CN102644020A

CN102644020A - 一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法

Info

Publication number: CN102644020A
Application number: CN2012101120035A
Authority: CN
Inventors: 孙维; 汪开忠; 程鼎; 张卫斌; 奚铁
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: CN102644020B

Abstract

本发明公开了一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计，成分为：C：0.08～0.14，Si：0.30～0.50，Mn：1.20～1.40，P≤0.025，S≤0.020，Nb：0.025～0.050，Als：0.003～0.030，其余为铁和残余的微量杂质；该H型钢轧制工艺为：铸坯加热炉加热→开坯机轧制→万能轧机轧制→轧后两段式快速冷却；本发明通过在H型钢热轧后采用两段式快速冷却方法，能在较短时间内将具有较高温度的H型钢冷却到适当的温度；该轧后冷却方法能得到具有细小晶粒和复相组织的H型钢组织状态，大幅减少了合金元素的添加量，在满足高强度性能要求的同时，可显著降低生产成本，改善钢的焊接性能，又提高了生产效率。

Description

一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法

技术领域

本发明涉及低合金钢领域，具体涉及一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法。

背景技术

热轧H型钢是一种经济断面型材，具有优良的力学性能和优越的使用性能，主要表现为：1)截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属10-15％，从而降低造价；2)造型美观，加工方便，它的翼缘内外侧平行，各种不同规格的H型钢可以很方便地组合成许多不同形状和尺寸的构件，联接方便，便于机械加工，能提高生产效率和减轻生产者的劳动强度；3)提高了结构强度，同普通工字钢相比，在截面积或重量大致相同时，其抗弯能力、抗压能力较高。可广泛应用于建筑业、电力、水利、能源、化工、交通运输、石油平台、轻工等领域，国外已普遍采用H型钢代替普通工字钢。

随着全球工业化的进展，在钢铁原燃料日趋紧张，环境压力日趋增大的情况下，工程结构特别是超大跨度、超高层、重载工程结构等需要向轻量化、节约化、功能化方向发展，因而工程结构用热轧H型钢需在保证有足够塑韧性的前提下，大幅提高强度、功能性和安全服役性能，因此对冶金工艺过程和设备控制水平要求很高。

目前我国的H型钢生产企业已开发出420MPa、460MPa等级别的H型钢，但都是采用添加合金元素的热轧方法生产，且其合金元素的用量较高，如屈服强度为420MPa级的BS 55C热轧H型钢，采用Nb、V复合微合金化，V含量为0.08～0.12wt％，Nb含量为0.040～0.060wt％；而500MPa级别H型钢的生产其合金元素含量更高，导致炼钢成本很高；且由于合金元素含量、碳含量等偏高，导致焊接性能恶化；另外，为获得较好的冲击韧性，要求很低的终轧温度，这既增大了轧机的负荷和能耗，又降低了生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大幅度降低合金元素的用量，满足高强度性能要求的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法；本发明进一步的目的在于提供生产工艺更加简易、节能、高效，低成本的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.08～0.14，Si：0.30～0.50，Mn：1.20～1.40，P：≤0.025，S：≤0.020，Nb：0.025～0.050，Als：0.003～0.030，其余为铁和残余的微量杂质；

该H型钢轧制工艺为：铸坯加热炉加热→开坯机轧制→万能轧机轧制→轧后两段式快速冷却；具体为：

铸坯经加热炉加热至1210～1250℃；开坯机轧制阶段开轧温度1100～1150℃，终轧温度990～1030℃；万能轧机的开轧温度920～960℃，万能轧机的终轧温度850～900℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为840～890℃，冷却结束时温度为645～690℃，冷却速度75～150℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为645～690℃，冷却结束时温度为500～600℃，冷却速度为20～45℃/s；对铸坯进行两段式快速冷却时，对H型钢翼缘及腹板采用喷常温水冷却的冷却方式，冷却水通过喷嘴喷到H型钢翼缘及腹板上；实际操作时，根据H型钢规格，在H型钢翼缘及腹板外侧设置一组或多组喷嘴，使用水泵来控制从喷嘴喷出的冷却水压力及流量，进而控制两段式快速冷却时的冷却速度。

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，采用的技术方案，具有以下优点：

首先，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，通过在H型钢热轧后采用两段式快速冷却方法，能在较短时间内将具有较高温度的H型钢冷却到适当的温度；该冷却方法利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到具有细小晶粒和复相组织的H型钢组织状态，大幅减少了合金元素的添加量，可显著降低生产成本；

其次，所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法制造的H型钢，表层为细贝氏体组织，心部为多边形铁素体、珠光体、针状铁素体和少量粒状贝氏体的复相组织，该H型钢在不显著降低钢材的冲击韧性和延伸性能的同时，满足高强度性能要求；

再其次，所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法制造的H型钢，由于合金元素含量较低，改善了钢的焊接性能；

最后，所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，终轧温度较高，既减小了轧机的负荷和能耗，又提高了生产效率。

具体实施方式

下面通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.14；Si：0.42；Mn：1.38；P：0.025；S：0.018；Nb：0.026；Als：0.006，其余为铁和残余的微量杂质；

该H型钢钢轧制工艺为：铸坯加热炉加热→开坯机轧制→万能轧机轧制→轧后两段式快速冷却；具体为：

铸坯经加热炉加热至1250℃；开坯机轧制阶段开轧温度1150℃，终轧温度990℃；万能轧机的开轧温度920℃，万能轧机的终轧温度860℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为850℃，冷却结束时温度为670℃，冷却速度80℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为670℃，冷却结束时温度为550℃，冷却速度为35℃/s

H型钢(规格为588mm×300mm×12mm×20mm)性能参数是：R_eL为530MPa，R_m为640MPa，A为23％，-20℃纵向冲击吸收能量KV₂为143J。

实施例2

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.11；Si：0.35；Mn：1.23；P：0.021；S：0.009；Nb：0.035；Als：0.017，其余为铁和残余的微量杂质；

铸坯经加热炉加热至1210℃；开坯机轧制阶段开轧温度1100℃，终轧温度1000℃；万能轧机的开轧温度930℃，万能轧机的终轧温度880℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为870℃，冷却结束时温度为690℃，冷却速度110℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为690℃，冷却结束时温度为580℃，冷却速度为40℃/s

H型钢(规格为600mm×200mm×11mm×17mm)性能参数是：R_eL为550MPa，R_m为660MPa，A为22％，-20℃纵向冲击吸收能量KV₂为105J。

实施例3

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.08；Si：0.41；Mn：1.30；P：0.020；S：0.005；Nb：0.048；Als：0.026，其余为铁和残余的微量杂质；

铸坯经加热炉加热至1230℃；开坯机轧制阶段开轧温度1130℃，终轧温度1020℃；万能轧机的开轧温度960℃，万能轧机的终轧温度900℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为890℃，冷却结束时温度为650℃，冷却速度130℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为650℃，冷却结束时温度为500℃，冷却速度为25℃/s。

H型钢(规格为600mm×200mm×11mm×17mm)性能参数是：R_eL为535MPa，R_m为645MPa，A为20.5％，-20℃纵向冲击吸收能量KV₂为167J。

实施例4

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.012；Si：0.30；Mn：1.40；P：0.019；S：0.010；Nb：0.050；Als：0.030，其余为铁和残余的微量杂质；

铸坯经加热炉加热至1240℃；开坯机轧制阶段开轧温度1120℃，终轧温度1030℃；万能轧机的开轧温度940℃，万能轧机的终轧温度850℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为840℃，冷却结束时温度为660℃，冷却速度150℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为660℃，冷却结束时温度为600℃，冷却速度为20℃/s。

H型钢(规格为600mm×200mm×11mm×17mm)性能参数是：R_eL为545MPa，R_m为685MPa，A为22.5％，-20℃纵向冲击吸收能量KV₂为189J。

实施例5

所述屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计(wt％)，成分为：C：0.013；Si：0.50；Mn：1.20；P：0.018；S：0.008；Nb：0.025；Als：0.003，其余为铁和残余的微量杂质；

铸坯经加热炉加热至1220℃；开坯机轧制阶段开轧温度1110℃，终轧温度1000℃；万能轧机的开轧温度950℃，万能轧机的终轧温度890℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为880℃，冷却结束时温度为645℃，冷却速度75℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为645℃，冷却结束时温度为510℃，冷却速度为45℃/s。

H型钢(规格为600mm×200mm×11mm×17mm)性能参数是：R_eL为545MPa，R_m为620MPa，A为21％，-20℃纵向冲击吸收能量KV₂为117J。

实施例1到实施例5中，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢的轧后冷却方法，轧后采用两段式快速水冷却，对H型钢翼缘及腹板采用喷常温水冷却的冷却方式，常温水冷却方式不会额外增加生产成本，冷却水通过喷嘴喷到H型钢翼缘及腹板上；实际操作时，根据H型钢规格，在H型钢翼缘部分及腹板外侧设置一组或多组喷嘴，使用水泵来控制从喷嘴喷出的冷却水压力及流量，进而控制两段式快速冷却时的冷却速度；如规格为600mm×200mm×11mm×17mm的H型钢，冷却速度为75～150℃/s时，在H型钢翼缘部分及腹板两侧各设置两组喷嘴，每组喷嘴喷出冷却水压力为1.0～1.5MPa，流量为500～1000L/min；冷却速度为20～45℃/s时，在H型钢翼缘部分及腹板两侧各设置一组喷嘴，冷却水压力为1.0～1.5MPa，流量为300～800L/min。

本发明的原理主要有：(1)利用难溶的金属颗粒控制原始奥氏体晶粒尺寸，使高温奥氏体静态再结晶所需临界变形量降低，再结晶更容易进行，也使再结晶后的奥氏体晶粒不易长大，同时降低了Nb(CN)在高温奥氏体区的析出量；通过奥氏体低温区间的变形，使Nb(CN)在低温奥氏体中部分析出，从而在变形奥氏体中形成大量形变带和高密度位错。

(2)H型钢轧后立即进行第一段快速冷却，由于激冷是在钢材终轧后立即进行，因此使变形奥氏体静态再结晶受到抑制，从而在未再结晶的变形奥氏体中保留更多的位错和静态回复亚晶界等，使之成为过冷奥氏体转变的新相形核地点；激冷还会阻止相变前奥氏体晶粒长大；同时，钢材表面激冷过程中，由于冷却水带走大量热量，因此使钢材表面和芯部产生更大的过冷度，从而使铁素体转变的晶界形核自由能减小，促进其形核，实现组织细化，并增加了Nb(CN)析出驱动力；从而充分发挥细晶强化和沉淀强化的作用。

(3)第一段快速冷却在钢的贝氏体相变前结束，随后立即进行第二段快速冷却，通过快速冷却，珠光体片间距减小，起到一定的强化效果；同时，此时适当降低冷却速率，可以保证形成适量、细化的贝氏体组织，避免形成严重影响钢的韧塑性的粗大贝氏体组织等，起到了一定的相变强化效果，其韧性仍然可以满足要求，对钢的综合性能是有利的。从而本发明中有效地利用各种强化机制，在采用较低的合金含量条件下，达到屈服强度500MPa级H型钢的力学性能要求。

本发明对屈服强度500MPa级高强度H型钢提供了一种新的组织状态，即表层为0.5-1mm厚的细贝氏体组织，心部为多边形铁素体、珠光体、针状铁素体和少量粒状贝氏体的复相组织。而常规生产方式形成的组织均为铁素体和珠光体组织。

采用该复相组织的依据是：多边形和针状铁素体晶粒尺寸小，基体位错密度高，具有很好的强化效果；珠光体中渗碳体片层间距小，并出现退化现象，使珠光体强化效果增强，少量粒状贝氏体对强度的提高有一定作用，同时不显著降低钢材的冲击韧性和延伸性能。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢，按质量百分比计，成分为：C：0.08～0.14，Si：0.30～0.50，Mn：1.20～1.40，P：≤0.025，S：≤0.020，Nb：0.025～0.050，Als：0.003～0.030，其余为铁和残余的微量杂质；

铸坯经加热炉加热至1210～1250℃；开坯机轧制阶段开轧温度1100～1150℃，终轧温度990～1030℃；万能轧机的开轧温度920～960℃，万能轧机的终轧温度850～900℃；轧后立即采用两段式快速冷却，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板部开始冷却时温度为840～890℃，冷却结束时温度为645～690℃，冷却速度75～150℃/s；第一段快速冷却后，立即进行第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为645～690℃，冷却结束时温度为500～600℃，冷却速度为20～45℃/s。

2.按照权利要求1所述的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，其特征在于：其中，铸坯经加热炉加热至1210～1240℃；开坯机轧制阶段开轧温度1100～1130℃，终轧温度990～1000℃；万能轧机的开轧温度920～940℃，终轧温度860～880℃；第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为850～880℃，冷却结束时温度为650～670℃，冷却速度为75～110℃/s；第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为650～670℃，冷却结束时温度为500～550℃，冷却速度为25～35℃/s。

3.按照权利要求1所述的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，其特征在于：其中，铸坯经加热炉加热至1210～1220℃；开坯机轧制阶段开轧温度1100～1120℃，终轧温度990～1000℃；万能轧机的开轧温度940～960℃，终轧温度880～890℃；第一段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为870～890℃，冷却结束时温度为670～690℃，冷却速度为130～150℃/s；第二段快速冷却工艺参数为：H型钢翼缘及腹板开始冷却时温度为670～690℃，冷却结束时温度为550～580℃，冷却速度为35～45℃/s。

4.按照权利要求1或2或3所述的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，其特征在于：屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢中Mn及Nb的含量，按质量百分比计为：Mn：1.20～1.30，Nb：0.025～0.026。

5.按照权利要求1或2或3所述的屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，其特征在于：屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢中Mn及Nb的含量，按质量百分比计为：Mn：1.20～1.23，Nb：0.025～0.035。