CN105018839B - 一种420MPa级高性能抗震H型钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种420MPa级高性能抗震H型钢及其制备方法，420MPa级高性能抗震H型钢包含下列重量百分比：C:0.15~0.18 wt%，Si:0.30~0.45 wt%，Mn:1.35~1.55wt%，V:0.070~0.090wt%，P:≤0.015wt%，S:≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。制备方法钢水冶炼、脱氧合金化、钢水LF炉精炼、钢水浇铸、后处理步骤。本发明冶炼采用富氮钒微合金化工艺，有效细化奥氏体晶粒，冶炼时的增加氮含量，有利于形成钒的碳氮化物使其弥散分布于晶界处，促进奥氏体晶粒形核进一步细化奥氏体晶粒，经轧制、控冷、快速冷却等工艺，确保H型钢优良的外形及表面质量，消除加工应力，提高性能。

Description

一种420MPa级高性能抗震H型钢及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种420MPa级高性能抗震H型钢及其制备方法。

背景技术

热轧H型钢是经济断面钢材，力学性能优越，承载能力强、广泛用于大跨度及高层和超高层建筑，随中国城市建筑的大型化和高层化，以热轧H型钢为主的钢结构建筑得到迅速的推广应用。钢结构建筑自重轻、强度高、结构稳定具有较强的抗震能力，但中国地处地震频发地带且地震强度高，目前大量使用的Q235和Q345级别热轧H型钢已不能满足大型钢结构建筑对抗震结构材料的要求，有必要开发强度更高，抗震性能更优越的高性能抗震H型钢。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种420MPa级高性能抗震H型钢；第二目的在于提供所述420MPa级高性能抗震H型钢的制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的420MPa级高性能抗震H型钢包含下列重量百分比：C: 0.15~0.18 wt%，Si: 0.30~0.45 wt%，Mn: 1.35~1.55wt%，V: 0.070~0.090wt%，P: ≤0.015wt%， S: ≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明的第二目的是这样实现的，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水LF炉精炼、钢水浇铸、后处理步骤，具体包括：

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水，铁水的化学成分为：C 4.0-4.5wt%、Si 0.35-0.60wt%、Mn 0.40-0.70wt% 、P 0.070-0.110wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；85kg/t_钢的废钢，废钢的化学成分为：C 0.15-0.28wt%、Si 0.20-0.40 wt%、Mn 0.35-0.60 wt% 、P 0.025-0.045wt%、S 0.025-0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；25kg/t_钢的生铁，生铁的化学成分为：C 3.2-3.8wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.065-0.090wt%、S 0.015-0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；均加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为50~65kg/t_钢，白云石加入量为15~20kg/t_钢，菱镁球加入量为4.0~7.0kg/t_钢，控制终点碳含量0.05~0.10wt%，出钢温度为1635~1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30~50NL/min；

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按20.0~23.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn65.7wt%，Si 17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.6~2.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.9~1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20~40NL/min的小氩量吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0~6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5~0.8kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.0~7.0；之后将钢水温度加热至1580~1590℃进行软吹氩处理，采用流量为20~30NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1530~1545℃，拉速为1.0~1.1m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.3~0.4L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯；

E、将D步骤生产的断面为230×350mm钢坯冷装送入160吨/小时步进梁式连续加热炉，加热温度1270~1360℃，加热时间120~140分钟，高压水除鳞清除钢坯表面99%的氧化铁皮，除鳞后钢坯温度1170~1250℃；

F、将E步骤清除表面氧化铁皮的钢坯，送入两辊往复BD轧机，轧制5~9道次控制轧制温度1050~1250℃，每道次断面平均收缩率6%~12%，总断面收缩率55%~80%，细化轧件奥氏体晶粒；

G、将F步骤轧成轧件，切除头部长度不规则区域，送入10机架连续轧机轧制成型，其中6机架和9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，轧制温度控制在950~1150℃，每道次翼缘平均断面收缩10%~15%，腹板平均断面收缩率8%~11%，总断面收缩率80%~85%，终轧速度3.0~5.0 m/s，轧制使奥氏体再结晶进一步细化晶粒，轧后H型钢翼缘温度为1000~1150℃，腹板温度为950~1020℃，翼缘与腹板温差80~160℃；

H、将G步骤轧制的H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床，冷床长126米，宽26米，H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.2~0.5℃/s，冷却至450~600℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度20~35℃/s,冷却至20~50℃时出冷床，H型钢翼缘与腹板温差小于5℃，H型钢断面温度均匀，组织细密，强度高，韧塑性高，抗震性能优异；

I、将H步骤冷却后的H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度10~30℃，矫直速度1~3m/s，矫直辊平均压下1~3mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.15~0.18wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 1.35~1.55wt%、V 0.070~0.090wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；其具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL420~500MPa，抗拉强度Rm570~640MPa，强屈比Rm/ReL≥1.27，断后伸长率A≥26%，0℃冲击吸收能≥36J，焊接性能CEV≤0.45%。

本发明冶炼采用富氮钒微合金化工艺，钒微合金化过程中钒钉扎在奥氏体晶界上阻止奥氏体晶粒的长大，有效细化奥氏体晶粒，冶炼时的增加氮含量，有利于形成钒的碳氮化物使其弥散分布于晶界处，促进奥氏体晶粒形核进一步细化奥氏体晶粒，在轧制时轧件控制在950℃奥氏体再结晶温度上，轧制快速大变形量压缩，奥氏体晶粒破碎细化，轧后H型钢在冷床空冷至450~600℃，长尺快速冷却至常温，促进晶粒再结晶细化，同时可以降低H型钢长度及断面的温度差，组织细致均匀，确保H型钢高强度、高韧塑性、低碳当量和高抗震性，H型钢在10辊在线矫直机长尺连续矫直，一道次大塑性变形，四道次小压下恢复，也确保H型钢优良的外形及表面质量，消除加工应力，提高性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的420MPa级高性能抗震H型钢，包含下列重量百分比：C: 0.15~0.18wt%，Si: 0.30~0.45 wt%，Mn: 1.35~1.55wt%，V: 0.070~0.090wt%，P: ≤0.015wt%， S: ≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明所述的420MPa级高性能抗震H型钢的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水LF炉精炼、钢水浇铸、后处理步骤，具体包括：

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水，铁水的化学成分为：C 4.0-4.5wt%、Si 0.35-0.60wt%、Mn 0.40-0.70wt% 、P 0.070-0.110wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；85kg/t_钢的废钢，废钢的化学成分为：C 0.15-0.28wt%、Si 0.20-0.40 wt%、Mn 0.35-0.60 wt% 、P 0.025-0.045wt%、S 0.025-0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；25kg/t_钢的生铁，生铁的化学成分为：C 3.2-3.8wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.065-0.090wt%、S 0.015-0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；均加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为50~65kg/t_钢，白云石加入量为15~20kg/t_钢，菱镁球加入量为4.0~7.0kg/t_钢，控制终点碳含量0.05~0.10wt%，出钢温度为1635~1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30~50NL/min；

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按20.0~23.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn65.7wt%，Si 17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.6~2.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.9~1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20~40NL/min的小氩量吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0~6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5~0.8kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.0~7.0；之后将钢水温度加热至1580~1590℃进行软吹氩处理，采用流量为20~30NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1530~1545℃，拉速为1.0~1.1m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.3~0.4L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯；

E、将D步骤生产的断面为230×350mm钢坯冷装送入160吨/小时步进梁式连续加热炉，加热温度1270~1360℃，加热时间120~140分钟，高压水除鳞清除钢坯表面99%的氧化铁皮，除鳞后钢坯温度1170~1250℃；

F、将E步骤清除表面氧化铁皮的钢坯，送入两辊往复BD轧机，轧制5~9道次控制轧制温度1050~1250℃，每道次断面平均收缩率6%~12%，总断面收缩率55%~80%，细化轧件奥氏体晶粒；

G、将F步骤轧成轧件，切除头部长度不规则区域，送入10机架连续轧机轧制成型，其中6机架和9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，轧制温度控制在950~1150℃，每道次翼缘平均断面收缩10%~15%，腹板平均断面收缩率8%~11%，总断面收缩率80%~85%，终轧速度3.0~5.0 m/s，轧制使奥氏体再结晶进一步细化晶粒，轧后H型钢翼缘温度为1000~1150℃，腹板温度为950~1020℃，翼缘与腹板温差80~160℃；

H、将G步骤轧制的H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床，冷床长126米，宽26米，H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.2~0.5℃/s，冷却至450~600℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度20~35℃/s,冷却至20~50℃时出冷床，H型钢翼缘与腹板温差小于5℃，H型钢断面温度均匀，组织细密，强度高，韧塑性高，抗震性能优异；

I、将H步骤冷却后的H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度10~30℃，矫直速度1~3m/s，矫直辊平均压下1~3mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.15~0.18wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 1.35~1.55wt%、V 0.070~0.090wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；其具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL420~500MPa，抗拉强度Rm570~640MPa，强屈比Rm/ReL≥1.27，断后伸长率A≥26%，0℃冲击吸收能≥36J，焊接性能CEV≤0.45%。H型钢规格H250×125×6×9、H300×150×6×9、H200×200×8×12。

实施例1

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.35wt%、Mn0.40wt% 、P 0.070wt%、S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、85kg/t_钢的废钢(化学成分C 0.15wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.35wt% 、P 0.025wt%、S 0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、25kg/t_钢的生铁(化学成分C 3.2wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.065wt%、S0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为50kg/t_钢，白云石加入量为15kg/t_钢，菱镁球加入量为4.0kg/t_钢，控制终点碳含量0.05wt%，出钢温度为1635℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30NL/min。

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按20.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.7wt%，Si17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.6kg/t_钢的量，下列质量比的硅钙钡合金：Si17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.9kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N 14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.0；之后将钢水温度加热至1590℃进行软吹氩处理，采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1545℃，拉速为1.1m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.4L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯。

E、将D步骤生产的230×350mm矩形断面，定尺长5400mm，重量3500kg铸坯由输送辊道冷装送入四段连续步进梁式加热炉加热，加热温度1310℃，加热时间127分钟，开轧温度1235℃，高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮，高压水压力110MPa，高压水吹扫时间7秒，除鳞后钢坯表面温度1186℃。

F、将E步骤除鳞后的230mm×350mm 钢坯，送入BD往复式轧机，在4个孔型往复轧制7道次，轧制速度4m/s，每道次依次压下量37mm、37mm、60mm、65mm、50mm、35mm、17mm，总断面收缩率77.6%，BD轧机轧制终轧温度1077℃。

G、将F步骤轧制后的轧件，切除头部长度400mm的不规则区域，然后送入万能连轧机组轧制，其中6机架、9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，终轧速度4.5m/s，万能轧机每道次翼缘平均断面收缩率11%，腹板平均断面收缩率10%，断面总收缩率82.3%，轧制成H250×125×6×9 H型钢，翼缘温度1077℃，腹板温度962℃，翼缘与腹板温度差115℃。

H、将G步骤轧制的H250×125×6×9 H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床（长126米，宽26米），H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.4℃/s,冷却至475℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度30℃/s,H型钢冷却至24℃，翼缘与腹板温差3℃。

I、将H步骤冷却后的H250×125×6×9 H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度24℃，矫直速度3m/s，矫直辊平均压下1.5mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.15wt%、Si 0.30wt%、Mn1.35wt% 、V 0.070wt%、P 0.010wt%、S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL420MPa，抗拉强度Rm570MPa，强屈比Rm/ReL1.35，断后伸长率A 28.5%，0℃冲击吸收能42J，焊接性能CEV≤0.45%。，轧制成型后H型钢规格H250×125×6×9。

实施例2

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水(化学成分C 4.2wt%、Si 0.48wt%、Mn0.55wt% 、P 0.086wt%、S 0.024wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、85kg/t_钢的废钢(化学成分C 0.21wt%、Si 0.32wt%、Mn 0.49 wt% 、P 0.035wt%、S 0.038wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、25kg/t_钢的生铁(化学成分C 3.6wt%、Si 0.42 wt%、Mn 0.42wt% 、P0.083wt%、S 0.023wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为58kg/t_钢，白云石加入量为19kg/t_钢，菱镁球加入量为5.7kg/t_钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度为1649℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为40NL/min。

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按21.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.7wt%，Si17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.5kg/t_钢的量，下列质量比的硅钙钡合金：Si17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.1kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N 14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(30NL/min)吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰5.0kg/t_钢，然后加入电石0.7kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.2；之后将钢水温度加热至1586℃进行软吹氩处理，采用流量为25NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1538℃，拉速为1.05m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.35L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯。

E、将D步骤生产的230×350mm矩形断面,定尺长6840mm，重量4365kg的铸坯由输送辊道冷装送入四段连续步进梁式加热炉加热，加热温度1298℃，加热时间132分钟，开轧温度1210℃，高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮，高压水压力115MPa，高压水吹扫时间8.8秒，除鳞后钢坯表面温度1172℃。

F、将E步骤除鳞后的230mm×350mm 钢坯，送入BD往复式轧机，在3个孔型往复轧制7道次，轧制速度3.8m/s，每道次依次压下量45mm、55mm、35mm、20mm、20mm、17mm、6mm，断面总收缩率65.9%，BD轧机终轧温度1054℃。

G、将F步骤轧制后的轧件，切除头部长度400mm的不规则区域，然后送入万能连轧机组轧制，其中6机架、9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，终轧速度3.5m/s，万能轧机每道次翼缘平均收缩率9.27%，腹板平均收缩率9.03%，断面总收缩率74.1%，轧制成H300×150×6×9 H型钢，翼缘温度1055℃，腹板温度951℃，翼缘与腹板温度差104℃。

H、将G步骤轧制的H300×150×6×9 H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床（长126米，宽26米），H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.2℃/s,冷却至500℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度32℃/s,H型钢冷却至20℃，翼缘与腹板温差5℃。

I、将H步骤冷却后的H300×150×6×9 H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度20℃，矫直速度4.2m/s，矫直辊平均压下1mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.17wt%、Si 0.38wt%、Mn1.45wt% 、V 0.080wt%、P 0.013wt%、S 0.017wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL465MPa，抗拉强度Rm615MPa，强屈比Rm/ReL1.32，断后伸长率A 27.0%，0℃冲击吸收能38J，焊接性能CEV≤0.45%。及轧制成型后H型钢规格H300×150×6×9。

实施例3

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水(化学成分C 4.5wt%、Si 0.60wt%、Mn0.70wt% 、P 0.110wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、85kg/t_钢的废钢(化学成分C 0.28wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.60wt% 、P0.045wt%、S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、25kg/t_钢的生铁(化学成分C 3.8wt%、Si 0.50 wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.090wt%、S0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为65kg/t_钢，白云石加入量为20kg/t_钢，菱镁球加入量为7.0kg/t_钢，控制终点碳含量0.10wt%，出钢温度为1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为50NL/min。

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按23.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.7wt%，Si17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.2kg/t_钢的量，下列质量比的硅钙钡合金：Si17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N 14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(40NL/min)吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰6.0kg/t_钢，然后加入电石0.8kg/t_钢调渣，控制渣碱度为7.0；之后将钢水温度加热至1580℃进行软吹氩处理，采用流量为30NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1530℃，拉速为1.0m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.3L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯。

E、将D步骤生产的230×350mm矩形断面，定尺7470mm，重量4760kg的铸坯由输送辊道冷装送入四段连续步进梁式加热炉加热，加热温度1350℃，加热时间138分钟，开轧温度1266℃，高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮，高压水压力108MPa，高压水吹扫时间9.6秒，除鳞后钢坯表面温度1203℃。

F、将E步骤除鳞后的230mm×350mm 钢坯，送入BD往复式轧机，在5个孔型往复轧制9道次，轧制速度4m/s，每道次压下65mm、65mm、45mm、40mm、35mm、25mm、10mm、20mm、10mm，断面总收缩率58%，BD轧机终轧温度1074℃。

G、将F步骤轧制后的轧件，切除头部长度350mm的不规则区域，然后送入万能连轧机组轧制，其中6机架、9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，终轧速度3m/s，万能轧机每道次翼缘平均收缩率11.2%，腹板平均收缩率10.8%，断面总压缩81.1%，轧制成H200×200×8×12 H型钢，翼缘温度1072℃，腹板温度963℃，翼缘与腹板温度差109℃。

H、将G步骤轧制的H200×200×8×12 H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床（长126米，宽26米），H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.24℃/s,冷却至482℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度35℃/s,H型钢冷却至30℃，翼缘与腹板温差4℃。

I、将H步骤冷却后的H200×200×8×12 H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度30℃，矫直速度4m/s，矫直辊平均压下3.2mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.18wt%、Si 0.45wt%、Mn1.55wt% 、V 0.090wt%、P 0.015wt%、S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL500MPa，抗拉强度Rm640MPa，强屈比Rm/ReL1.28，断后伸长率A 26%，0℃冲击吸收能36J，焊接性能CEV≤0.45%。轧制成型后H型钢规格H200×200×8×12。

Claims (1)

1.一种420MPa级高性能抗震H型钢的制备方法，其特征在于包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水LF炉精炼、钢水浇铸、后处理步骤，具体包括：

A、钢水冶炼：将重量配比为985kg/t_钢的铁水，铁水的化学成分为：C 4.0-4.5wt%、Si0.35-0.60wt%、Mn 0.40-0.70wt%、P 0.070-0.110wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；85kg/t_钢的废钢，废钢的化学成分为：C 0.15-0.28wt%、Si 0.20-0.40 wt%、Mn0.35-0.60 wt% 、P 0.025-0.045wt%、S 0.025-0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；25kg/t_钢的生铁，生铁的化学成分为：C 3.2-3.8wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.30-0.50wt%、P 0.065-0.090wt%、S 0.015-0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；均加入LD转炉中进行顶底复合吹炼，加入常规石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为50~65kg/t_钢，白云石加入量为15~20kg/t_钢，菱镁球加入量为4.0~7.0kg/t_钢，控制终点碳含量0.05~0.10wt%，出钢温度为1635~1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为4.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30~50NL/min；

B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按20.0~23.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.7wt%，Si17.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.6~2.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.9~1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 77.8 wt%，C 4.2 wt%，N 14.5 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

C、钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20~40NL/min的小氩量吹氩3分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0~6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5~0.8kg/t_钢调渣，控制渣碱度为5.0~7.0；之后将钢水温度加热至1580~1590℃进行软吹氩处理，采用流量为20~30NL/min的小氩气量对钢水软吹氩10分钟，之后加入常规钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；

D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1530~1545℃，拉速为1.0~1.1m/min，结晶器水量为200m³/h，二冷比水量为0.3~0.4L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为2.5Hz的条件下，采用R12m直弧形连续矫直5机5流矩型坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面230mm×350mm的矩型坯；

E、将D步骤生产的断面为230×350mm钢坯冷装送入160吨/小时步进梁式连续加热炉，加热温度1270~1360℃，加热时间120~140分钟，高压水除鳞清除钢坯表面99%的氧化铁皮，除鳞后钢坯温度1170~1250℃；

F、将E步骤清除表面氧化铁皮的钢坯，送入两辊往复BD轧机，轧制5~9道次控制轧制温度1050~1250℃，每道次断面平均收缩率6%~12%，总断面收缩率55%~80%，细化轧件奥氏体晶粒；

G、将F步骤轧成轧件，切除头部长度不规则区域，送入10机架连续轧机轧制成型，其中6机架和9机架为两辊轧边机，其余为四辊万能轧机，轧制温度控制在950~1150℃，每道次翼缘平均断面收缩10%~15%，腹板平均断面收缩率8%~11%，总断面收缩率80%~85%，终轧速度3.0~5.0m/s，轧制使奥氏体再结晶进一步细化晶粒，轧后H型钢翼缘温度为1000~1150℃，腹板温度为950~1020℃，翼缘与腹板温差80~160℃；

H、将G步骤轧制的H型钢通过输送辊道，送入步进式冷床，冷床长126米，宽26米，H型钢长尺进行自然冷却，冷却速度0.2~0.5℃/s，冷却至450~600℃时，在冷床全长采用气雾对H型钢进行快速冷却，冷却速度20~35℃/s，冷却至20~50℃时出冷床，H型钢翼缘与腹板温差小于5℃，H型钢断面温度均匀，组织细密，强度高，韧塑性高，抗震性能优异；

I、将H步骤冷却后的H型钢通过输送辊道，送入10辊悬臂矫直机，进行H型钢的连续长尺矫直，矫直温度10~30℃，矫直速度1~3m/s，矫直辊平均压下1~3mm，矫直后H型钢外形及表面质量符合相关标准要求，内部应力得到释放消除，得到屈服强度420MPa级高性能抗震H型钢，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.15~0.18wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 1.35~1.55wt%、V 0.070~0.090wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；其具有下列工艺力学性能：H型钢屈服强度ReL420~500MPa，抗拉强度Rm570~640MPa，强屈比Rm/ReL≥1.27，断后伸长率A≥26%，0℃冲击吸收能≥36J，焊接性能CEV≤0.45%。