CN103966507B

CN103966507B - 一种屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢及其生产方法

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Publication number: CN103966507B
Application number: CN201410195413.XA
Authority: CN
Inventors: 郭秀辉; 李超; 袁鹏举; 方金林; 蔡森; 张思勋; 张蕾; 杨栋; 赵传东; 马强; 石磊; 尹德全
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: CN103966507A

Abstract

本发明属于钢铁技术领域，具体地，本发明涉及一种屈服强度275MPa级特厚(26mm≤翼缘厚度≤35mm)耐低温热轧H型钢及其生产方法。本发明的屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.12％～0.17％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.90％～1.40％，P≤0.02％，S≤0.015％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.020％，其余为铁及不可避免的杂质。本发明提供的屈服强度275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢的力学性能及‑20℃纵向冲击功能够完全满足275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢的技术要求。

Description

一种屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，具体地，本发明涉及一种屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢及其生产方法。

背景技术

由于采用近终型异形坯在现有的型钢轧机设备上轧制特厚规格H型钢，其压缩比小，加热温度较高，加热温度大于1240℃，且精轧开轧温度大于960℃甚至1000℃，终轧温度≥860℃，出精轧后没有有效的冷却设备，无法实现低温控轧，在950℃以下的累计变形量小于30％，甚至小于10％，若采用Nb微合金化因未再结晶区的累计量不足及终轧温度高将会获得较严重的混晶组织，使得-20℃纵向冲击功值难以满足技术要求。如何采用合适的成分设计以使得特厚耐低温热轧H型钢的-20℃纵向冲击功值满足技术要求成为研究的关键。

中国发明专利CN101925685A涉及一种韧性、焊接性优良的高强度厚钢材及高强度特厚H型钢，其中降低了C量及N量，含有适量的Si、Mn、Nb、Ti、B、O，且C和Nb的含量满足C-Nb/7.74≤0.004，粒径为0.05～10μm的含Ti氧化物的密度为30～300个/mm²，粒径超过10μm的含Ti氧化物的密度为10个/mm²以下。该高强度厚钢材的制造方法如下：在通过预脱氧处理将溶解氧调整到0.005～0.015质量％后添加Ti，进而实施30分钟以上的真空脱气处理，在熔炼后进行连续铸造而得到钢坯，将该钢坯加热到1100～1350℃，进行热轧使其厚度为40～150mm，然后进行冷却。

然而，由于该发明涉及到的高强度特厚H型钢厚度为40～150mm，屈服强度在450MPa以上、抗拉强度在550MPa以上、0℃夏比冲击吸收能在47J以上。该发明通过降低C量及N量，添加少量的Nb及B来提高淬透性和抑制片状铁素体的形成，以提高钢的强度和韧性，C-Nb/7.74≤0.02％，在添加Ti之前进行真空脱气处理，使微细的含Ti氧化物分散在钢中，防止HAZ的粒径的粗大化。轧制包括两次热轧，且轧后直接进行冷却。这种技术难以在现有的采用异型坯轧制H型钢的轧机设备上进行应用。

本发明采用V-Ti微合金化，很好地解决了受异型坯规格小、加热温度高，轧制成品规格厚等因素限制，导致压缩比不足，轧制负荷大且终轧温度高进而使得-20℃纵向低温冲击功值不满足技术要求等一系列工艺瓶颈问题。

发明内容

本发明结合异形坯轧制特厚H型钢的特点，主要通过成分设计即降低碳、磷、硫含量，应用V-Ti复合微合金化成分体系来提高特厚H型钢的耐低温性能，一方面Ti在高温阶段形成TiN可以在加热阶段细化原始奥氏体晶粒，提高奥氏体粗化温度。另一方面采用V微合金，可以将未再结晶温度降低到860℃以下，使采用热轧工艺生产的特厚H型钢处于完全再结晶区轧制，避免混晶现象，均匀晶粒尺寸，提高特厚规格热轧H型钢的-20℃低温冲击性能。更进一步地，本发明还对该H型钢的生产工艺进行了改进，比如转炉出钢过程采用硅钙钡脱氧、全预融合成渣洗、降低中间包过热度等工艺措施，从而实现特厚H型钢更加优良的耐低温性能。

本发明提供的屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢力学性能良好，-20℃纵向冲击功为153～279J，冲击功良好。

本发明的一方面，提供一种屈服强度275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢，所述热轧H型钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.12％～0.17％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.90％～1.40％，P≤0.02％，S≤0.015％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.020％，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明所述的热轧H型钢，其-20℃纵向冲击功为153～279J。

本发明的另一方面，提供一种屈服强度275MPa级别特厚耐低温的热轧H型钢的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：

1)冶炼：采用转炉冶炼、LF精炼和异型坯连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比计与权利要求1所述热轧H型钢的化学成分一致；

2)加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热炉的均热温度控制在1240℃～1290℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷，轧制；

3)轧制：采用粗轧和精轧，粗轧开轧温度控制在1100～1150℃，精轧开轧温度控制在960～1020℃，终轧温度控制在860～880℃；

4)冷却：轧制完毕的轧件经自然冷却后，进入冷床自然冷却或风冷；待所述轧件温度降至120℃以下，送入矫直机进行矫直。

具体地，制备本发明所述热轧H型钢的方法，包括如下步骤：

冶炼：采用转炉冶炼、LF精炼和异型坯连铸，控制钢水的化学成分按重量百分比计为：C：0.12～0.17，Si：0.10～0.30，Mn：0.90～1.40，P≤0.020，S≤0.015，V:0.01～0.03，Ti：0.005～0.020，其余为铁及不可避免的杂质；

加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热炉的均热温度控制在1240～1290℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷、轧制；

轧制：采用粗轧和精轧，其中，粗轧开轧温度控制在1100～1150℃，精轧开轧温度控制在960～1020℃，终轧温度控制在860～880℃，轧材出精轧机后空冷，轧制产品规格以及产品的尺寸精度可以按照GB/T 11263进行控制；

冷却：轧制完毕的轧件经自然冷却后，进入冷床自然冷却或风冷；待所述轧件温度降至120℃以下，送入矫直机进行矫直，最后将所述轧件切成定尺材、码垛、打捆。

根据本发明所述的方法，在冶炼步骤中，钢水进入转炉，转炉出钢过程中采用硅钙钡脱氧，加入量为2.0～3.0kg/t钢。

根据本发明所述的方法，在冶炼步骤中，钢水进入LF精炼炉，在取完第一个成分样后喂入钛线，喂入量为1.5～2.0m/t钢。

根据本发明所述的方法，在冶炼步骤中，LF精炼后，钢水中的氧含量可以为≤15ppm。

根据本发明所述的方法，在冶炼步骤中，连铸过程中的中间包过热度可以控制在15～28℃。

根据本发明所述的方法，在冶炼步骤中，连铸时可以将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯。当钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.8～1.1m/min。

根据本发明所述的方法，连铸时可以将钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯，当钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.7～1.2m/min。

根据本发明所述的生产方法，其中，步骤3)所述轧制时将异形坯轧制成翼缘厚度大于等于26mm，小于等于35mm的特厚H型钢。

本发明提供的一种屈服强度275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢的力学性能及-20℃纵向冲击功能够完全满足275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢的技术要求。因此，本发明为275MPa级别特厚耐低温热轧H型钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种可以在传统热轧工艺下生产的特厚耐低温H型钢及其制备方法，此方法在轧制过程中不需特殊控制轧制温度、轧速及变形量，终轧后不需进行特殊冷却工艺，仅通过适当的成分设计和工艺控制，即可在较高的终轧温度下生产屈服强度275MPa级别的特厚耐低温H型钢，采用夏比V型缺口冲击试验测定其低温冲击韧性，其-20℃纵向冲击功值≥153J。本发明主要通过成分设计来提高特厚H型钢的耐低温性能；更进一步地，本发明还对该H型钢的生产工艺进行了改进，比如转炉出钢过程采用硅钙钡脱氧、全预融合成渣洗、降低中间包过热度等工艺措施提高钢水纯净度、细化原始晶粒，从而实现特厚H型钢更加优良的耐低温性能。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的异型坯的形状。

图2为根据本发明实施例2的异型坯的形状。

图3为根据本发明性实施例1，2的异型坯所获得的热轧H型钢产品形状及尺寸标示，其中H：高度；B：宽度；t1：腹板厚度；t2：翼缘厚度；r：圆角半径。

具体实施方式

根据本发明的总体构思，本发明结合异形坯轧制特厚H型钢的特点，主要采用降低碳、磷、硫含量，V-Ti复合微合金化成分体系进行成分设计，不添加其它的微合金元素。此外，因异形坯连铸机浇铸的复杂性，不采用Al脱氧，采用硅钙钡脱氧。根据成分设计和轧机设备的特点采用热轧工艺即可使整个轧制过程处于完全再结晶区，使特厚规格H型钢在高的终轧温度下即可获得良好的低温冲击韧性。

本发明提供的屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢的生产方法包括以下步骤：冶炼，加热，轧制和冷却，其中，冶炼包括转炉冶炼，LF精炼和异型坯连铸步骤。具体实施方式如下：

(1)转炉冶炼：采用硅锰、高锰和VN进行合金化，采用硅钙钡脱氧，硅钙钡的加入量为2.0～3.0kg/t钢。采用滑板挡渣出钢工艺，当钢水出至1/4时开始均匀加入，依次加入硅锰、高锰、硅钙钡、VN合金，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。将终渣碱度控制在3.0～4.0范围之内。出钢后在渣面加入6～10kg/t钢合成渣。

(2)LF精炼：在LF钢包进行精炼，精炼过程中先充分搅拌化渣，然后取一次样，全分析，造黄白渣，在取完第一个成分样后喂入钛线1.5～2.0m/t钢，根据次样分析的结果，进行钛成分微调，精炼软吹氩之前喂纯钙线100～150m/炉，精炼后保持渣面微动小氩气量搅拌12min以上。所述微动小氩气量是指氩气流量为50～150NL/min。

(3)连铸：连铸过程中，中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，水口对中符合要求，冷却水效果良好，半保护浇注。连铸过程钢水的液相线温度为1517℃，中间包过热度控制在15～28℃。采用结晶器专用保护渣，其化学成分按重量百分比计为(％)：CaO：25.0～30，SiO₂：20.0～22.0，Al₂O₃：10～12，MgO：2～5，C(固定/全碳)：10～15。所述结晶器专用保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1120～1130℃，熔速为40～45s，碱度为1.1～1.3。

可以将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm或1024mm×390mm×90mm的异型坯。当钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.8～1.1m/min。当钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯时，连铸机的拉速可以控制为0.7～1.2m/min。

(4)加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热炉的均热温度控制在1240～1290℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷，轧制。

(5)轧制：异型坯经高压水除磷后，进行粗轧，粗轧开轧温度控制在1100～1150℃，精轧开轧温度控制在960～1020℃，终轧温度控制在860～880℃，轧材出精轧机后空冷，轧制产品规格以及产品的尺寸精度可以按照GB/T 11263进行控制。

(6)冷却：轧制完毕的轧件在运输辊道上自然冷却后，然后进入冷床进行自然冷却或风冷，将轧件产品温度降至120℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，控制异型坯的化学成分按重量百分比计为(％)：C：0.13，Si：0.20，Mn：1.20，P：0.015，S：0.008，V:0.020，Ti：0.014，其余为Fe和不可避免的杂质。控制转炉终轧碱度为3.0，LF精炼取完第一个成分样后喂入Ti线250m，软吹氩12分钟，LF精炼后，钢水中的氧含量为13ppm，然后经异型坯连铸机，将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯，形状如图1所示。

2、加热：加热炉的均热温度为1240～1260℃，加热时间为3.5小时，然后出炉进行除磷，轧制。

3、轧制：粗轧开轧温度控制在1100℃，精轧开轧温度控制在1000℃，终轧温度控制在880℃，轧材出精轧机后空冷，轧制产品规格为H414×405×18×28以及H428×407×20×35H型钢，产品的尺寸精度可以按照GB/T 11263进行控制。

4、冷却：轧制完毕的轧件在运输辊道上自然冷却后，进入冷床自然冷却或风冷，轧件产品温度降至120℃以下后，送入矫直机进行矫直，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

5、性能检验：对所得产品进行性能检验。

6、所得热轧H型钢的形状见图3，尺寸规格见表7，钢的化学成分重量百分比见表1，转炉冶炼过程记录见表2，精炼过程记录见表3，连铸过程记录见表4，加热和轧制过程记录见表5，性能检验结果见表6。

实施例2

1、冶炼：转炉冶炼然后LF精炼，控制异型坯的化学成分按重量百分比计为(％)：C：0.13，Si：0.21，Mn：1.22，P：0.013，S：0.006，V：0.021，Ti：0.015，其余为Fe和不可避免的杂质。控制转炉终轧碱度为3.3，LF精炼取完第一个成分样后喂入Ti线250m，软吹氩14分钟，LF精炼后，钢水中的氧含量为11ppm，然后经异型坯连铸机，将钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯，形状如图2所示。

2、加热：加热炉的均热温度为1260～1280℃，加热时间为3.5小时，然后出炉进行除磷，轧制。

3、轧制：粗轧开轧温度控制在1110℃，精轧开轧温度控制在1005℃，终轧温度控制在880℃，轧材出精轧机后空冷。轧制产品规格为H900×300以及H800×300H型钢，产品的尺寸精度可以按照GB/T 11263进行控制。

5、性能检验：对所得产品进行性能检验。

表1钢的化学成分重量百分比(％)

表2转炉冶炼过程记录

表3精炼过程记录

表4连铸过程记录

表5加热和轧制过程记录

表6热轧H型钢的力学性能

表7热轧H型钢产品尺寸规格

综上所述，采用本发明提供的生产方法制造的屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢，其力学性能和-20℃纵向冲击功能够完全满足屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢的技术要求。因此本发明为屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

然而，本发明并不受限于上述实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims

1.一种屈服强度275MPa级特厚耐低温热轧H型钢，其特征在于，所述热轧H型钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.12％～0.17％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.90％～1.40％，P≤0.02％，S≤0.015％，V：0.01～0.03％，Ti：0.005～0.020％，其余为铁及不可避免的杂质；其中，所述热轧H型钢的-20℃纵向冲击功为153～279J，所述热轧H型钢的翼缘厚度大于等于26mm，小于等于35mm。

2.一种制备权利要求1所述热轧H型钢的方法，包括以下步骤：

2)加热：将异型坯装入加热炉中进行加热，加热炉的均热温度控制在1240～1290℃，加热时间为2～4小时，然后出炉进行除磷，轧制；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述转炉冶炼的转炉出钢过程中采用硅钙钡脱氧，加入量为2.0～3.0kg/t钢。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述LF精炼的钢水进入LF精炼炉，在取完第一个成分样后喂入钛线，喂入量为1.5～2.0m/t钢。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述LF精炼后钢水中的氧含量为≤15ppm。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述异型坯连铸过程的中间包过热度控制在15～28℃。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述异型坯连铸时将钢水浇注成断面为550mm×440mm×90mm的异型坯，连铸机的拉速控制为0.8～1.1m/min。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述异型坯连铸时将钢水浇注成断面为1024mm×390mm×90mm的异型坯，连铸机的拉速控制为0.7～1.2m/min。

9.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤3)所述轧制时将异形坯轧制成翼缘厚度大于等于26mm，小于等于35mm的特厚H型钢。