CN103243272B - 一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比计，成分配比为：C：0.09～0.12，Si：0.43～0.55，Mn：1.39～1.49，P：0.013～0.017，S：0.011～0.016，Cu：0.27～0.36，Cr：0.32～0.38，Ni：0.25～0.32，V：0.098～0.110，A1S：0.014～0.023，其余为铁和残余的微量杂质；该含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，钢种按以上成分配比，经轧制及轧后两段式快速冷却处理；该含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，通过合理调整钢种成分配合，再配合采用轧制工艺，制造出能大幅度提高了H型钢表面质量和成材率，达到屈服强度500MPa高耐候性性能要求的高耐候H型钢。

Description

一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺

技术领域

本发明涉及金属材料生产技术领域，具体涉及一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺。

背景技术

耐候H型钢主要用在重载火车车箱大梁、桥梁等的制造上，其在减重、延长使用寿命、提速、增加货运量和降低物流成本等方面都起着重要的作用。特别是随着国民经济的快速发展，铁路运输行业向高速化、重载化、长寿化方向迈进，迫切需要高耐候性、高强度、高韧性的热轧H型钢。

由于高耐候性H型钢在要求高的耐候性的同时，还要求高的强度、优良的低温冲击韧性和焊接性能，以及良好的表面质量，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屈服强度345MPa、420MPa等级别的耐候H型钢，为保证钢的强度等指标达到标准要求，都是采用添加较高含量合金元素Nb、V、Mn的热轧方法生产，其轧制工艺为：坯料加热一开坯机轧制一万能轧机轧制。如屈服强度为420MPa级的Q420NQR1热轧H型钢V含量高达0.10~0.14wt%，Mn含量高达1.40~1.60wt%，合金元素含量较高，导致生产成本提高；屈服强度500MPa级H型钢的合金元素含量更高，导致生产成本进一步提高；同时由于合金元素含量较高，钢焊接性能恶化。

针对这种现状，公开号为CN102644034A，公开日为2012年8月22日，名称为“屈服强度500MPa级高耐候性热轧H型钢轧后冷却方法”的专利文献；公开了屈服强度为500MPa级高耐候性热轧H型钢及其轧制方法；其以Nb代替较高用量的V，以Nb微合金化，配合其他较低含量的合金元素，以此在降低成本的情况下，制造出屈服强度500MPa级高耐候性热轧H型钢，以满足市场需求。

但此专利文献公开的屈服强度500MPa级高耐候性热轧H型钢中，Nb含量范围为0.04～0.06wt%，以Nb代替较高用量的V，配合其他较低用量的合金元素，制得的高耐候性热轧H型钢产品，能够满足钢种强度要求，且生产成本大幅度降低，但随生产率的上升，生产过程中出现了一些不能克服的质量缺陷。

经多次试验验证，根本原因在于Nb有一定的表面裂纹敏感性，特别是Nb含量较高后，Nb的裂纹敏感性较强，另外由于异型坯为复杂断面，连铸坯由于冷却不均匀容易出现的表面裂纹等冶金缺陷的机率上升；且为提高高耐候性热轧H型钢强度，在钢坯穿水冷却后，裂纹进一步扩展，形成纵向通条裂纹，导致H型钢报废率上升，H型钢表面质量及成材率下降，增加了生产成本，降低了合同兑现率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供在降低成本的情况下，能大幅度提高H型钢表面质量和成材率，满足高耐候性性能要求的屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比计，成分配比为：C：0.09～0.12，Si：0.43～0.55，Mn：1.39～1.49，P：0.013～0.017，S：0.011～0.016，Cu：0.27～0.36，Cr：0.32～0.38，Ni：0.25～0.32，V：0.098～0.110，A1S：0.014～0.023，其余为铁和残余的微量杂质；

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，H型钢的生产工艺过程为：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩站→LF精炼→异型坯全保护浇铸→H型钢轧制→轧后两段式快速冷却→钢材余热回温；

轧制工艺参数为：异型坯经加热炉加热至1230～1255℃；开坯机开轧温度1112～1146℃，万能轧机开轧温度927～956℃，终轧温度908～925℃；

轧后采用两段式快速冷却方法对轧件进行冷却处理，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢由905～922℃冷却至652～670℃，冷却速度为97～128℃/s；随后轧件进入第二段快速冷却，第二段快速冷却工艺参数：H型钢由650～668℃冷却至530～550℃，冷却速度为36～45℃/s。

钢材余热回温至700～750℃；余热回温相当于钢坯冷却后自回火，有效提高了钢坯的韧性和塑性，克服钢坯在骤降温至530～550℃时韧性降低的缺陷；进一步提高了H型钢的产品性能，使得含钒耐候热轧H型钢满足屈服强度500MPa高耐候性性能要求。

对轧件进行两段式快速冷却时，对H型钢翼缘和腹板采用冷却水冷却的方式；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，使用水泵动力控制装置控制冷却水的压力和流量，来控制两段式快速冷却的冷却速度。

冷却水温度控制在18～23℃。

本发明的有益效果为：在综合考虑成本及质量的情况下，该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，采用较低含量的合金元素，通过对钢种成分配比的合理选择，再配合合理的轧制工艺；利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到表层为单相下贝氏体或铁素体+单相下贝氏体，内部为铁素体+珠光体的复相组织的细小晶粒的H型钢组织；下贝氏体不仅能够增加该钢种的强度、塑性及韧性，且能减少钢种变形及开裂，极大的提高了钢种性能及表面质量；该H型钢强度高，钢种性能好，不仅成材率高，且成本相对大幅度降低；且在采用较低含量合金元素V微合金化，再配合相对应的轧制工艺后，该500MPa级耐候热轧H型钢，轧件的裂纹敏感性降低70%以上，表面质量优异，能够极大提高合同兑现率。

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺生产的H型钢，屈服强度≥512MPa，抗拉强度≥632MPa，延伸率为21.5%以上；–40℃纵向V型冲击功为137J以上；与普通Q345B相比，相对腐蚀速率达到46.0%以上。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明实施例1得到的500MPa级含钒耐候热轧H型钢的表面显微结构图；

图2为本发明实施例1得到的500MPa级含钒耐候热轧H型钢的内部显微结构图；

图3为本发明实施例2得到的500MPa级含钒耐候热轧H型钢的表面显微结构图；

图4为本发明实施例2得到的500MPa级含钒耐候热轧H型钢的内部显微结构图；

图5为420MPa级的耐候H型钢的表面显微结构图；

图6为420MPa级的耐候H型钢的内部显微结构图；

具体实施方式

下面对照附图，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

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比(wt%)计，成分为：C：0.10，Si：0.45，Mn：1.48，P：0.017，S：0.016，Cu：0.36，Cr：0.36，Ni：0.32，V：0.104，Als：0.020，其余为铁和残余的微量杂质；

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺为：

以规格为600×200×15×20的H型钢为例，异型坯在加热炉内加热至1255℃：开坯机轧制阶段开轧温度1138℃，万能轧机的开轧温度942℃，终轧温度913℃；

轧后立即采用两段式快速水冷却，第一段快速水冷却工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为910℃，冷却结束时温度为658℃，冷却速度为97℃/s；立即进行第二段快速水冷却，第二段快速冷却工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为655℃，冷却结束时温度为550℃，冷却速度为36℃/s。

H型钢余热回温至710℃。

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺制得的H型钢性能参数为：屈服强度为512MPa，抗拉强度为632MPa，延伸率为22.5%，一40℃纵向V型冲击功为145J；与普通Q345B相比，相对腐蚀速率可达到46.0%。

实施实例2

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比(wt%)计，成分为：C：0.12，Si：0.55，Mn：1.44，P：0.016，S：0.011，Cu：0.29，Cr：0.32，Ni：0.26，V：0.110，Als：0.023，其余为铁和残余的微量杂质；

屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺为：

以规格为600×200×15×20的H型钢为例，异型坯在加热炉内加热至1250℃：开坯机轧制阶段开轧温度1132℃，万能轧机的开轧温度936℃，终轧温度908℃；

轧后立即采用两段式快速水冷却，第一段快速水冷却工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为905℃，冷却结束时温度为652℃，冷却速度为128℃/s；立即进行第二段快速水冷却，工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为650℃，冷却结束时温度为530℃，冷却速度为40℃/s。

H型钢余热回温至738℃。

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺制得的H型钢性能参数为：屈服强度为558MPa，抗拉强度为677MPa，延伸率为21.5%，一40℃纵向V型冲击功为165J；与普通Q345B铡相比，相对腐蚀速率可达到47.0%。

实施实例3

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比(wt%)计，成分为：C：0.09，Si：0.44，Mn：1.39，P：0.017，S：0.013，Cu：0.27，Cr：0.38，Ni：0.25，V：0.106，Als：0.014，其余为铁和残余的微量杂质；

屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺为：

以规格为600×200×15×20的H型钢为例，异型坯在加热炉内加热至1230℃：开坯机轧制阶段开轧温度1112℃，万能轧机的开轧温度927℃，终轧温度918℃；

轧后立即采用两段式快速水冷却，第一段快速水冷却工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为912℃，冷却结束时温度为668℃，冷却速度为122℃/s；立即进行第二段快速水冷却，工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为666℃，冷却结束时温度为545℃，冷却速度为40℃/s。

H型钢余热回温至735℃。

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺制得的H型钢性能参数为：屈服强度为548MPa，抗拉强度为667MPa，延伸率为22.5%，一40℃纵向V型冲击功为175J；与普通Q345B铡相比，相对腐蚀速率可达到48.0%。

实施实例4

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比(wt%)计，成分为：C：0.12，Si：0.43，Mn：1.49，P：0.013，S：0.011，Cu：0.30，Cr：0.36，Ni：0.27，V：0.098，A1S：0.017，其余为铁和残余的微量杂质；

该屈服强度500MPa含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺为：

以规格为600×200×15×20的H型钢为例，异型坯在加热炉内加热至1235℃：开坯机轧制阶段开轧温度1146℃，万能轧机的开轧温度956℃，终轧温度925℃；

轧后立即采用两段式快速水冷却，第一段快速水冷却工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为922℃，冷却结束时温度为670℃，冷却速度为125℃/s；立即进行第二段快速水冷却，工艺参数为：H型钢的开始冷却时温度为668℃，冷却结束时温度为535℃，冷却速度为45℃/s。

H型钢余热回温至745℃。

该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺制得的H型钢性能参数为：屈服强度为535MPa，抗拉强度为673MPa，延伸率为24.0%，一40℃纵向V型冲击功为137J；与普通Q345B铡相比，相对腐蚀速率可达到46.5%。

对轧件进行两段式快速冷却时，对H型钢翼缘和腹板采用冷却水冷却的方式；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，使用水泵动力控制装置控制冷却水的压力和流量，来控制两段式快速冷却的冷却速度；冷却水可以循环利用，冷却水温度控制在18～22℃。

本发明的原理为：该屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，在综合考虑成本及质量的情况下，以较低含量的V代替Nb，配合其他较低含量的合金元素；通过对钢种成分配比的合理选择，再配合轧制及轧后两段式快速冷却的轧制工艺；利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，制得表层为单相下贝氏体或铁素体+单相下贝氏体，内部为铁素体+珠光体的复相组织的细小晶粒的H型钢组织；下贝氏体不仅能够增加该钢种的强度、塑性及韧性，且能减少钢种变形及开裂，极大的提高了钢种性能及表面质量；该H型钢强度高，钢种性能好，不仅成材率高，且在满足质量要求的情况下，成本能大幅度降低；在采用较低含量合金元素V微合金化，再配合相对应的轧制工艺后，该500MPa级耐候热轧H型钢，轧件的裂纹敏感性降低70%以上，H型钢表面质量优异。

下表为本发明实施例1及实施例2得到得的500MPa级高耐候H型钢与420MPa级高耐候H型钢的显微结构的对比图。

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，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型的轧制工艺，其特征在于：该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比计，成分配比为：C：0.09～0.12，Si：0.43～0.55，Mn：1.39～1.49，P：0.013～0.017，S：0.011～0.016，Cu：0.27～0.36，Cr：0.32～0.38，Ni：0.25～0.32，V：0.098～0.110，A1S：0.014～0.023，其余为铁和残余的微量杂质；

该含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，包括以下工序：

轧制，钢坯加热至1230～1255℃；开坯机开轧温度1112～1146℃，万能轧机开轧温度927～956℃，终轧温度908～925℃；

轧后两段式快速冷却处理，第一段快速冷却工艺参数为：H型钢由905～922℃冷却至652～670℃，冷却速度为97～128℃/s；第二段快速冷却工艺参数：H型钢由650～668℃冷却至530～550℃，冷却速度为36～45℃/s；

轧件进行两段式快速冷却时，对H型钢翼缘和腹板采用冷却水冷却的方式；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，使用水泵动力控制装置控制冷却水的压力和流量，来控制两段式快速冷却的冷却速度；冷却水温度控制在18～23℃；

轧后两段式快速冷却处理后，钢材余热回温至700～750℃。

2.如权利要求1所述的屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型的轧制工艺，其特征在于：该轧制工艺得到的含钒耐候热轧H型钢，屈服强度≥512MPa，抗拉强度≥632MPa，延伸率为21.5％以上。

3.如权利要求2所述的屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型的轧制工艺，其特征在于：该该轧制工艺得到的含钒耐候热轧H型钢，–40℃纵向V型冲击功为137J以上；与普通Q345B相比，相对腐蚀速率达到46.0％以上。