时 屈服强度 (MPa) 备注
抗拉强度 (MPa) 屈服强度 (MPa) 延伸率 (％)
21 XV 2.5 413 370 38 98比较实施例
22 XVI 2 542 474 29 257本发明
23 XVI 7 576 545 14 270比较实施例
24 XVII 0 449 381 32 114比较实施例
25 XVII 6 463 441 13 230比较实施例
26 XVIII 2.5 521 465 26 239本发明
27 XIX 2 456 401 28 189本发明
28 XX 1.5 622 531 23 267本发明
29 XXI 3 481 425 26 202本发明
30 XXI 7 499 476 13 219比较实施例
31 XXII 2.5 453 401 29 201本发明
32 XXIII 1.5 630 552 23 248本发明
33 XXV 2 596 508 24 241本发明
34 XXVI 2.5 563 507 28 236本发明
35 XXVII 2 511 464 29 198本发明
实施例4
表7所示的成份确定的扁坯都用连铸工艺制备。该扁坯在1180-1210℃下保温，热轧成2.3-3.0毫米厚的钢带，终轧温度为840-870℃，然后在530-580℃下卷曲。热轧好的钢带冷轧成0.6-1.0毫米厚。
一组用这种方法制作的冷轧钢带送到连续退火作业线上，而其它组的钢带送到热浸镀作业线上。在退火作业线中，钢带在800℃下加热40秒，然后冷却到室温，作或不作过时效处理。在热浸镀作业线中，每条钢带在800℃下连续加热35秒，冷却到接近镀池温度的500℃，然后浸没到镀池中。熔化的Zn或Zn-5％Al的熔池作镀池。
每条钢带在退火后或热浸镀后以小负载进行冷轧，从而产生塑性应变。
从每条冷轧钢带和热浸镀钢带上切下试样供室温及600℃的拉伸试验用，试验结果示于表8。从表8注意到，成份特定的钢带在给予1-5％的塑性应变后可用作耐火构件，因为与相当的钢带比较室温下延性好，600℃时屈服强度高。
表7：实施例4所用钢种的合金成份
钢的标号 组份及含量 (单位：重量％) 备注
C Si MnPSAl Cu Ni Cr MoTiNbVW
XXVIII 0.09 0.01 0.510.0140.0040.029 0.01 0.01 0.03 -0.0500.040--比较实施例
XXIX 0.07 0.41 0.520.0120.0080.031 0.55 0.46 0.40 0.35----本发明
XXX 0.08 0.03 0.770.0110.0060.038 0.02 0.02 0.02 0.35--0.0650.010
XXXI 0.11 0.25 1.080.0080.0100.039 0.02 0.01 0.01 0.45-0.025--
表8：冷轧压缩比对冷轧钢带及热浸镀钢带在室温和600℃时抗拉性能的影响
实施 例号 钢的 标号 工艺* 压缩比 (％) 试样厚度 (mm) 室温抗拉性能 600℃时 屈服强度 (MPa) 备 注
抗拉强度 (MPa) 屈服强度 (MPa) 延伸率 (％)
36 XXVIII 2 0 1.0 595 510 28 121比较实施例
37 XXVIII 2 3 1.0 601 562 25 140比较实施例
38 XXIX 1 3 0.8 462 420 29 200本发明
39 XXIX 1 6 0.8 478 454 14 227比较实施例
40 XXX 1 2.5 0.8 468 429 27 214本发明
41 XXX 1 8 0.8 487 465 13 222比较实施例
42 XXX 2 1.5 0.8 467 438 27 208本发明
43 XXX 2 3.5 0.8 477 450 26 212本发明
44 XXX 3 2 0.8 461 431 25 207本发明
45 XXXI 1 2 0.6 552 513 24 238本发明
注：工艺1指未热浸镀冷轧钢带作退火处理。
工艺2指以锌层热浸镀冷轧钢带。
工艺3指以Zn-5％Al层热浸镀冷轧钢带。
压缩比是退火后冷轧时的值。
根据本发明所说的冷轧钢带或热浸镀冷轧钢带具有极好的可成形性并且具备用作耐火建筑构件所需的高温性能。由于从炼钢到退火或热浸镀不需要对制作过程作任何变化，所以从工业观点来看，这种钢带制造方便，钢带在退火或热浸镀后再施加小负载进行冷轧以产生1-5％的塑性应变还可进一步提高其耐火性能。