CN101838768B - 耐低温冲击的热轧u型钢板桩用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢及生产方法。其组分及重量百分比：C 0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％，Nb 0.015～0.035％，B 0.0005～0.0012％，Ca 0.001～0.005％，[O]≤0.005％，N≤0.004％；步骤：冶炼；转炉精炼；真空脱氧处理，控制钢液中的全氧含量≤0.005％；连铸；将铸坯加热到1180～1280℃；在奥氏体再结晶区和未再结晶区分两段轧制。本发明Akv(-40℃)(纵向)达到80J以上，晶粒度级别达到8级以上，其屈服强度等力学性能优良。

Description

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢板桩用钢及其生产方法，具体属于耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

背景技术

钢板桩于20世纪初在欧洲开始生产，1903年，日本首次通过进口在三井本馆的挡土施工中采用。由于钢板桩具有较大的市场潜力和发展前景，1931年，日本于国内开始生产。钢板桩有冷弯薄壁轻型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。

热轧U型钢板桩一是作为永久性使用，另一种为重复使用，钢板桩具有很多的独特功能和优势，因而它的用途非常广泛，比如在永久性结构建筑上，可用于码头、卸货场、堤防护岸、护墙、档土墙、防波堤、导流堤、船坞、闸门等等；在临时性结构物上，可用于封山、临时扩岸、断流、建桥围堰、大型管道铺设临时沟渠开挖的挡土、挡水、挡沙墙等；在抗洪抢险上，可用于防洪、防塌方、防塌陷、防流沙等。钢板桩是用作护岸、岸壁和港口、河流的固定设施。对于重复使用钢板桩存在反复被锤打及撞击现象，因此为了保证在严寒地区或南、北极地区施工安全，就要求材料具有优良的低温冲击韧性。

欧洲最新热轧钢板桩标准BS EN 1993-5：2007和美标A572/A 572M-07中规定了钢板桩的型号、钢板桩的抗拉强度及屈服强度等指标，没有提及低温冲击功。中国国家标准GB/T20933-2007同样也只是给出了热轧钢板桩的化学成分、截面参数、抗拉强度及屈服强度等指标，也没有提及低温冲击功。日本标准JIS A 5523：2006只提到了0℃时冲击功大于42J，-40℃冲击功没有提及。因此，为了满足用户个性化需求，开发耐低温冲击热轧U型钢板桩迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于解决上述在此技术领域用钢存在的不足，提供一种热轧钢板桩钢在严寒地区用作护岸、岸壁和港口、河流的固定设施使施工安全，并经得起反复使用时经被锤打及撞击后综合性能仍然优良的耐低温冲击热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.15～0.20％、Mn0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％，Nb 0.015～0.035％，B 0.0005～0.0012％，Ca 0.001～0.005％，[O]≤0.005％，N≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于：B的重量百分比为0.0006～0.001％。

其在于：Ca的重量百分比为0.002～0.005％。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1620～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在15～35分钟；

3)用VD或RH进行真空脱氧处理，控制钢液中的全氧含量≤0.005％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1570～1585℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1180～1280℃；

6)分两段进行控制轧制：即在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行轧制；在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为8～12％，其累计压下率为30～60％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为10～25％，其累计压下率为40～70％，精轧开轧温度控制在850～950℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度不低于8级。

本发明中各合金元素的作用及机理：

C：C是传统的强化元素，是形成珠光体的主要物质，具有成本低，调控敏感性好的优点，随着C含量的增加钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降，尤其是钢的冲击韧性明显下降。所以C含量不宜太高，而碳是提高强度最有效的元素，C含量不宜过低。因此，将C含量控制在0.15～0.20％范围内。

Mn：Mn主要固溶于铁素体中以提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。但当锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，冶炼浇铸和轧后冷却不当时，容易使钢产生白点，因此Mn含量不易太高。多年的科研及生产实践表明，在微合金结构钢中锰含量多少和强度成正比关系，其冲击韧性下降率较少，还不影响其脆性转变温度，为了弥补碳含量过低造成的强度损失，其含量不宜过低，故Mn含量控制在0.8～1.5％范围内。

Si：Si在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，严重损害钢的低温韧性，故Si含量尽不宜过高，其控制在0.20～0.46％范围内。

S、P：S、P是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，因此S含量越低越好，S含量控制在≤0.020％；P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此一般要求P≤0.020％。

Nb：铌是本钢中重要的微合金化元素，其提高强度的机理是细晶强化和沉淀强化，细化晶粒，提高强度但不降低钢的低温冲击韧性，通过析出物的钉扎作用，抑制奥氏体在轧制过程中的晶粒长大。但铌降低钢的高温热塑性，从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向，因此含量不宜过高，其含量为0.015％～0.35％。

Als：Al是用作炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难熔AlN质点，这些细小弥散分布的难熔化合物起阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，铁素体晶粒细小有利于提高钢的低温冲击性能，故控制铁素体晶粒度应大于8级，Al的含量过低，细化铁素体晶粒作用不明显，Al的含量过高，会使钢液的流动性降低，形成的大量Al₂O₃会在水口处结瘤，从而堵塞水口。因此将Als含量控制0.015％～0.050％范围内。

B：钢中加入极少量的硼能够显著影响材料的性能，微量硼对材料的韧性存在有利作用，抑制磷、硫偏析和沿晶断裂，沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶断裂，显著提高低温韧性，这是由于硼抑制了磷、硫对晶界的弱化和硼自身能提高晶界结合力的结果。硼可改善夹杂物的形态和分布，加硼处理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫化物、氧化物表面，阻止夹杂物进一步长大，使夹杂物变得细小、圆整，均匀分布于晶界，强化了晶界，减小了局部应力集中，抑制了裂纹萌生，降低了裂纹扩展速率，使材料的韧性提高。当硼加入Nb钢中，增加了对奥氏体再结晶的阻力，这主要来自于应变诱导的硼偏聚。由于硼可以减少铌的晶界扩散系数，所以硼加入铌钢后增加了铌对晶界的拖拽作用。硼和铌的微合金复合对再结晶的阻碍也来源与Nb、B复合物的形成，这样的复合物存在于新晶界上，增加了铌原子的溶质拖拽作用力，减小了界面的迁移速度和再结晶驱动力，这将有利于进一步细化晶粒。加硼还有利于减少连铸坯的化学成分不均匀性、细化柱状晶体，最终形成最佳的组织，同时减轻时效硬化作用。为了尽量较少加入的硼对轧制工艺的影响，本发明将硼含量控制在0.0005～0.0012％。

Ca：可以净化钢液，提高钢的纯净度，使钢中的MnS球化，发挥材料的潜能，其含量过高时，易形成粗大的非金属夹杂物。故Ca含量控制在0.001～0.007％范围内。

本发明Akv(-40℃)(J)(纵向)达到80J及以上，晶粒度级别达到8级及以上，其屈服强度等力学性能优良，完全满足了热轧钢板桩在严寒地区用作护岸、岸壁和港口、河流的固定设施的施工安全性能的要求。

具体实施方式

实施例1

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.15％、Mn 0.8％、Si 0.26％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015％，Nb 0.015％，B 0.0005％，Ca 0.001％，[O]0.0048％，N0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1620～1630℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在15分钟；

3)用VD进行真空脱氧处理，钢液中的全氧含量0.0048％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1570～1575℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1180～1190℃；

6)在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行控制轧制：在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为8％，其累计压下率为30％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为10％，其累计压下率为40％，精轧开轧温度控制在850～860℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度为8级。

实施例2

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.165％、Mn 0.93％、Si 0.33％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.026％，Nb 0.018％，B 0.0006％，Ca 0.0025％，[O]0.0047％，N 0.00385％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1625～1635℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在20分钟；

3)用RH进行真空脱氧处理，钢液中的氧含量0.00475％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1580℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1195～1200℃；

6)在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行控制轧制：在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为11％，其累计压下率为40％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为15％，其累计压下率为50％，精轧开轧温度控制在870～880℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度为8.5级。

实施例3

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.18％、Mn 1.2％、Si 0.39％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.032％，Nb 0.025％，B 0.0009％，Ca 0.0033％，[O]0.0049％，N 0.0038％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1630～1635℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在25分钟；

3)用RH进行真空脱氧处理，钢液中的全氧含量0.00482％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1585℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1220～1230℃；

6)在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行控制轧制：在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为12.5％，其累计压下率为52％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为22％，其累计压下率为60％，精轧开轧温度控制在900～910℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度为11级。

实施例4

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.185％、Mn 1.4％、Si 0.42％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.041％，Nb 0.03％，B 0.001％，Ca 0.0043％，[O]0.0048％，N 0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1635～1645℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在30分钟；

3)用VD进行真空脱氧处理，钢液中的全氧含量0.00494％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1580℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1250～1260℃；

6)在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行控制轧制：在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为14％，其累计压下率为58％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为18％，其累计压下率为68％，精轧开轧温度控制在910～920℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度为10.5级。

实施例5

耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.2％、Mn 1.5％、Si 0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.05％，Nb 0.035％，B 0.0012％，Ca 0.005％，[O]0.0048％，N 0.0036％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1645～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在35分钟；

3)用VD进行真空脱氧处理，钢液中的全氧含量0.0049％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1583℃，电磁搅拌始终；

5)将连铸坯加热到1270～1280℃；

6)在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行控制轧制：在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为15％，其累计压下率为60％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为25％，其累计压下率为70％，精轧开轧温度控制在940～950℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度为9.5级。

本发明实施例钢的力学性能试验结果列入表1。

表1：产品的性能检验结果

实施例	Akv(-40℃)(J)(纵向)	Rm(MPa)	Rel(MPa)	A(％)	晶粒度(级)
						1	80	485	325	30	8
2	95	530	375	25	9.5
						3	105	580	405	28	11
4	102	575	395	29	10.5
						5	100	605	425	27	9.5

从表1中可以看出，本发明的产品完全满足在严寒地区用作护岸、岸壁和港口、河流的固定设施使施工安全性要求，并经得起反复使用时被锤打及撞击。

Claims (1)

1.生产一种耐低温冲击的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1620～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在15～35分钟；

3)用VD或RH进行真空脱氧处理，控制钢液中的全氧含量≤0.005％；

4)进行连铸：控制浇铸温度在1570～1585℃，电磁搅拌始终；

5)将其化学成分及重量百分比为：C 0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.026％、Nb 0.015～0.035％、B 0.0005～0.0012％、Ca 0.001～0.005％、[O]≤0.005％、N≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质的连铸坯加热到1180～1280℃；

6)分两段进行控制轧制：即在奥氏体再结晶区和未再结晶区进行轧制；在奥氏体再结晶区控制每道次压下率为8～12％，其累计压下率为30～60％；在奥氏体未再结晶区，控制每道次压下率为10～25％，其累计压下率为40～70％，精轧开轧温度控制在850～950℃，控制轧制后钢中的铁素体晶粒度不低于8级。