CN103820706A

CN103820706A - 一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧h型钢及其制备方法

Info

Publication number: CN103820706A
Application number: CN201310673783.5A
Authority: CN
Inventors: 徐梅; 刘琼; 孙吉; 王晋; 李建中; 郭连生
Original assignee: SHANXI XINTAI STEEL CO Ltd
Current assignee: SHANXI XINTAI STEEL CO Ltd
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明涉及一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法，H型钢化学成分质量百分比如下（%）：C0.10~0.20，Si0.20~0.35，Mn1.10~1.45，P≤0.020，S≤0.010，Ca≤0.010，B0.0005~0.0040，V0.02~0.08，余量为Fe和微量杂质。冶炼过程中，异型坯中气体质量百分比：[N]控制在≤80ppm，[O]控制在≤100ppm。在轧制过程中，异型坯的加热温度1190~1290℃，开坯温度1120~1230℃，终轧温度≤850℃。万能轧制过程中，停留15~50s，累计压缩比55%或更大。本发明不仅可以大幅度提高Q345H型钢产品低温冲击韧性，且很好的稳定了低温冲击韧性，使产品得到质量保证，使产品更容易适用于苛刻环境下。

Description

一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及用作寒冷地带钢结构建筑构件的H型钢，具体涉及一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法。

背景技术

H型钢是由工字钢优化发展而成的，是一种经济性断面的建筑用钢材，因其断面形状与英文字母“H”相似，故称之为“H型钢”。H型钢有热轧和焊接两大类。热轧H型钢具有截面经济合理、性能优越、加工制作和施工安装工艺简单、方便、快捷的特点，被建筑业和环保人士称为绿色环保产品，已成为建筑钢结构体系中重要的材料组成部分，在世界范围内得到了迅速发展。

在低合金高强度结构钢中，Q345钢应用较广。其综合力学性能好，焊接性能及冷、热加工性能、耐蚀性能均好，C、D、E级钢要求具有良好的低温韧性，例如 GB/T1591-2008要求Q345E钢纵向-40 ℃下冲击吸收能量≥34 J。目前，对Q345低合金高强度结构钢主要采取铌、钒、钛微合金化和控轧控冷相结合的工艺提高钢材综合性能，特别是低温冲击韧性。其强化机制是沉淀强化和细晶强化，后者对韧性也是有益的。在Q345 H型钢的实际工业生产过程中，经铌、钒、钛单一或组合微合金化和控轧控冷工艺后，-40 ℃下冲击吸收能量波动较大且合格率不高。H型钢由于形状比较复杂，成型过程基本确定，不易改变道次变形量，因而多采用控制轧制温度及轧后控制冷却，考虑到轧机负荷的限制和控制冷却的复杂性，通过控轧控冷工艺提高钢材性能的可操作性较低。

钒在微合金钢中单独加入时形成VC，属中间相，其化学式可在VC~V4C3之间变化。在一般低氮含量的情况下，VC在γ-Fe中的溶解度比NbC要高得多，在900 ℃以下，V（C，N）可完全溶解于γ-Fe中，因此钒的主要作用是在γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。钒微合金化钢的强韧化机理主要有细晶强化、沉淀强化和固溶强化。

硼在钢中的应用主要集中在微量硼提高钢(ULCB钢和热处理钢)的淬透性上，通过获得均匀的具有良好的综合力学性能的组织(下贝氏体或回火索氏体等)来提高钢的韧性。微量硼对钢材韧性的有利作用：

（1）抑制磷、硫偏析和沿晶断裂

沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶断裂，显著提高低温韧性，这是由于硼抑制了磷、硫对晶界的弱化和硼自身能提高晶界结合力的结果。

（2）改善夹杂物的形态和分布

加硼处理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫化物、氧化物表面，阻止夹杂进一步长大，使夹杂变得细小、圆整，均匀分布于晶界，基本上消除了夹杂在晶界偏聚，强化了晶界，减小了局部应力集中，抑制了裂纹萌生，降低了裂纹扩展速度，使材料冲击韧性提高。

发明内容

本发明主要针对现有技术的薄弱，提出一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法，具体地说是提出一种提高并稳定低温冲击韧性的热轧H型钢的制备方法。

本发明通过改变钢的化学成分，改善显微组织，来提高H型钢产品的力学性能，特别是低温冲击性能，加入了微量的V和B元素，在轧制过程中进行了降温控轧。具体采取的技术方案为：

一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢，其特征在于，钢成分质量百分比如下（%）：C 0.10~0.20，Si 0.20~0.35，Mn 1.10~1.45，P ≤0.020，S≤0.010，Ca≤0.010，B 0.0005~0.0040，V 0.02~0.08，余量为Fe和微量杂质。

优选的，一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢，其特征在于，钢成分质量百分比如下（%）：C 0.12~0.18，Si 0.25~0.30，Mn 1.20~1.35，P ≤0.015，S≤ 0.008，Ca≤0.008，B 0.001~0.0025，V 0.045-0.08，余量为Fe和微量杂质。更优选，钢成分的质量百分比(%)为：C 0.146，Si 0.27，Mn 1.29，P 0.006，S 0.003，Ca0.005，B 0.0025，V 0.08，余量为Fe和微量杂质；

冶炼工艺为：铁水脱硫、脱硅、混铁炉、转炉、精炼、连铸、轧制。冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤80 ppm，[O]≤100 ppm。

优选的，冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤60 ppm，[O]≤80 ppm。更优选，冶炼异型坯中气体质量百分比：[N]35 ppm，[O]42 ppm。

在冶炼过程中，严格控制钢中气体含量非常重要，只有严格控制钢中的气体含量才能进一步降低Q345的脆性转变温度，从而有效解决H型钢低温冲击韧性过低的问题。

在轧制过程中，异型坯的加热温度1190~1290 ℃，开坯温度1120~1230 ℃，终轧温度≤850 ℃。

在万能轧制过程中，停留15~50秒，累计压缩比55%或更大。

经实验表明，钢中加入钒不仅能提高钢的强度、降低过热倾向，而且对钢的低温韧性有明显的影响。当钒的质量分数低于0.02%时，随钒含量的增加，钢的韧脆转变温度降低；当钒的质量分数超过0.08%时，钒含量增加，韧脆转变温度反而升高。为了经济合理，本发明将钒的含量限定在0.02~0.08%范围内。上述技术方案质量百分配比中的钒通过钒铁合金、钒氮合金或钒渣合金化的形式加入钢水中。

通过加入少量的硼，能显著影响材料的性能，微量硼对钢材韧性存在有利作用。为了尽量减小加入的硼对轧制工艺的影响，本发明将硼含量限定在0.0005~0.0040%范围内。硼和钒必须按上述技术方案的数量范围共同加入到钢水中，以发挥硼、钒的复合作用。

附图说明

图1是不同钒含量的热轧H型钢在-40 ℃下的冲击功趋势图。

具体实施方式

实施例1：加硼钒Q345 H型钢，产品规格700×300×13×24，钢的质量分数如下（%）：C 0.16~0.18，Si 0.26~0.29，Mn 1.20~1.27，P 0.012~0.018，S 0.007~0.010，Ca 0.005~0.008，B 0.0012~0.0023，V 0 ~0.076余量为Fe和微量杂质。

冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤80 ppm，[O]≤100 ppm。按上述Q345的熔炼成分，轧制过程温度控制如下：加热温度1250~1280 ℃，开坯温度1180~1225 ℃，终轧温度790~830 ℃。在万能轧制过程中，钢坯停留35秒，累计压缩比为60%。

冲击试验采用夏比V型冲击试样，长度方向沿H型钢产品翼缘纵向。

实验结果见图1。由图1可知，随着V含量的增加，-40 ℃下的冲击功增加。不加V的H型钢产品冲击功较低。

表1 实验钢化学成分及-40℃冲击功表

Figure 2013106737835100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例2：加硼钒Q345 H型钢，产品规格350×350×12×19，钢的质量分数如下（%）：C 0.14~0.17，Si 0.25~0.30，Mn 1.31~1.39，P 0.01~0.018，S 0.005~0.010，Ca 0.005~0.008，B 0.0013~0.0022，V 0.035~0.05，余量为Fe和微量杂质。

冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤80 ppm，[O]≤100 ppm。按上述Q345的熔炼成分，轧制过程温度控制如下：加热温度1250~1280 ℃，开坯温度1180~1230 ℃，终轧温度760~810 ℃。在万能轧制过程中，钢坯停留15-50秒，累计压缩比为55%以上。冲击试验采用夏比V型冲击试样，长度方向沿H型钢产品翼缘纵向。

实验结果见表2。由表2可知，实施例2条件下测试的60个H型钢产品-40 ℃下的冲击功最小值44 J，最大值188 J，平均值119 J。其中，最大值188J所对应的钢的质量百分比(%)为：C 0.146，Si 0.27，Mn 1.29，P 0.006，S 0.003，Ca0.005，B 0.0025，V 0.08，余量为Fe和微量杂质；冶炼异型坯中气体质量百分比：[N]35 ppm，[O]42 ppm。

如上所述，实施例2冶炼的加硼钒Q345钢低温冲击性能良好。由此可见，在原来Q345钢成分的基础上，通过加入0.02~0.08%的钒和0.0005~0.0040%的硼，并控制好温度及气体含量，可以有效解决H型钢低温冲击韧性过低的问题。

表2实施例2情况下-40 ℃冲击功统计表（单位，J）

序号	-40 ℃冲击功	序号	-40 ℃冲击功	序号	-40 ℃冲击功
						1	92	21	134	41	78
2	130	22	130	42	142
						3	170	23	140	43	140
4	140	24	166	44	146
						5	58	25	110	45	142
6	146	26	124	46	144
						7	136	27	44	47	100
8	154	28	146	48	188
						9	112	29	154	49	60
10	114	30	110	50	112
						11	132	31	138	51	144
12	46	32	78	52	84
						13	46	33	140	53	108
14	148	34	118	54	146
						15	56	35	112	55	104
16	70	36	144	56	102
						17	116	37	122	57	124
18	148	38	148	58	92
						19	124	39	64	59	140
20	142	40	150	60	106

Claims

1.一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢，其特征在于，钢成分质量百分比如下（%）：C 0.10~0.20，Si 0.20~0.35，Mn 1.10~1.45，P ≤0.020，S≤0.010，Ca≤0.010，B 0.0005~0.0040，V 0.02~0.08，余量为Fe和微量杂质。

2.根据权利要求1所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢，其特征在于，钢成分质量百分比如下（%）：C 0.12~0.18，Si 0.25~0.30，Mn 1.20~1.35，P ≤0.015，S≤ 0.008，Ca≤0.008，B 0.001~0.0025，V 0.045-0.08，余量为Fe和微量杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤80 ppm，[O]≤100 ppm。

4.根据权利要求3所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，冶炼过程中，控制异型坯中气体质量百分比：[N]≤60 ppm，[O]≤80 ppm。

5.根据权利要求3或4所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，在轧制过程中，异型坯的加热温度为1190~1290 ℃，开坯温度为1120~1230 ℃，终轧温度≤850 ℃。

6.根据权利要求5所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，在万能轧制过程中，钢坯停留15~50秒，累计压缩比为55%或更大。

7.根据权利要求6所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，钢成分的质量百分比(%)为：C 0.146，Si 0.27，Mn 1.29，P 0.006，S 0.003，Ca 0.005，B 0.0025，V 0.08，余量为Fe和微量杂质；冶炼异型坯中气体质量百分比：[N]35 ppm，[O]42 ppm。

8.根据权利要求6所述的一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢的制备方法，其特征在于，质量百分配比中的所述钒通过钒铁合金、钒氮合金或钒渣合金化的形式加入钢水中。