CN103266279A

CN103266279A - 一种含稀土高强高韧h型钢及其生产方法

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Publication number: CN103266279A
Application number: CN2013102129633A
Authority: CN
Inventors: 皮亚明
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-08-28

Abstract

一种含稀土高强高韧H型钢及其生产方法，属于冶金及成型技术领域，原料为(Wt％)高炉铁水90％、优质废钢10％，铸坯化学成分及含量(Wt％)为：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.30-0.60；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余为Fe和无法检测的微量元素；其工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坯连铸→切割→铸坯加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→探伤→锯切；其力学性能为：屈服强度为490～570MPa、抗拉强度为660～750MPa、屈强比≤0.80、延伸率≥25％、横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(-40℃)。本发明的产品具有杂质元素含量低、强度高、韧性好、焊接性能优良的特点。

Description

一种含稀土高强高韧H型钢及其生产方法

一、所属技术领域：

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，涉及一种含稀土的高强高韧H型钢及其生产方法。

二、背景技术：

H犁钢是一种经济断面犁钢，广泛应用于桥梁、高层建筑、起重设备、结构支架和基础桩等领域，与工字钢相比具有截面模量大、重量轻等优点。由于其腿内外侧平行，可以方便拼装组合，在承受相同载荷的条件下，H型钢比工字钢节约10％～15％的钢材。近年来H犁钢向着高强度、高韧性、优良的焊接性能等方向发展，而传统的H型钢无论从强度，韧性，还是焊接性能均已不能满足这些使用要求。为此，国内外相继开发了高强度或高韧性H犁钢，以保证其使用的安全性。

经检索，中国发明专利“一种具有良好低温冲击韧性的加硼H犁钢及其制备方法”(专利中请号：200810014488.8)，其存在以下问题和缺点：

化学成分设计简单，只是在C、Mn钢的基础上添加微量的Nb、B，因此强度只达到Q345的水平，韧性提高也十分有限；力学性能很不稳定，特别是低温冲击韧性波动较大。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种杂质元素含量低、强度高、韧性好、焊接性能优良的含稀土高强高韧H犁钢及其生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

将重量百分比90％的高炉铁水与10％的优质废钢作为原料。

以下述工艺流程进行生产：首先对上述高炉铁水进行预处理，然后与上述优质废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，再将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进入VD工位进行真空脱气处理，再进行大方坏连铸，并将连铸坏切割，然后对铸坏进行加热，对加热好的铸坏进行轧制，对H型钢进行带温矫直，冷床冷却后实施锯切，并进行探伤检测，合格者即为H型钢成品。

其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坏连铸→切割→铸坏加热→高压水除磷→BD1开坏→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→探伤→锯切。

连铸坏的生产过程如下所述：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下。

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

3、在LF炉进行精练，精炼全过程按要求正常吹Ar，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

4、LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

6、喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8-10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行方坏连铸，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坏经过矫直后进行火焰切割。

对铸坏进行化学成分化验，铸坏的化学成分应符合下述要求(重量百分比％)：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.30-0.60；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

所述稀土元素RE为Ce、La的混合稀土金属，它们的重量百分比分别为：Ce67％、 La33％。

加入稀土元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界和细化晶粒等作用，从而取得细晶强化和提高冲击韧性的效果。

将成分化验合格及硫印不大于2.0级的连铸坏进行轧制，轧制过程如下：

将连铸坏放入步进式加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉预热段、加热段、均热段等各段的温度，各段的温度和时间控制见表1；

表1步进式加热炉各段温度和时间控制

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤轧材。

将加热好的连铸坏先后在BD1、BD2、CCS机组上轧制成用户所需规格的H犁钢，终轧温度控制在830～890℃之间，以达到轧制正火的功效；轧制时每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸；合格的H型钢进行带温矫直，矫直温度≥500℃。

然后对H型钢逐支进行探伤检测。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的“含稀土高强高韧H犁钢”。

发明的有益效果：

①由于以高炉铁水为原料，杂质元素含量相对较低；

②由于在500℃以上进行带温矫直，H型钢的残余应力较低；

③由于“含稀土元素的独特成分设计”结合成熟生产工艺，使得H型钢的各项性能优异，具体性能指标如下：

屈服强度：490～570MPa；抗拉强度：660～750MPa；屈强比：≤0.80；延伸率： ≥25％；横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(40℃)。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。

四、具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

按重量百分比原料为：高炉铁水90％，优质废钢10％。

生产工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坏连铸→切割→铸坏加热→高压水除磷→BD1开坏→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→探伤→锯切。

具体生产工艺流程简述如下：

将90吨高炉铁水用“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到(重量百分比)0.010％以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入200kg白灰块。

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，镍板、钒铁和钛铁合金在中后期加入；

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹Ar，按预定的加入量喂入一定长度的稀土丝。

然后对精炼好的钢水进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入一定长度的硅钙线，喂丝后保持8～10分钟软吹Ar。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流方坏连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坏出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割。

对铸坏取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)如下：

C0.09；Si0.21；Mn1.57；P0.017；S0.006；Cr0.46；Ni0.37；V0.12；Ti0.017；Al0.029；稀土元素RE0.0013；Cu＜0.007；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；所述稀土元素RE为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的铸坏进行轧制，轧制过程如下：

为了使铸坏具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的预热段、加热段、均热段的温度和时间，保证加热透彻均匀而不过热。

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

加热好的铸坏在轧制前应进行高压水除鳞，以去掉铸坏表面的氧化铁皮。

铸坏先后在BD1、BD2轧机上进行多道次轧制。

采用高压水去除钢件表面的二次氧化铁皮，在CCS万能轧机上轧制成规格为H400mm×200mm的H犁钢，终轧温度在850～880℃之间，以达到轧制正火的功效；轧制时每批进行一次热取样，检查几何尺寸；合格的H犁钢进行带温矫直，矫直温度为517℃。

经过上述工艺生产并进行无损探伤检验，合格者即成为本发明所述的“含稀土高强高韧H型钢”的成品，用其制取试样进行力学性能检验。

经过检验，实施例1所产H犁钢的力学性能检测结果见表2。

表2H犁钢的力学性能检测结果

R_e1(MPa)	R_m(MPa)	R_e1/R_m	A(％)	a_KV(横向，-40℃，J/cm²)	组织
						527	712	0.74	27.0	127	铁素体+珠光体

实施例2：

实施例2的原料配比、生产工艺流程等及其它工艺指标与实施例1均相同，所不同的是其铸坏的化学成分含量(重量％)，具体见表3：

表3铸坏的化学成分检测结果(重量％)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	V	Cu	Ti	Al	RE
												0.10	0.23	1.55	0.015	0.007	0.50	0.33	0.13	0.009	0.013	0.027	0.0011

H犁钢的力学性能检测结果见表4。

表4H犁钢的力学性能检测结果

R_e1(MPa)	R_m(MPa)	R_e1/R_m	A(％)	a_KV(横向，-40℃，J/cm²)	组织
						535	722	0.74	26.5	119	铁素体+珠光体

Claims

1.一种含稀土高强高韧H型钢，其特征是原料由重量百分比为90％的高炉铁水和10％的优质废钢组成，其化学成分按重量百分比分别为：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.30-0.60；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；产品的力学性能：屈服强度490～570MPa、-40℃时的横向冲击值a_KV≥100J/cm²。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土高强高韧H犁钢，其特征在于RE为Ce与La的混合稀土金属，其重量百分比为：Ce67％、La33％。

3.一种如权利要求1所述特征的含稀土高强高韧型钢的生产方法，其特征在于生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坏连铸→切割→铸坏加热→高压水除磷→BD1开坏→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧机轧制→矫直→冷却→探伤→锯切。

4.根据权利要求3所述的一种含稀土高强高韧H犁钢的生产方法，其特征在于将高炉铁水经预处理，使铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；将预处理后的铁水和优质废钢分别按设计比例加入顶底复吹转炉，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标；出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

5.根据权利要求3所述的一种含稀土高强高韧H型钢的生产方法，其特征在于在LF炉进行精炼，精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

6.根据权利要求3或5所述的一种含稀土高强高韧H犁钢的生产方法，其特征在于LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

7.根据权利要求3所述的一种含稀土高强高韧H型钢的生产方法，其特征在于进行VD真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

8.根据权利要求3或7所述的一种含稀土高强高韧H犁钢的生产方法，其特征在于VD真空处理时喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8～10分钟吹Ar。

9.根据权利要求3所述的一种含稀土高强高韧H型钢的生产方法，其特征在于进行方坏连铸时，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃；铸坏出二次冷却区域后进行矫直，然后切割。

10.根据权利要求3所述的一种含稀土高强高韧H犁钢的生产方法，其特征在于终轧温度控制在830～890℃之间，以达到轧制正火的功效；执行带温矫直，矫直温度≥500℃。