CN103334051A

CN103334051A - 一种具有z向性能的建筑用热轧h型钢及其生产方法

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Publication number: CN103334051A
Application number: CN2013102783976A
Authority: CN
Inventors: 张思勋; 韩文习; 王慧玉; 杨志杰; 王建军
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: CN103334051B

Abstract

本发明公开了一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢及其生产方法。本发明通过对冶炼工艺、轧制工艺进行优化，严格产品质量控制手段和产品生产过程控制，得到具有优良的Z向性能和力学性能的钢种。H型钢包含的化学成分以重量百分比计为：0.06%～0.18%的C，0.10%～0.25%的Si，0.90%～1.60%的Mn，0.008%～0.020%的P，少于等于0.010%的S，少于等于0.10%的V，少于等于0.060%的Nb，少于等于0.030%的Ti，以及余量的铁和不可避免的杂质。

Description

一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金工程领域，具体地讲，涉及一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢及其生产方法。

背景技术

H型钢是一种新型经济建筑用钢，其截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小。同普通工字钢相比，H型钢具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30%-40%。同混凝土结构相比，H型钢具有结构自重轻、施工速度快的优点。目前，H型钢依据生产工艺不同可分为：热轧H型钢和焊接H型钢。焊接H型钢是指采用板材产品利用切割、焊接等手段加工而成的具有H型钢外形特征的一种H型钢型式。热轧H型钢同焊接H型钢相比，具有其特有的优势。具体地讲，热轧H型钢使用前无需再次加工，钢材内部也没有因焊接造成的压力和缺陷，因此热轧H型钢省时省力节能降耗，是钢铁应用中的绿色产品。

随着社会进步及科技发展，各种高层建筑、超高层建筑及各种特殊用途的建筑物越来越多，由此对建筑用钢的各项性能要求也越来越高，特别是在建筑物受力情况复杂时，对建筑用钢的Z向性能提出了更高要求，以保证建筑结构的稳定性、安全性。然而，目前的H型钢尚不能满足这样的要求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足之处，本发明提供一种具有优异的Z向性能的建筑用热轧H型钢及其生产方法。

本发明的一方面提供一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢，所述钢种包含的化学成分以重量百分比计为：0.06%～0.18%的C，0.10%～0.25%的Si，0.90%～1.60%的Mn，0.008%～0.020%的P，少于等于0.010%的S，少于等于0.10%的V，少于等于0.060%的Nb，少于等于0.030%的Ti，以及余量的铁和不可避免的杂质。

本发明的另一方面提供了一种生产具有Z向性能的建筑用热轧H型钢的生产方法，所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、控制轧制、冷却、缓冷、矫直。在铁水预处理工序中，采用纯镁粒脱硫，以保证入炉铁水中的硫含量不超过0.010wt%。

根据本发明，在LF精炼工序的软吹过程中，采用氩气搅拌，持续时间在8分钟和18分钟之间，其中，氩气搅拌的氩气流量为50-150NL/min。

根据本发明，在连铸工序中，中间包烘烤温度为1080-1120℃，中间包液面为600mm～800mm，结晶器液面波动不超过3mm，拉速控制在0.85m/min～0.9m/min。

根据本发明，采用的结晶器专用保护渣，所述保护渣的化学成分以重量计为：27.0%～28%的CaO，21.0%～22.0%的SiO₂，11%～12%的Al₂O₃，2%～3%的MgO，6%～7%的Na₂O，0.5%～0.6%的K₂O，1.0%～1.5%的Fe₂O₃，4%～5%的F，7%～8%的C。

根据本发明，在加热过程中，加热炉的均热温度控制在1240℃～1270℃。

根据本发明，在控制轧制过程中，对轧材的开轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为1170℃～1190℃、腹板中央为1150℃～1170℃，对轧材的终轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为940℃～970℃、腹板中央为850℃以下。

根据本发明，在冷却过程中，将轧制后的H型钢冷却至680℃以下。

在本发明中，通过对冶炼工艺进行全面的优化改进，从原料加强铁水预处理入手，精确转炉成分控制，强化LF精炼功能，针对钢种特性设计连铸工艺各项参数等，采用各种技术手段降低钢水中的氧、氮、氢、硫、磷等有害元素含量水平，提高钢水洁净度，保证了产品质量稳定优异。同时，对终轧温度、冷却速率、H型钢尺寸精度控制等技术指标进行优化，为使钢板厚度方向晶粒尺寸均匀，在控制轧制过程中，应对每道次压下量及轧制速度进行合理控制，设计出了最优轧制工艺，降低了产品各向异性，使产品尺寸精度、力学性能、冲击韧性、Z向性能等各项性能达到使用要求。

具体实施方式

本发明通过合理的钢种成分设计、合理的元素成分控制和严格的生产过程控制等多种技术手段协同作用保证钢的Z向性能。根据本发明的热轧H型钢的产品表面质量无龟裂无裂纹，内部金属组织合理，可以应用于各种建筑结构，能够满足对钢材Z向性能的使用要求。

本发明提供了一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢。具体地讲，根据本发明的建筑用热轧H型钢包含的化学成分以重量百分比计为：0.06%～0.18%的C，0.10%～0.25%的Si，0.90%～1.60%的Mn，0.008%～0.020%的P，少于等于0.010%的S，少于等于0.10%的V，少于等于0.060%的Nb，少于等于0.030%的Ti，以及余量的铁和不可避免的杂质。

下面，首先说明根据本发明的建筑用热轧H型钢的化学成分限定在上述范围内的原因。

根据本发明的建筑用热轧H型钢在使用过程中对力学性能、冲击韧性、焊接性能和Z向性能（即抗层状撕裂性能）有较高的要求，根据这些使用要求，本发明对钢种成分进行了优化设计。

（1）合理控制碳含量、碳当量，保证力学性能与焊接性能

根据低合金高强度钢的设计理念，现代焊接结构要求低合金高强度钢有较低的碳当量。为了控制碳当量，保证良好的焊接性能，碳含量控制在0.06%～0.18%的范围内，锰含量控制在0.90%～1.60%的范围内。这样既可以达到以较低成本实现根据本发明的H型钢的力学性能要求，又可以保证良好的焊接性能。根据本发明的优选实施例，碳含量可以控制在0.08%～0.15%的范围内，锰含量可以控制在0.90%～1.45%的范围内。

（2）降低S、P含量，减少夹杂物，提高钢的塑韧性

P含量主要影响钢的塑性，容易形成“冷脆”，S主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转变温度，另外，钢中硫化物夹杂影响钢的各向异性，导致Z向性能的降低。因此，将S含量控制在0.010%以下，P含量控制在0.020%以下，优选地，将P含量控制在0.008%～0.020%。

（3）利用微合金化技术，添加微合金元素Nb、V、Ti

Nb、V、Ti是强碳、氮化合物形成元素，能够起到强烈的强化作用。同时Nb可以延迟变形奥氏体再结晶，细化铁素体晶粒，提高钢板的强韧性；由于V、Ti与N的亲和力极强，形成氮化物颗粒，在连铸坯加热、轧制等一系列过程中，V、Ti的氮化物颗粒能阻止形变奥氏体动态再结晶的发生及奥氏体再结晶晶粒的长大，细化晶粒，起到细晶强化的作用，还能减少夹杂物，提高钢的延伸率。因此，根据本发明的H型钢添加了不超过0.150%的V、不超过0.060%的Nb和不超过0.030%的Ti，从而提高H型钢产品的各项性能。

如上所述，进行了钢种成分优化设计后，既保证了产品的性能又能满足实际应用要求。

以下，将详细说明根据本发明的建筑用热轧H型钢的制造方法。

根据本发明，制造建筑用热轧H型钢的方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、控制轧制、冷却、缓冷、矫直。

（1）铁水预处理

对铁水进行预处理脱硫，采用纯镁粒脱硫，保证入炉铁水中的硫含量不超过0.010%。

（2）转炉冶炼

放钢时进行钢水合金化和脱氧，精确命中钢水预设成分，降低钢水氧化性，采用挡渣球进行挡渣，杜绝下渣情况发生，减少钢水中的杂质含量。

（3）LF精炼

在精炼过程中，先充分搅拌化渣，同时取样分析、成分微调，在钢水成分、温度调整合适后，进入LF精炼软吹阶段，软吹时采用小氩气量搅拌保持渣面微动，持续时间不少于8分钟（min）且不超过18分钟。使渣面保持微动的小氩气量是指氩气流量为50-150NL/min。

（4）连铸

中间包烘烤温度为1080-1120℃（例如，为1100℃），结晶器对弧，水口对中，冷却水畅通，半保护浇注或全保护浇注，采用结晶器专用保护渣，所述的结晶器专用保护渣的成分按质量百分比为：27.0%～28%的CaO，21.0%～22.0%的SiO₂，11%～12%的Al₂O₃，2%～3%的MgO，6%～7%的Na₂O，0.5%～0.6%的K₂O，1.0%～1.5%的Fe₂O₃，4%～5%的F，C固定/全碳：7%～8%。中间包液面为600mm～800mm（例如，为700mm），结晶器液面波动不超过3mm。拉速控制在0.85m/min～0.9m/min。根据本发明的H型钢产品，液相线温度为1511℃，中间包过热度按20℃～30℃进行控制。

（5）加热和控制轧制

加热炉的均热温度控制在1240～1270℃，均热时间不少于30分钟。在控制轧制过程中，对轧材的开轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为1170℃～1190℃、腹板中央为1150℃～1170℃，对轧材的终轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为940℃～970℃（例如，950℃）、腹板中央为850℃以下，轧材出TM机后进行快速冷却，快冷终止温度控制在500℃～600℃。根据本发明的示例性实施例，轧材的规格可以为H250×250或H340×250的H型钢。

（6）冷却

对H型钢完成精轧后，可以将其放置在空气中进行空冷冷却，也可以对H型钢进行加速冷却，以将H型钢冷却至680℃以下，优选地，冷却到500℃～680℃。

本申请针对H型钢产品的使用要求和钢种成分设计，对冶炼工艺和轧制工艺进行了优化，保证了产品的包括Z向性能在内的各项性能要求。

本发明对冶炼工艺进行全面的优化改进，从原料加强铁水预处理入手，精确转炉成分控制，强化LF精炼功能，针对钢种特性设计连铸工艺各项参数等，采用各种技术手段降低钢水中的氧、氮、氢、硫、磷等有害元素含量水平，提高钢水洁净度，保证了产品质量稳定优异。同时，对终轧温度、冷却速率、H型钢尺寸精度控制等技术指标进行优化，为使钢板厚度方向晶粒尺寸均匀，在控制轧制过程中，应对每道次压下量及轧制速度进行合理控制，设计出了最优轧制工艺，降低了产品各向异性，使产品尺寸精度、力学性能、冲击韧性、Z向性能等各项性能达到使用要求。

如上所述，在采取了一系列对现有冶炼工艺、轧制工艺的优化设计后，生产出来的本发明所涉及的H型钢，能完全满足相关H型钢中国国家标准对于规格、尺寸、性能要求；同时也可以满足相关的国外标准对于规格、尺寸、性能要求。

下面，将结合具体的实施例来更详细地描述本发明。这些示例只是出于举例说明的目的，而非意图限制本发明的范围。

实例1和实例2：

按照上面所述的方法来生产根据本发明的实例1和实例2的H型钢，其中，在下面的表中详细地列出了根据本发明的实例1和实例2的H型钢的成分和生产过程中的各种参数。

表1实例1和实例2的H型钢的化学成分（单位：wt%）

编号	C	Si	Mn	P	S	V	碳当量
								实例1	0.16	0.25	1.40	0.019	0.007	0.013	0.41
实例2	0.08	0.15	0.94	0.012	0.006	0.020	0.24

表2实例1和实例2的H型钢的转炉冶炼参数

表3实例1和实例2的H型钢的精炼参数

表4实例1和实例2的H型钢的连铸参数

表5实例1和实例2的H型钢的力学性能

对比例：

根据现有技术的Q345B的H型钢及其生产过程的各种参数在下面的表中示出，同时示出了根据本发明的实例3，以将本发明与现有技术进行更好的对比。

表6本发明的实例1和对比例的H型钢的轧材力学性能

由上面的表6可以看出，与现有技术的H型钢的Z向力学性能相比，根据本申请的方法制得的H型钢的Z向力学性能有明显的改善，因此，根据本发明的H型钢特别适用于要求Z向性能的建筑用钢。

因此，根据本发明，通过对现有普通H型钢生产工艺进行优化和改进，针对产品特性，保证了产品Z向性能的稳定。

综上所述，建筑物采用具有Z向性能建筑用热轧H型钢替代不具有Z向性能建筑用热轧H型钢或者具有Z向性能建筑用钢板焊接H型钢，可以减轻钢结构自身重量，提高其可靠性，减少了高建钢钢板焊接的成本费用、能源浪费及焊接导致的内部组织不均匀应力集中等性能问题，而且提高钢结构构件的支撑力，降低施工时间和建筑工人的劳动强度，也实现了钢结构产品的产品创新和低碳排放，符合目前的国家对钢铁产业结构经济政策的取向。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims

1.一种具有Z向性能的建筑用热轧H型钢，其特征在于所述建筑用热轧H型钢包含的化学成分以重量百分比计为：0.06%～0.18%的C，0.10%～0.25%的Si，0.90%～1.60%的Mn，0.008%～0.020%的P，少于等于0.010%的S，少于等于0.10%的V，少于等于0.060%的Nb，少于等于0.030%的Ti，以及余量的铁和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的具有Z向性能的建筑用热轧H型钢的生产方法，所述生产方法包括下述工序：铁水预处理、转炉精炼、LF精炼、连铸、加热、控制轧制、冷却、缓冷和矫直，其特征在于，铁水预处理工序采用纯镁粒脱硫，以使入炉铁水中的硫含量不超过0.010wt%。

3.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在LF精炼工序中，采用氩气搅拌进行软吹，持续搅拌的时间不少于8分钟且不超过18分钟，其中，氩气搅拌的氩气流量为50～150NL/min。

4.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在连铸工序中，中间包烘烤温度为1080-1120℃，中间包液面为600mm～800mm，结晶器液面波动不超过3mm，拉速控制在0.85m/min～0.9m/min。

5.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，采用的结晶器专用保护渣，所述保护渣的化学成分以重量计为：27.0%～28%的CaO，21.0%～22.0%的SiO₂，11%～12%的Al₂O₃，2%～3%的MgO，6%～7%的Na₂O，0.5%～0.6%的K₂O，1.0%～1.5%的Fe₂O₃，4%～5%的F，7%～8%的C。

6.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在加热过程中，加热炉的均热温度控制在1240℃～1270℃。

7.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在控制轧制过程中，对轧材的开轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为1170℃～1190℃、腹板中央为1150℃～1170℃，对轧材的终轧温度控制为在轧材的翼缘外侧为940℃～970℃、腹板中央为850℃以下。

8.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在冷却过程中，将轧制后的H型钢冷却至680℃以下。