CN103540844B - 耐低温h型钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐低温H型钢及其生产方法。该H型钢按重量百分比由以下化学成分组成，C：0.05～0.11%、Si：0.25～0.50%、Mn：1.40～1.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb：0.025～0.035%、Ti：0.015～0.030%、Al_t：0.015～0.030%，其余为铁和不可避免的杂质。其生产方法包括铁水预脱硫步骤、转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、方坯连铸机连铸步骤以及轧制步骤。采用夏式V型缺口冲击试验测量H型钢的耐低温力学性能，-20℃冲击能≥144焦耳，-45℃冲击能≥98焦耳。

Description

耐低温H型钢及其生产方法

技术领域

本发明属于型钢领域，具体涉及一种耐低温H型钢及其生产方法，该生产方法特别适合于传统AR轧制法。

背景技术

钢材破坏可分为延性断裂破坏和脆性断裂破坏。延性断裂常伴有较大变形，容易被发现而及早采取措施予以制止。而脆性断裂前则无任何征兆，开裂时可以2km·s^-1的速度进行，因而破坏往往是灾难性的。由于其严重的破坏后果而引起人们极大的注意。分析钢脆性断裂的破坏实例发现，钢材的脆性断裂常常是在气温较低情况下发生的，称低温冷脆现象。近年来由于钢材低温状态下的各种研究，钢材的低温性能发展较快，以作为钢结构、工程机械用钢、海上石油平台支架等主要构件的H型钢低温性能越来越受到重视，耐低温钢的市场需求不断扩大。然而由于受生产线设备限制，钢材耐低温性能很难保证。

目前认为钢材低温韧性的保障因素有：1）钢质纯净、2）良好的组织。因此耐低温钢生产要素为：1）适宜的钢种成分设计、2）良好的钢水条件、3）完美的铸坯质量、4）控制控冷技术。然而，由于国内较多H型钢生产线陈旧，受转炉容积、浇注方式、生产节奏、及轧制工艺、设备等因素的限制，耐低温钢的生产难度较大。其中轧线控温控冷能力差，钢材轧制终了温度高，制约钢材晶粒度的提高，致使耐低温钢制造难度更大。

目前普遍认为，细化晶粒是同时提高钢材强度和韧性的唯一办法，国内大多数耐低温H型钢均采取降低终轧温度从而细化晶粒的手段提高钢材韧性，在提高韧性同时也提高了强度，对于钢铁生产企业是极大的浪费，另外，采用细化晶粒方法生产耐低温钢时强度与韧性在无法匹配，容易造成钢材性能出现问题。

公开号为CN102021475A的专利申请涉及了一种耐低温结构用热轧H型钢及其制备方法，钢的化学成分重量百分比％为C:0.12～0.22%，Si:0.10～0.40%，Mn:1.10～1.50%，P≤0.025%，S≤0.025%，Nb:0.02～0.05%；其余为铁和微量杂质。其制备方法包括脱硫、120吨顶底复吹转炉冶炼，LF精炼、异型坯连铸、大型H型钢轧制，在炉外精炼后，钢水中的氧含量为≤10ppm，连铸过程中，过热度控制在20～30℃，铸坯规格为555×440×90、750×370×90、1024×390×90，加热炉的均热温度1200～1300℃，开轧温度为在翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，终轧温度翼缘外侧为850～960℃、腹板中央为800～880℃，轧得规格为H250～H900的H型钢，其生产工艺为异型坯连铸，不能采用全保护浇注且不使用铝脱氧，-40℃冲击功平均为88J，还需进一步提高耐低温性能。

公开号为CN102618781A的专利申请提供了一种耐低温结构用热轧H型钢及其制备方法，所述耐低温结构用热轧H型钢的化学成分的重量百分数为：C%0.12～0.22wt%、Si%0.10～0.40wt%、Mn%1.1～1.50wt%、P%≤0.025wt%、S%≤0.025wt%、V%0.01～0.05wt%，其余为铁和微量杂质。此发明主要通过降低硫含量，微合金化主要应用钒，没有添加其他的元素，连铸过程采用浸入式扁平水口全保护浇铸。不采用铝脱氧。－20℃纵向冲击功平均90J，其耐低温性能较低，也需进一步提升耐低温性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐低温H型钢及其生产方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种耐低温H型钢，按重量百分比由以下化学成分组成，C：0.05～0.11%、Si：0.25～0.50%、Mn：1.40～1.60%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb：0.025～0.035%、Ti：0.015～0.030%、Al_t：0.015～0.030%，其余为铁和不可避免的杂质。

优选地，所述耐低温H型钢按重量百分比由以下化学成分组成，C：0.07～0.10%、Si：0.35～0.45%、Mn：1.45～1.55%、P≤0.015%、S≤0.008%、Nb：0.025～0.035%、Ti：0.015～0.030%、Al_t：0.015～0.030%，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明的耐低温H型钢的力学性能良好，采用夏式V型缺口冲击试验测量其耐低温力学性能，-20℃冲击能≥144焦耳，-45℃冲击能≥98焦耳。其显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度为7-9级，屈服强度为360-390MPa之间，在铁素体晶界上，有2-5微米的氮化钛颗粒存在。

本发明耐低温H型钢的主要组分及含量的设计机理如下：

C：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。当钢中碳含量降低至0.11%以下时，钢中铁素体比例可以达到90%以上，钢铁材料的均匀性以及韧性将会有较大幅度提高，常规转炉冶炼时碳含量低于0.05%很难控制，容易形成钢水终点氧含量高，对钢质有很大的危害，炼钢过程中使用的合金材料往往又会使钢中碳增加，因此本发明设计的碳含量为0.05～0.11%，优选碳含量为0.07～0.10%是在实际生产中既利于生产实际控制，又能保证钢材有良好的质量。

Si：硅作为脱氧剂使用，能够达到净化钢水的作用，使用硅脱氧的钢当硅低于0.25%时，钢种的溶解氧含量将会≥30ppm。不利于钢水纯净度控制，当硅作为合金元素使用时能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，能促使铁素体晶粒粗化降低矫顽力。但不能过高，硅高于0.50%时，会显著降低钢材的可焊接性，因为与氧的亲合力比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。硅能促使铸钢中的柱状晶成长，降低塑性。因此本法明设计的硅含量为0.25～0.50%，优选硅含量为0.35～0.45%，作为钢中的合金元素，其含量一般不低于0.4％。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，缩小奥氏体相，能保证钢材有良好的质量。

Mn：锰是良好的脱氧剂和合金元素。锰与硫形成熔点较高的MnS。可防止因FeS而导致的热脆现象。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；锰在钢中可以降低钢的韧脆转变温度，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，(α+γ)区下移。但是当锰低于1.2%时，降低韧脆转变温度的作用就变的不明显，在1.5%时最为明显，因此，本发明设计所采用的锰含量为1.40～1.60%，更优选的锰含量范围为1.45～1.55%，能够更为接近理想数值。

Nb：铌能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物，这些碳化物和碳氮化物钢坯加热过程中能够固溶在奥氏体中，轧制过程中成为铁素体形核质点，使钢材的晶粒度显著减小，添加0.02%的铌就能有效降低钢材的整体晶粒度，低于0.02%铌的作用并不明显，如轧制温度较高，碳化铌和碳氮化铌则在轧后冷却过程中析出，能够起到沉淀强化的作用，使钢材的强度迅速提升。然而当铌含量高于0.035%时，如果轧机轧制能力不足，极易导致钢材混晶现象发生，对钢的低温韧性产生危害，因此，本发明中设计的铌含量范围为0.025～0.035%。

Ti：钛能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物，而钛与氮的结合力极强，仅次于铝，氮化钛的熔点极高，在液态钢水中即成为固相质点，在钢水凝固过程中，细小弥散的均匀分布在铸坯中，在随后的加热过程中，由于尺寸细小而弥散，一方面能够有效降低加热炉中奥氏体原始晶粒，一方面抑制钢材局部晶粒异常长大的情况，杜绝混晶显现产生，从而保证钢材低温冲击性能。钛含量低于0.015%，钢中的有效氮不能完全与钛结合，作用未能完全发挥，而当钛含量高于0.03%时钛会与钢中的碳结合，生产的产物达不到上述效果，不利于钛的有效利用。因此，本发明中设计的钛含量范围为0.015～0.030%。

Al_t：铝作为细化晶的主要元素，能够保证钢中无溶解氧，又能在连铸浇注过程中保证连铸坯具有良好的铸态组织。铝含量低于0.015%时细化晶粒作用不显著，而当全铝含量高于0.03%时，不仅会降低与钢中钛与氮的结合力，又会影响到钢水的可持续浇注性。因此，本发明中设计的全铝含量范围为0.015～0.030%。

上述耐低温H型钢的生产方法，包括铁水预脱硫步骤、转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、方坯连铸机连铸步骤以及轧制步骤，其中：

在所述转炉冶炼步骤中，出钢时进行硅锰合金化以及铌、铝复合微合金化，使钢水中Nb的质量百分比为0.025～0.035%、Al_t的质量百分比为0.015～0.030%。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述转炉冶炼步骤中，随钢流加入全预融合成渣1-2kg·t^-1钢，所述硅锰合金化是在出钢1/4时进行的，所述铌、铝复合微合金化是在出钢1/3时进行。所述复合微合金化时所使用的合金可以是铌铁合金以及铝锰铁，但并不仅限于此两种合金。优选地，所述全预融合成渣按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～3%，CaO：48～58%，Al₂O₃：42～50%，TFe（TotalFe）：0～3%。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述转炉冶炼步骤中，在钢包底部预先加入1.5-2kg·t^-1钢的全预熔合成渣，钢水出钢时向钢水中加入脱氧剂，出钢后钢包顶部加入0.8～1kg·t^-1钢的炉渣改质剂。优选地，所述全预融合成渣按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～3%，CaO：48～58%，Al₂O₃：42～50%，TFe（TotalFe）：0～3%。优选地，所述脱氧剂在钢水出钢四分之一时至钢水出钢至三分之一时加入，所述脱氧剂为铝锰铁合金。优选地，所述炉渣改质剂按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～5%，CaO：30～45%，MgO：0～3.2%，Al₂O₃：20～28%，Al：30-38%。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述LF精炼步骤中，钢水中[O]≤30ppm时按0.7～1.4kg·t^-1钢用量喂入钛线增钛；精炼软吹之前根据钢水中Al_t含量的要求按0.4～0.75kg·t^-1钢用量喂入铝线并大氩气量搅拌2～3min；喂完铝线后根据钢水中Al_t含量的要求按0.5～1kg·t^-1钢用量喂入钙线。更优选地，钛线按重量百分由以下成分构成：C：0～5%，SiO₂：0～5%，P：0～0.10%，S：0～0.040%，Ti：30～38%，其余为铁及不可避免的杂质；所述铝线中铝的质量百分比含量≥95%；所述钙线中钙的质量百分比含量≥98%。所述大氩气量搅拌是指氩气流量为350-1000NL/min，示例性地，氩气流量可以为360NL/min、390NL/min、450NL/min、500NL/min、540NL/min、600NL/min、700NL/min、800NL/min、900NL/min、980NL/min。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述方坯连铸机连铸步骤中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用浸入式水口全保护浇注；其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用无碳碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为1～1.5kg·t^-1钢；该钢种液相线温度为1519.3℃，中间包过热度按20～30℃控制，中间包第一炉温度控制在1540～1560℃，连浇炉次控制在1530～1545℃，铸坯规格为（275～320）×（375～410）mm，拉速为0.60～0.95m·min^-1。更优选地，所述无碳碱性覆盖剂按质量百分比由以下成分构成：SiO₂：0～8%，CaO：45～60%，Al₂O₃：30～40%，Fe₂O₃：0～3%，MgO：0～5%。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，在所述轧制步骤中，采用AR法轧制。此工艺为高温下轧制之后空冷工艺，开轧和最终轧制温度在奥氏体再结晶区和正火温度以上，即轧制时无需特殊控制轧制温度、节奏与变形量，冷却时无需采用特殊冷却工艺。由此工艺生产的钢的强度和韧性通常情况下低于轧后热处理的钢或由控轧控冷工艺生产的钢，但本发明的生产工艺非常适合AR法轧制，轧制出的H型钢的力学性能非常优异，不低于轧后热处理的钢或由控轧控冷工艺生产的钢，适用于现有陈旧的H型钢生产线。

本发明未提及的操作步骤均为本领域常规技术。

以上生产方法中的各种优选实施方式可以任意组合。

本发明主要通过成分设计即碳含量低，铌、钛、铝复合来提高钢材耐低温性能；更进一步地，本发明还对该H型钢材的生产工艺进行了改进，比如铌钛铝复合微合金化、铝脱氧、全预融合成渣洗等钢中夹杂物控制技术，从而实现钢材更加优良的耐低温性能以及产品合格率；更加理想地是，本发明可以在钢材轧制终了温度较高的情况下，应用低碳、多相合金微合金化工艺，能够保证在较低的晶粒度下，既满足钢材强度的要求，又能满足钢材在低温方面的要求，对于缺乏控温控冷装置的生产线（比如采用AR法轧制）能够很好实现耐低温钢的生产。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供一种可以在传统热轧工艺下生产的耐低温H型钢及其制备方法，此方法可以在轧制时不需要控轧控冷，仅通过适当的成分设计和/或工艺控制，即可生产屈服强度在360MPa以上的H型钢，采用夏比V型缺口冲击试验测量其耐低温力学性能，-20℃冲击能≥144焦耳，-45℃冲击能≥98焦耳，本发明主要通过成分设计来提高钢材耐低温性能；更进一步地，为了获得更加优良的耐低温性能并提高产品合格率，又对工艺进行改进，比如转炉放钢过程采用铝脱氧、全预融合成渣洗等工艺控制钢水纯净度，从而可以在控制轧制手段低下时，保持稳定低温韧性，实现大批量稳定生产，产品合格率可达到100%。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

以下实施例中生产耐低温H型钢的方法包括铁水预脱硫步骤、50吨顶吹转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、方坯连铸机连铸步骤以及AR法中型H型钢轧制步骤（1-7轧机布置型式生产线轧制）。

实施例一

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.06%、Si：0.29%、Mn：1.47%、P：0.011%、S≤0.003%、Nb：0.030%、Ti：0.022%、Al_t：0.021%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括如下操作步骤：

1）预脱硫：将铁水运至脱硫站，脱硫后铁水中的硫含量为0.015wt%。

2）转炉冶炼：转炉中加入铁水43t和废钢7t作为原料，冶炼完成后出钢前在钢包底部预先按2kg·t^-1钢用量加入全预熔合成渣，该全预融合成渣的组分按质量百分比为SiO₂：1.86%，CaO：52.10%，Al₂O₃：44.69%，TFe：1.35%；出钢1/4时进行硅锰合金化，并按3.5kg/t钢用量加入脱氧剂铝锰铁合金；出钢1/3时使用铌铁合金以及铝锰铁合金进行铌、铝复合微合金化，使其钢水中Nb：0.027wt%、Al _t ：0.005wt%。出钢后从钢包顶部在炉渣表面按0.85kg·t^-1钢用量加入炉渣改质剂，该炉渣改质剂的组分按质量百分比为SiO₂：4.95%，CaO：38.19%，MgO：3.18%，Al₂O₃：21.72%，Al：31.96%。

3）LF精炼：在LF钢包中进行精炼的过程中，当钢水中[O]≤25ppm时按0.9kg·t^-1钢用量喂入钛线以增钛，所述钛线的指标（即钛线的成分）为C：2.37wt%，SiO₂：3.16wt%，P：0.008wt%，S：0.033wt%，Ti：34.5wt%，其余为铁及不可避免的杂质；在精炼软吹之前根据钢水中Al_t含量的要求按0.55kg·t^-1钢用量喂入铝线并以大氩气量（氩气流量为380NL/min）搅拌2min，该铝线的指标（即铝线的成分）为：Al：98wt%，其余为微量杂质；喂完铝线后根据最终钢水中Al_t含量的要求按0.63kg·tg^-1钢用量喂入钙线，该钙线的指标（即铝线的成分）为：Ca：99wt%，其余为微量杂质。精炼时间为42min，软吹时间15min。

4）方坯连铸机连铸：在连铸过程中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用浸入式水口全保护浇注，其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用无碳碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为1.2kg/t钢，该覆盖剂的成分按质量百分比为SiO₂：3.18%，CaO：54.66%，Al₂O₃：35.59%，Fe₂O₃：1.85%，MgO：4.72%；该钢种液相线温度为1519.3℃，中间包过热度按25℃左右控制，中间包第一炉温度控制在1545℃左右，连浇炉次控制在1545℃左右，铸坯规格为240×375mm，拉速为0.9m/min。

5）AR法轧制：将所得连铸坯在H型钢中型轧机上进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11，采用夏式V型缺口冲击试验测量其耐低温力学性能，冲击性能见表1。其屈服强度为386MPa，抗拉强度为543MPa，延伸率为28%，晶粒度为8级。

上面生产方法仅列出与本发明相关的操作步骤，其他未提及的操作采用本领域常规操作。

表1（单位：焦耳）

实施例二

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.07%、Si：0.35%、Mn：1.53%、P：0.014%、S：0.006%、Nb：0.029%、Ti：0.025%、Al_t：0.018%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括如下操作步骤：

1）预脱硫：将铁水运至脱硫站，脱硫后铁水中的硫含量为0.012wt%。

2）转炉冶炼：转炉中加入铁水45t和废钢7t作为原料，冶炼完成后出钢前在钢包底部预先按2kg·t^-1钢用量加入全预熔合成渣，该全预融合成渣的组分按质量百分比为SiO₂：1.86%，CaO：52.10%，Al₂O₃：44.69%，TFe：1.35%；出钢1/4时进行硅锰合金化，并按3.5kg/t钢用量加入脱氧剂铝锰铁合金；出钢1/3时使用铌铁合金以及铝锰铁合金进行铌、铝复合微合金化，使其钢水中Nb：0.025%、Al_t：0.008%。出钢后从钢包顶部在炉渣表面按0.9kg·t^-1钢用量加入炉渣改质剂，该炉渣改质剂的组分按质量百分比为SiO₂：4.95%，CaO：38.19%，MgO：3.18%，Al₂O₃：21.72%，Al：31.96%。

3）LF精炼：在LF钢包中进行精炼的过程中，当钢水中[O]为25ppm时按0.9kg·t^-1钢用量喂入钛线以增钛，所述钛线的指标（即钛线的成分）为C：2.37wt%，SiO₂：3.16wt%，P：0.008wt%，S：0.033wt%，Ti：34.5wt%，其余为铁及不可避免的杂质；在精炼软吹之前根据钢水中Al_t含量的要求按0.52kg·t钢用量喂入铝线并以大氩气量（氩气流量为400NL/min）搅拌2min，该铝线的指标（即铝线的成分）为：Al：98wt%，其余为微量杂质；喂完铝线后根据最终钢水中Al_t含量的要求按0.75kg·t^-1钢用量喂入钙线，该钙线的指标（即铝线的成分）为：Ca：99wt%，其余为微量杂质。精炼时间为42min，软吹时间12min。

4）方坯连铸机连铸：在连铸过程中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用浸入式水口全保护浇注，其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用无碳碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为1.3kg/t钢，该覆盖剂的成分按质量百分比为SiO₂：3.18%，CaO：54.66%，Al₂O₃：35.59%，Fe₂O₃1.85%，MgO：4.72%；该钢种液相线温度为1519.3℃，中间包温度为28℃左右。中间包第一炉温度控制在1555℃左右，连浇炉次控制在1545℃左右，铸坯规格为240×375mm，拉速为0.95m/min。

5）AR法轧制：将所得连铸坯在H型钢中型轧机上进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11，采用夏式V型缺口冲击试验测量其耐低温力学性能，冲击性能见表2。其屈服强度为388MPa，抗拉强度为563MPa，延伸率为28.5%，晶粒度为9级。

上面生产方法仅列出与本发明相关的操作步骤，其他未提及的操作采用本领域常规操作。

表2（单位：焦耳）

实施例三

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.09%、Si：0.38%、Mn：1.55%、P：0.011%、S：0.005%、Nb：0.029%、Ti：0.021%、Al_t：0.019%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括如下操作步骤：

1）预脱硫：将铁水运至脱硫站，脱硫后铁水中的硫含量为0.015wt%。

2）转炉冶炼：转炉中加入铁水45t和废钢7t作为原料，冶炼完成后出钢前按2kg·t^-1钢用量加入全预熔合成渣，出钢1/4时进行硅锰合金化，并按3.5kg/t钢用量加入脱氧剂铝锰铁合金；出钢1/3时使用铌铁合金以及铝锰铁合金进行铌、铝复合微合金化，使其钢水中Nb：0.028%、Al_t：0.005%。该全预融合成渣的组分按质量百分比为SiO₂：1.86%，CaO：52.10%，Al₂O₃：44.69%，TFe：1.35%；出钢后从钢包顶部在炉渣表面按1kg·t^-1钢用量加入炉渣改质剂，该炉渣改质剂的组分按质量百分比为SiO₂：4.95%，CaO：38.19%，MgO：3.18%，Al₂O₃：21.72%，Al：31.96%。

3）LF精炼：在LF钢包中进行精炼的过程中，当钢水中[O]为25ppm时按0.9kg·t^-1钢用量喂入钛线以增钛，所述钛线的指标（即钛线的成分）为C：2.37wt%，SiO₂：3.16wt%，P：0.008wt%，S：0.033wt%，Ti：34.5wt%，其余为铁及不可避免的杂质；在精炼软吹之前根据钢水中Al_t含量的要求按0.55kg·t^-1钢用量喂入铝线并以大氩气量（氩气流量为400NL/min）搅拌2min，该铝线的指标（即铝线的成分）为：Al：98wt%，其余为微量杂质；喂完铝线后根据最终钢水中Al_t含量的要求按0.7kg·t^-1钢用量喂入钙线，该钙线的指标（即铝线的成分）为：Ca：99wt%，其余为微量杂质。精炼时间为42min，软吹时间12min。

4）方坯连铸机连铸：在连铸过程中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用浸入式水口全保护浇注，其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用无碳碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为1.4kg/t钢，该覆盖剂的成分按质量百分比为SiO₂：3.18%，CaO：54.66%，Al₂O₃：35.59%，Fe₂O₃1.85%，MgO：4.72%；该钢种液相线温度为1519.3℃，中间包过热度按20℃左右控制，中间包第一炉温度控制在1540℃左右，连浇炉次控制在1545℃左右，铸坯规格为275×380mm，拉速为0.75m/min。

5）AR法轧制：将所得连铸坯在H型钢中型轧机上进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11，采用夏式V型缺口冲击试验测量其耐低温力学性能，冲击性能见表3。其屈服强度为390MPa，抗拉强度为539MPa，延伸率为27.8%，晶粒度为8级。

上面生产方法仅列出与本发明相关的操作步骤，其他未提及的操作采用本领域常规操作。

表3（单位：焦耳）

实施例四

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.09%、Si：0.37%、Mn：1.53%、P：0.011%、S：0.003%、Nb：0.028%、Ti：0.022%、Al_t：0.018%，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例H型钢的生产方法，除了转炉冶炼步骤中使用的全预熔合成渣成分与实施例3不同外，其他均与实施例3的生产方法相同。本实施例中使用的全预融合成渣的组分按质量百分比为SiO₂：0.06%，CaO：54.13%，Al₂O₃：43.42%，TFe：2.39%。

采用夏式V型缺口冲击试验对本实施例得到的型钢进行耐低温力学性能测试，冲击性能见表4。其屈服强度为379MPa，抗拉强度为547MPa，延伸率为28.5%，晶粒度为8级。

表4（单位：焦耳）

实施例五

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.08%、Si：0.35%、Mn：1.50%、P：0.011%、S：0.007%、Nb：0.027%、Ti：0.021%、Al_t：0.025%，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例H型钢的生产方法，除了转炉冶炼步骤中使用的炉渣改质剂成分与实施例3不同外，其他均与实施例3的生产方法相同。本实施例中使用的炉渣改质剂的组分按质量百分比为SiO₂：0.54%，CaO：42.34%，MgO：2.98%，Al₂O₃：21.00%，Al：33.14%。

采用夏式V型缺口冲击试验对本实施例得到的型钢进行耐低温力学性能测试，冲击性能见表5。其屈服强度为383MPa，抗拉强度为556MPa，延伸率为28.3%，晶粒度为7级。

表5（单位：焦耳）

实施例六

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.07%、Si：0.36%、Mn：1.54%、P：0.010%、S：0.007%、Nb：0.030%、Ti：0.018%、Al_t：0.022%，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例H型钢的生产方法，除了连铸步骤中使用的覆盖剂成分与实施例3不同外，其他均与实施例3的生产方法相同。本实施例中使用的覆盖剂组分按质量百分比为SiO₂：2.94%，CaO:56.67%，Al₂O₃：39.75%，Fe₂O₃：0%，MgO：0.64%。

采用夏式V型缺口冲击试验对本实施例得到的型钢进行耐低温力学性能测试，冲击性能见表6。其屈服强度为369MPa，抗拉强度为539MPa，延伸率为29%，晶粒度为8级。

表6（单位：焦耳）

实施例七

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.07%、Si：0.42%、Mn：1.56%、P：0.009%、S：0.006%、Nb：0.029%、Ti：0.021%、Al_t：0.019%，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例H型钢的生产方法，除了连铸步骤中使用的覆盖剂成分与实施例3不同外，其他均与实施例3的生产方法相同。本实施例中使用的覆盖剂组分按质量百分比为SiO₂：0.02%，CaO：56.44%，Al₂O₃：37.81%，Fe₂O₃：1.96%，MgO：3.77%。

采用夏式V型缺口冲击试验对本实施例得到的型钢进行耐低温力学性能测试，冲击性能见表7。其屈服强度为385MPa，抗拉强度为567MPa，延伸率为28.5%，晶粒度为8级。

表7（单位：焦耳）

以上实施例一至七中，对得到的型钢的力学性能如屈服强度、抗拉强度、延伸率，请参照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验》；对得到型钢的晶粒度的测定方法，请参照GB/T6397-2006《金属平均晶粒度测定方法》。对得到型钢低温冲击的测定方法，请参照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。

对比例一

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.17%、Si：0.38%、Mn：1.46%、P：0.016%、S：0.016%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸以及轧制，具体如下：

1）转炉出钢过程加入硅钙钡2.0kg/t钢对钢进行脱氧，采用硅锰、中碳锰铁进行合金化。

2）LF精炼采用手动吹氩模式，采用硅钙钡和碳化钙造黄白渣，软吹10分钟。

3）精炼后进行连铸，连铸过程中采用全程保护浇注拉速为0.85～1m·min^-1，大包挂长水口开浇，采用中间包碱性覆盖剂。

4）对该种冶炼方法产生的连铸坯在H型钢轧机进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11规格，采用夏式V型缺口冲击试验测量其冲击性能，见表8。

表8单位：焦耳）

对比例二

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.16%、Si：0.29%、Mn：1.43%、P：0.017%、S：0.012%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸以及轧制，具体如下：

1）转炉出钢过程加入硅钙钡2.0kg/t钢对钢进行脱氧，采用硅锰、中碳锰铁进行合金化。

2）LF精炼采用手动吹氩模式，采用硅钙钡和碳化钙造黄白渣，软吹10分钟。

3）精炼后进行连铸，连铸过程中采用全程保护浇注，拉速为0.85～1m·min^-1，大包挂长水口开浇，采用中包碱性覆盖剂。

4）对该种冶炼方法产生的连铸坯在H型钢轧机进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11规格，采用夏式V型缺口冲击试验测量其冲击性能，见表9。

表9（单位：焦耳）

对比例三

H型钢按质量百分比其成分为：C：0.16%、Si：0.29%、Mn：1.43%、P：0.017%、S：0.012%，其余为铁和不可避免的杂质。

具有上述成分的H型钢的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸以及轧制，具体如下：

1）转炉出钢过程加入硅钙钡2.0kg/t钢对钢进行脱氧，采用硅锰、中碳锰铁进行合金化。

2）LF精炼采用手动吹氩模式，采用硅钙钡和碳化钙造黄白渣，软吹10分钟。

3）钢包吹氩精炼后进行连铸，连铸过程中采用全程保护浇注，拉速为0.85～1m·min^-1，大包挂长水口开浇，采用中包碱性覆盖剂。

4）对该种冶炼方法产生的连铸坯在H型钢轧机进行AR轧制，所得实物规格为H294×175×7×11规格，采用夏式V型缺口冲击试验测量其冲击性能，见表10。

表10（单位：焦耳）

Claims (12)

1.一种耐低温H型钢，其特征在于，按重量百分比由以下化学成分组成，C：0.07％～0.08％、Si：0.25～0.50％、Mn：1.40～1.60％、P≤0.020％、S：0.006％～0.007％、Nb：0.025～0.035％、Ti：0.015～0.030％、Al_t：0.015～0.030％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐低温H型钢，其特征在于，按重量百分比由以下化学成分组成，C：0.07％～0.08％、Si：0.35～0.45％、Mn：1.45～1.55％、P≤0.015％、S：0.006％～0.007％、Nb：0.025～0.035％、Ti：0.015～0.030％、Al_t：0.015～0.030％，其余为铁和不可避免的杂质。

3.权利要求1或2所述的耐低温H型钢的生产方法，其特征在于，包括铁水预脱硫步骤、转炉冶炼步骤、LF精炼步骤、方坯连铸机连铸步骤以及轧制步骤，其中：

在所述转炉冶炼步骤中，出钢时进行硅锰合金化以及铌、铝复合微合金化，使钢水中Nb的质量百分比为0.025～0.035％、Al_t的质量百分比为0.015～0.030％。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述转炉冶炼步骤中，随钢流加入全预融合成渣1-2kg·t^-1钢，所述硅锰合金化是在出钢1/4时开始进行的，所述铌、铝复合微合金化是在出钢1/3时进行的，所述复合微合金化时所使用的合金是铌铁合金以及铝锰铁合金。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述全预融合成渣按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～3％，CaO：48～58％，Al₂O₃：42～50％，TFe：0～3％。

6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述转炉冶炼步骤中，在钢包底部预先加入1.5-2kg·t^-1钢的全预熔合成渣，钢水出钢时向钢水中加入脱氧剂，出钢后钢包顶部加入0.8～1kg·t^-1钢的炉渣改质剂。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述全预融合成渣按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～3％，CaO：48～58％，Al₂O₃：42～50％，TFe：0～3％；所述脱氧剂在钢水出钢四分之一时至钢水出钢至三分之一时加入，所述脱氧剂为铝锰铁合金；所述炉渣改质剂按重量百分比由以下组分构成：SiO₂：0～5％，CaO：30～45％，MgO：0～3.2％，Al₂O₃：20～28％，Al：30-38％。

8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述LF精炼步骤中，钢水中[O]≤30ppm时按0.7～1.4kg·t^-1钢用量喂入钛线增钛；精炼软吹之前根据钢水中Al_t含量的要求按0.4～0.75kg·t^-1钢用量喂入铝线并大氩气量搅拌2～3min；喂完铝线后根据钢水中Al_t含量的要求按0.5～1kg·t^-1钢用量喂入钙线。

9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述钛线按重量百分比由以下成分构成：C：0～5％，SiO₂：0～5％，P：0～0.10％，S：0～0.040％，Ti：30～38％，其余为铁及不可避免的杂质；所述铝线中铝的质量百分比含量≥95％；所述钙线中钙的质量百分比含量≥98％。

10.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述方坯连铸机连铸步骤中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，使用浸入式水口全保护浇注；其中，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，中间包采用无碳碱性覆盖剂，覆盖剂加入量为1～1.5kg·t^-1钢；该钢种液相线温度为1519.3℃，中间包过热度按20～30℃控制，中间包第一炉温度控制在1540～1560℃，连浇炉次控制在1530～1545℃，铸坯规格为(275～320)×(375～410)mm，拉速为0.60～0.95m·min^-1。

11.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于，所述无碳碱性覆盖剂按质量百分比由以下成分构成：SiO₂：0～8％，CaO：45～60％，Al₂O₃：30～40％，Fe₂O₃：0～3％，MgO：0～5％。

12.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在所述轧制步骤中，采用AR法轧制。