CN101838769B - 抗拉强度≥600MPa的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗拉强度≥600MPa的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。其组分及重量百分为：C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％；其步骤：冶炼；转炉精炼；在转炉精炼结束前5～10分钟时加入Si-Ca线；连铸：控制浇铸温度并搅拌，控制连铸坯端面尺寸；将连铸坯加热；轧制：控制压缩比在18～40，控制钢的致密度不低于98％。本发明抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，完全满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强。

Description

抗拉强度≥600MPa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，具体属于抗拉强度≥600MPa的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。 

背景技术

钢板桩作为一种新型环保建筑钢材，在国外广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、船坞、断流、建桥围堰等工程中。近年来，欧洲各国和韩国、美国等国家都积极开发和推广应用，使钢板桩生产得到快速发展，消费量逐年增加。目前，全球钢板桩的年消费量已达到250万-300万吨，其中日本约80万吨、欧美约140万吨。然而，这一新型环保建筑钢材在我国目前生产还是空白，与国外存在很大差距。有关专家认为，推广使用钢板桩有利于适应中国水工及基础施工建筑领域发展的新需求。 

钢板桩的基本结构：一是钢制板桩，二是两边系接头结构，三是在地里或水中构成墙壁。由于它的特殊结构，因而具有独特的优点：高强度、轻型、隔水性能好；耐久性强，使用寿命达到20-50年；可重复使用，一般可使用3-5次；环保效果显著，在施工中可大大减少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；具有较强的救灾抢险的功能，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快；施工简单，工期缩短，建设费用较省。此外，钢板桩能处理并解决挖掘过程中出现的一系列问题；使用钢板桩能提供必要的安全性，而且(救灾抢险的)时效性较强；能降低对空间的要求；不受天气条件的制约；在使用钢板桩的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序；保证其适应性，互换性良好。在做深基坑支护及深海打桩时，其要承受巨大剪切力，因此要求钢板桩具有高的强度及高的韧性。所以，为了满足深基坑支护及深海打桩时需求，开发高强高韧热轧U型钢板桩成为必须。 

在公开的标准BS EN 1993-5：2007、美标A 572/A 572M-07、JIS A 5528：2006和中国国家 标准GB/T 20933-2007最大抗拉强度只有430MPa，在做深基坑支护及深海打桩时难以满足要求。在本发明前，仅有日本申请的专利(JP20020123465：发明人YOKOYAMAHIROYASU，etc)“一种具有良好性能的钢板桩”。该专利公开其抗拉强度高于510MPa，总延伸量高于17％，其不足之处在于，生产时采用了大量的贵重合金Mo、Ti、Al、Nb、V等元素，无疑增加了生产成本，削弱了产品市场竞争力，不宜于推广。 

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，提供一种具有高的强度及高的韧性，满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强，使用寿命长，并能重复使用的抗拉强度≥600MPa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： 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

其在于：Nb的重量百分比为0.02～0.03％。 

其在于：Ti的重量百分比为0.01～0.025％。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1660～1680℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在20～50分钟；在转炉精炼结束前5～10分钟时，按照20～30公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1595℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸在：280～380毫米×320～420毫米； 

4)将连铸坯加热到1150～1300℃； 

5)进行轧制：控制压缩比在18～40，控制钢的致密度不低于98％。 

本发明中各合金元素的作用及机理： 

C：C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的硬度和强度，即随着C含量的增加钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降。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0.20～0.50％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。故Mn含量控制在1.0～2.0％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，故Si含量不宜过高，其控制在0.10～0.60％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％。 

TAl：TAl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，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TAl含量控制0.010～0.060％范围内。 

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，其控制含量在0.015％～0.35％。 

Ti：钛可产生强烈的沉淀强化及中等程度的晶粒细化作用。钛的化学活性很强，易与钢中的C、N、O、S形成化合物，为了降低钢中固溶N含量，通常采用微钛处理固定钢中的N。TiN可有效组织奥氏体晶粒在加热过程中的长大，起直接强化作用。在含铌钢中加入微量的钛，可改善铌的热塑性，使铸坯产生裂纹的敏感性减小。本发明采用微钛处理，钛控制在0.005～0.030％范围内。 

本发明抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，完全满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强，使用寿命长，即可达20～50年，并能重复使用，其生产工艺简单，利于推广。 

具体实施方式

实施例1 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.31％、Mn1.0％、Si 0.10％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01％，Nb 0.015％，Ti 0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1660～1665℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在20分钟；在转炉精炼结束前5分钟时，按照20公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1585℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：280毫米×320毫米； 

4)将连铸坯加热到1150～1165℃； 

5)进行轧制：控制压缩比为18，控制钢的致密度为98％。 

实施例2 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.36％、Mn 1.2％、Si 0.19％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.018％，Nb 0.02％，Ti 0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1665～1670℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在30分钟；在转炉精炼结束前6分钟时，按照22公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1585～1590℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：300毫米×350毫米； 

4)将连铸坯加热到1180～1195℃； 

5)进行轧制：控制压缩比为25，控制钢的致密度为98.5％。 

实施例3 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.41％、Mn1.5％、Si 0.3％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.031％，Nb 0.025％，Ti 0.018％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1670～1680℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在40分钟；在转炉精炼结束前7分钟时，按照25公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1590～1595℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：340毫米×X365毫米； 

4)将连铸坯加热到1205～1225℃； 

5)进行轧制：控制压缩比为32，控制钢的致密度为99％。 

实施例4 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.46％、Mn1.75％、Si 0.45％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.049％，Nb 0.03％，Ti 0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1660～1670℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在45分钟；在转炉精炼结束前8.5分钟时，按照28公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1590℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：360毫米×390毫米； 

4)将连铸坯加热到1255～1270℃； 

5)进行轧制：控制压缩比为36，控制钢的致密度为99.3％。 

实施例5 

抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.5％、Mn 2.0％、Si 0.6％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.06％，Nb 0.035％，Ti 0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。 

一种生产抗拉强度≥600MPa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1665～1675℃； 

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在50分钟；在转炉精炼结束前10分钟时，按照30公斤/吨钢加入Si-Ca线； 

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1590℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：380毫米×420毫米； 

4)将连铸坯加热到1290～1300℃； 

5)进行轧制：控制压缩比为40，控制钢的致密度为100％。 

本发明钢的力学性能试验结果列入表1。 

上述实施例的产品钢经检测，其力学性能结果见下表1 

表1：产品的性能检验结果 

实施例	Rm	A(％)	Z(％)	钢致密度	压缩比
						1	660	26	18	99.5％	18
2	758	24	17	100％	28
						3	650	28	20	99.8％	25
4	770	23	16	98.8％	32
						5	785	20	15	98％	40

从表1中可以看出，本发明的产品完全能满足热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时强度及韧性需求。 

Claims (1)

1.一种生产抗拉强度≥600MPa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1660～1680℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在20～50分钟；在转炉精炼结束前5～10分钟时，按照20～30公斤/吨钢加入Si-Ca线；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1585～1595℃，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为：

280～380毫米×320～420毫米；

4)将其化学成分及重量百分比为：C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.018％，其余为Fe及不可避免的杂质的连铸坯加热到1165～1300℃；

5)进行轧制：控制压缩比在18～40，控制钢的致密度不低于98％。