CN105018861A - 一种低成本正火轧制热轧h型钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本正火轧制热轧H型钢及其制备方法，属于冶金及轧制技术领域。本发明所述H型钢的化学成分按重量百分比为(％)：C：0.04～0.15，Si：0.15～0.50，Mn：0.95～1.65，P≤0.020，S≤0.015，Al：0.02～0.050，Cu≤0.55，Cr≤0.30，Ni≤0.50，Mo≤0.10，B≤0.03，V：0.02～0.060，As+Sn+P+S≤0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢材生产工艺流程如下：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—矩形坯连铸—加热—高压水除鳞—轧制与冷却—矫直—定尺锯切—收集码垛。本发明的产品具有生产成本低，强度高，低温韧性好，焊接使用性能优良等特点，满足了目前极寒地区、LNG项目、海上石油平台项目用热轧H型钢材料的应用需求。

Description

一种低成本正火轧制热轧H型钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体地，本发明涉及一种低成本正火轧制热轧H型钢及其制备方法。

背景技术

H型钢作为一种良好的经济型材料，广泛应用于高层建筑、机场、化工及石油天然气行业。北极拥有丰富的石油天然气资源，该地区资源开发项目数量将明显增多，对于耐极低温钢材的需求也将大幅提高。同时随着北极航道的开通，比现有苏伊士运河货运时间缩短10天以上，也加速了造船业对耐极低温钢材的需求。因该地区常年温度处在-40℃以下，对热轧H型钢的性能提出了更为苛刻的要求，传统材质的热轧H型钢无论从强度、耐低温性能还是焊接使用性方面都完全不能满足该地区的材料使用要求。

中国发明专利申请CN103667910A公开了一种具有良好低温冲击韧性的热轧H型钢及其制造方法，该钢按质量百分比由如下化学成分组成：C 0.05～0.18％，Si0.15～0.40％，Mn1.0～1.50％，V 0.010～0.050％，Nb 0.015～0.050％，Ti0.005～0.025％，Al≤0.035％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。此发明采用Nb、V、Ti、等多种微合金化元素，成本相对较高，加热温度相对高，且终轧温度要求控制在880℃以下。

中国发明专利CN102021475A公开了一种耐低温结构用热轧H型钢的制备方法，此发明钢成分重量百分比为：C 0.12～0.22％，Si 0.10～0.4％，Mn 1.1～1.50％，P≤0.025％，S≤0.025％，Nb 0.02～0.05％；其余为铁和微量杂质。该发明轧制过程需要轧制变形制度采用大压下量开坯，大压下率终轧；大压下率终轧，指的是在终轧最后2道次，要求快速连续轧制，以实现末2道累积压下率为30％～40％，将精轧道次变形量控制在60％～70％，加入了Nb微合金化，需要轧制过程保证充分的大压下，对轧机能力要求高。

中国发明专利CN102618781A公开了一种耐低温结构用热轧H型钢及其制备方法，此发明钢成分重量百分比为：C 0.12～0.22％，Mn 1.10～1.50％，Si 0.10～0.40％，P≤0.025％，S≤0.025％，V 0.01～0.05％，余量为铁和微量杂质，产品极限低温温度为纵向-20℃。

中国发明专利CN101255527公开了一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法，此发明钢成分重量百分比为：C0.08～0.20％，Mn1.00～1.60％，Si0.10～0.55％，P≤0.025％，S≤0.025％，Nb0.015～0.035％，B0.0005～0.0012％，余量为铁和微量杂质。该发明中主要通过加入了Nb和B微合金化，产品低温温度为纵向-40℃，低温冲击韧性也不是很高，用铝脱氧，容易造成连铸过程的水口堵塞。

上述专利中，生产成本高，连铸过程中水口容易堵塞，加热温度高，精轧变形累积压下率要求比较大，终轧温度要求低，但容易引起轧机负荷大，轧件弯曲和偏头、尺寸不易控制，轧制过程中容易发生堆钢等事故，对设备危害风险大，最终导致H型钢综合性能和成品尺寸合格率比较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低成本正火轧制热轧H型钢，该钢具有生产成本低、强度高、低温韧性好、焊接使用性能优良等特点，满足了极寒地区、LNG项目、海上石油平台项目等领域热轧H型钢材料的应用需求。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种低成本正火轧制热轧H型钢，所述H型钢的化学成分按重量百分比为(％)：C：0.04～0.15，Si：0.15～0.50，Mn：0.95～1.65，P≤0.020，S≤0.015，Al：0.02～0.050，Cu≤0.55，Cr≤0.30，Ni≤0.50，Mo≤0.10，B≤0.03，V：0.02～0.060，As+Sn+P+S≤0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述H型钢的碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.38；裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20。

本发明的另一个目的在于，本发明还提供了生产上述H型钢的制备方法，该方法包括如下步骤：

铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—矩形坯连铸—加热—高压水除鳞—轧制与冷却—矫直—定尺锯切—收集码垛，具体为：

1)转炉冶炼

采用低的含硫和含砷高炉铁水，一般要求铁水硫含量[S]≤0.02％，砷含量[S]≤0.0005％，冶炼终点控制：[S]<0.015％，[P]<0.015％；将预处理的铁水和优质废钢按设计比例加入顶底复吹转炉，造渣制度采用单渣工艺冶炼，合理控制终渣碱度和终点目标值；挡渣出钢，杜绝大量下渣，出钢过程采用铝锰铁脱氧合金化，利用钒铁、钒氮微合金化，按照钒微合金化合金控制目标值，按钒铁：钒氮＝1:3比例添加，钢水出至四分之一时，分批加入脱氧剂、硅铁、金属锰、钒氮、钒铁合金，钢水出至四分之三时加完，确保转炉成分达到内控目标要求；

2)LF精炼操作

进站取初样后定氧和定Al含量，如[O]＜20ppm，喂入Al线调整Al含量至目标控制值。如氧位不能达到要求，则调整氧位后喂入Al线，喂线速度不小于3m/s；全程按工艺要求进行底吹氩，前期可根据情况适当调高氩气压力，起充分搅拌作用，出站前采用软吹，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩大于10分钟(如12min,14min,15min)，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂纯钙线100-150m/炉(120m/炉,130m/炉,140m/炉)；精炼出站钢中[O]<10ppm；

3)连铸

连铸采用全保护浇注工艺，使用大包长水口，加密封圈；中间包采用塞棒包，可以稳定钢水流速、结晶器液面波动以及铸坯拉速，防止浇注过程水口堵塞，过热度一般控制在15～25℃；结晶器采用电磁搅拌，可以均匀成分，减少偏析，保证了良好的铸坯内部质量。铸坯拉速为0.75～1.0m/min；将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为240x375、275x380、320x410规格矩形坯；

4)加热：

坯料冷装入炉加热，加热、均热温度1180～1260℃(1200℃,1220℃,1230℃,1240℃)，加热时间2.0～4.0小时(2.5h,2.7h,3.0h)，然后出炉进行轧制；

5)轧制与冷却

坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1150℃以上，精轧开轧温度980℃以下，精轧累计压下率不小于10％(10％,12％,15％,16％)。精轧采取降速轧制，轧速按60％～75％降速控制，终轧温度控制在820℃～930℃(930℃,910℃,890℃,870℃)，以达到正火轧制的效果，轧件在冷床进行自然冷却，产品温度降至120℃以下后，进矫直机进行矫直，轧材成品规格范围为HE160A(152*160*6*9)/HE160B(160*160*8*13)～HE220A(210*220*7*11)/HE220B(220*220*9*15)，IPE240(240*120*6.2*9.8)～IPE400(400*180*8.6*13.5)。

本发明只用相对简单的V、Al微合金化，加热温度控制相对要低，终轧温度控制在930℃以下即可，本发明精轧累计压下率只需控制不小于10％，对精轧轧机能力要求不高，对设备损害风险小，本发明使产品具有良好-40℃纵向、-20℃横向和-50℃纵向冲击韧性。

本明通过钒铁：钒氮＝1：3配比微合金化和铝微合金化，通过采用比Nb廉价的V、V-N、Al微合金化，生产成本低的同时，使用中间包塞棒包技术，较好解决了铝脱氧浇注过程水口易堵塞问题。

本发明主要的优势及拟解决的问题如下：(1)相比其它，采用相对简单与廉价的微合金化元素，生产成本低，工艺简单；(2)通过采用中间包塞棒包控制技术，采用Al脱氧和微合金化，较好的解决了连铸过程水口容易堵塞的问题；(3)采用铌微合金化一般要求加热温度高，精轧变形累积压下率要求比较大，终轧温度要求低，但容易引起轧机负荷大，轧件弯曲和偏头、尺寸不易控制，轧制过程中容易发生堆钢等事故，对设备危害风险大，最终导致H型钢综合性能和成品尺寸合格率比较低。本发明能很好解决此类问题。

附图说明

图1为本发明实施例1所得H型钢组织结构图；

图2为本发明实施例2所得H型钢组织结构图；

图3为本发明实施例3所得H型钢组织结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

控制异型坯的化学成分如表1所示。

1)转炉冶炼

采用低的含硫和含砷高炉铁水，一般要求铁水硫含量[S]≤0.02％，砷含量[S]≤0.0005％，冶炼终点控制：[S]<0.015％，[P]<0.015％；将预处理的铁水和优质废钢按设计比例加入顶底复吹转炉，造渣制度采用单渣工艺冶炼，合理控制终渣碱度和终点目标值；挡渣出钢，杜绝大量下渣，出钢过程采用铝锰铁脱氧合金化，利用钒铁、钒氮微合金化，按照钒微合金化合金控制目标值，按钒铁：钒氮＝1:3比例添加，钒铁及钒氮合金在钢水出至四分之一加入，出至四分之三时加完，控制终轧碱度为3.5；

2)LF精炼操作

进站取初样后定氧和定Al含量，如[O]＜20ppm，喂入Al线调整Al含量至目标控制值。如氧位不能达到要求，则调整氧位后喂入Al线，喂线速度不小于3m/s；全程按工艺要求进行底吹氩，前期可根据情况适当调高氩气压力，起充分搅拌作用，出站前采用软吹，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩12分钟(如12min,14min,15min)，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂纯钙线100-150m/炉(120m/炉,130m/炉,140m/炉)；精炼出站钢中[O]＝8ppm；

3)连铸

连铸采用全保护浇注工艺，使用大包长水口，加密封圈；中间包采用塞棒包，可以稳定钢水流速、结晶器液面波动以及铸坯拉速，防止浇注过程水口堵塞，；结晶器采用电磁搅拌，可以均匀成分，减少偏析，保证了良好的铸坯内部质量。将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为240x375规格矩形坯，连铸过程参数见表2；

4)加热：

坯料冷装入炉加热，加热、均热温度1228℃，加热时间3小时，然后出炉进行轧制；

5)轧制与冷却

坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1180℃，粗轧开启水冷却装置冷却，粗轧往复轧制9道次，精轧开轧温度959℃，精轧开启水冷却装置冷却，精轧累计压下率不小于10％(10％,12％,15％,16％)。精轧采取降速轧制，轧速按75％降速控制，精轧经连续7架轧机轧制完成，终轧温度控制在900℃，以达到正火轧制的效果，轧件在冷床进行自然冷却，产品温度降至120℃以下后，进矫直机进行矫直，轧制产品规格为IPE240(300*150*7.1*10.7)，产品的尺寸精度可以按照BS EN 10034：1993进行控制。冷却：对轧制完毕的轧件产品不进行喷水冷却，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80℃以下后，送入矫直机进行矫直，矫直温度70℃，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

性能检验：对所得产品进行性能检验，力学性能所用的试样取样位置在H型钢翼缘上，由边部到心部1/3处，参照标准为BS EN ISO 377-1997《力学性能试验试样的取样位置和制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准ISO6892-1-2009《金属材料室温拉伸试验方法》；冲击功试验方法参照标准ISO 148-1《金属材料夏比摆锤冲击试验》，结果见表3。产品组织结构图如图1所示，产品组织为铁素体+珠光体，晶粒度在9级以上。

表1 为实施例1-3H型钢的化学成分及碳当量和裂纹敏感系数

实施例	1	2	3
				C	0.09	0.11	0.1
Si	0.28	0.3	0.32
				Mn	1.45	1.41	1.44
P	0.015	0.014	0.011
				S	0.009	0.007	0.005
Al	0.034	0.04	0.041
				V	0.046	0.05	0.049
Cr	0.017	0.008	0.01
				Ni	0.016	0.012	0.015
Cu	0.016	0.01	0.016
				Mo	0.024	0.007	0.016
B	0.0003	0.0001	0.0004
				CEV	0.36	0.36	0.36
Pcm	0.19	0.2	0.2

表2：连铸过程参数

表3：轧材力学性能记录表

实施例2

控制异型坯的化学成分如表1所示。

1)转炉冶炼

采用低的含硫和含砷高炉铁水，一般要求铁水硫含量[S]≤0.02％，砷含量[S]≤0.0005％，冶炼终点控制：[S]<0.015％，[P]<0.015％；将预处理的铁水和优质废钢按设计比例加入顶底复吹转炉，造渣制度采用单渣工艺冶炼，合理控制终渣碱度和终点目标值；挡渣出钢，杜绝大量下渣，出钢过程采用铝锰铁脱氧合金化，利用钒铁、钒氮微合金化，按照钒微合金化合金控制目标值，按钒铁：钒氮＝1:3比例添加，钒铁及钒氮合金在钢水出至四分之一加入，出至四分之三时加完，控制终轧碱度为3.7；

2)LF精炼操作

进站取初样后定氧和定Al含量，如[O]＜20ppm，喂入Al线调整Al含量至目标控制值。如氧位不能达到要求，则调整氧位后喂入Al线，喂线速度不小于3m/s；全程按工艺要求进行底吹氩，前期可根据情况适当调高氩气压力，起充分搅拌作用，出站前采用软吹，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩14分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂纯钙线100-150m/炉；精炼出站钢中[O]＝9ppm；

3)连铸

连铸采用全保护浇注工艺，使用大包长水口，加密封圈；中间包采用塞棒包，可以稳定钢水流速、结晶器液面波动以及铸坯拉速，防止浇注过程水口堵塞；结晶器采用电磁搅拌，可以均匀成分，减少偏析，保证了良好的铸坯内部质量。将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为275x380规格矩形坯，连铸过程参数见表2；

4)加热：

坯料冷装入炉加热，加热、均热温度1245℃，加热时间3.2小时，然后出炉进行轧制；

5)轧制与冷却

坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1200℃，粗轧开启水冷却装置冷却，粗轧往复轧制11道次，精轧开轧温度965℃，精轧开启水冷却装置冷却，精轧累计压下率不小于10％(10％,12％,15％,16％)。精轧采取降速轧制，轧速按70％降速控制，精轧经连续7架轧机轧制完成，终轧温度控制在912℃，以达到正火轧制的效果，轧制产品规格为IPE360(360*170*8*12.7)，产品的尺寸精度可以按照BS EN 10034：1993进行控制。对轧制完毕的轧件产品不进行喷水冷却，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100℃以下后，送入矫直机进行矫直，矫直温度86℃，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

性能检验：对所得产品进行性能检验，力学性能所用的试样取样位置在H型钢翼缘上，由边部到心部1/3处，参照标准为BS EN ISO 377-1997《力学性能试验试样的取样位置和制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准ISO6892-1-2009《金属材料室温拉伸试验方法》；冲击功试验方法参照标准ISO 148-1《金属材料夏比摆锤冲击试验》，结果见表3。

产品组织结构图如图2所示，产品组织为铁素体+珠光体，晶粒度在8.5级以上。

实施例3

控制异型坯的化学成分如表1所示。

1)转炉冶炼

采用低的含硫和含砷高炉铁水，一般要求铁水硫含量[S]≤0.02％，砷含量[S]≤0.0005％，冶炼终点控制：[S]<0.015％，[P]<0.015％；将预处理的铁水和优质废钢按设计比例加入顶底复吹转炉，造渣制度采用单渣工艺冶炼，合理控制终渣碱度和终点目标值；挡渣出钢，杜绝大量下渣，出钢过程采用铝锰铁脱氧合金化，利用钒铁、钒氮微合金化，按照钒微合金化合金控制目标值，按钒铁：钒氮＝1:3比例添加，钒铁及钒氮合金在钢水出至四分之一加入，出至四分之三时加完，控制终轧碱度为4.0；

2)LF精炼操作

进站取初样后定氧和定Al含量，如[O]＜20ppm，喂入Al线调整Al含量至目标控制值。如氧位不能达到要求，则调整氧位后喂入Al线，喂线速度不小于3m/s；全程按工艺要求进行底吹氩，前期可根据情况适当调高氩气压力，起充分搅拌作用，出站前采用软吹，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩15分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂纯钙线100-150m/炉；精炼出站钢中[O]＝9ppm；

3)连铸

连铸采用全保护浇注工艺，使用大包长水口，加密封圈；中间包采用塞棒包，可以稳定钢水流速、结晶器液面波动以及铸坯拉速，防止浇注过程水口堵塞；结晶器采用电磁搅拌，可以均匀成分，减少偏析，保证了良好的铸坯内部质量。将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成断面为320mmx410mm规格矩形坯，连铸过程参数见表2；

4)加热：

坯料冷装入炉加热，加热、均热温度1254℃，加热时间3.5小时，然后出炉进行轧制；

5)轧制与冷却

坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1205℃，粗轧开启水冷却装置冷却，粗轧往复轧制11道次，精轧开轧温度978℃，精轧开启水冷却装置冷却，精轧累计压下率不小于10％(10％,12％,15％,16％)。精轧采取降速轧制，轧速按60％降速控制，精轧经连续7架轧机轧制完成，终轧温度控制在915℃，以达到正火轧制的效果，轧制产品规格为IPE400(400*180*8.6*13.5)，产品的尺寸精度可以按照BS EN 10034：1993进行控制。冷却：对轧制完毕的轧件产品不进行喷水冷却，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，矫直温度104℃，最后将轧件切成定尺材、码垛、打捆。

性能检验：对所得产品进行性能检验，力学性能所用的试样取样位置在H型钢翼缘上，由边部到心部1/3处，参照标准为BS EN ISO 377-1997《力学性能试验试样的取样位置和制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准ISO6892-1-2009《金属材料室温拉伸试验方法》；冲击功试验方法参照标准ISO 148-1《金属材料夏比摆锤冲击试验》，结果见表3。

产品组织结构图如图3所示，产品组织为铁素体+珠光体，晶粒度在8.5级以上。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种低成本正火轧制热轧H型钢，其特征在于，所述H型钢的化学成分按重量百分比为(％)：C：0.04～0.15，Si：0.15～0.50，Mn：0.95～1.65，P≤0.020，S≤0.015，Al：0.02～0.050，Cu≤0.55，Cr≤0.30，Ni≤0.50，Mo≤0.10，B≤0.03，V：0.02～0.060，As+Sn+P+S≤0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低成本正火轧制热轧H型钢，其特征在于，所述H型钢的碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.38；裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.20。

3.根据权利要求1所述的低成本正火轧制热轧H型钢，其特征在于，所述H型钢的屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500MP，延伸率≥25％，-40℃纵向冲击功＞200J，-20℃横向冲击功＞50J，-50℃纵向冲击功＞100J。

4.权利要求1～3任一所述的低成本正火轧制热轧H型钢的制备方法，所述方法包括如下步骤：

铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—矩形坯连铸—加热—高压水除鳞—轧制与冷却—矫直—定尺锯切—收集码垛，其中：

1)转炉冶炼

采用低的含硫和含砷高炉铁水，铁水硫含量[S]≤0.02％，砷含量[S]≤0.0005％，冶炼终点控制：[S]<0.015％，[P]<0.015％；挡渣出钢，杜绝大量下渣，出钢过程采用铝锰铁脱氧合金化，利用钒铁、钒氮微合金化，按照钒微合金化合金控制目标值，按钒铁：钒氮＝1:3比例添加，钢水出至四分之一时，分批加入脱氧剂、硅铁、金属锰、钒氮、钒铁合金，钢水出至四分之三时加完，确保转炉成分达到内控目标要求；

2)LF精炼

进站取初样后定氧和定Al含量，如氧位不能达到要求，则调整氧位后喂入Al线，喂线速度不小于3m/s；全程底吹氩，出站前采用软吹，精炼软吹氩时间大于10分钟；出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂纯钙线100-150m/炉；精炼出站钢中[O]<10ppm；

3)连铸

连铸采用全保护浇注工艺，使用大包长水口，加密封圈；中间包采用塞棒包，过热度控制在15～25℃；结晶器采用电磁搅拌，铸坯拉速为0.75～1.0m/min，浇铸成矩形坯；

4)加热

坯料冷装入炉加热，加热、均热温度1180～1260℃，加热时间2.0～4.0小时，然后出炉进行轧制；

5)轧制与冷却

坯料经高压水除磷后，用辊道送至粗轧机和精轧机组，粗轧开轧温度控制在1150℃以上，精轧开轧温度980℃以下，精轧累计压下率不小于10％，精轧采取降速轧制，轧速按60％～75％降速控制，终轧温度控制在820℃～930℃，以达到正火轧制的效果，轧件在冷床进行自然冷却，温度降至120℃以下后，进矫直机进行矫直。