CN107400826A - 稀土微合金化抗震热轧h型钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀土微合金化抗震热轧H型钢的制备方法，包括：转炉冶炼过程中，控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.009％，提高转炉出钢温度至1600℃左右，控制转炉下渣量；LF精炼过程中延长LF炉精炼时间；VD真空精炼过程中，VD炉吹氩时间不少于10min；连铸机的拉速范围为0.80m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于25℃；轧制工艺中，加热温度为1210～1250℃，开轧温度≤1200℃，终轧温度870～890℃，得到H型钢。本发明还公开了一种稀土微合金化抗震热轧H型钢。本发明所采用窄成分设计，得到的H型钢可以满足抗震热轧H型钢屈服强度和抗拉强度的要求。

Description

稀土微合金化抗震热轧H型钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种冶金材料技术，具体说，涉及一种稀土微合金化抗震热轧H型钢及其制备方法。
背景技术
国务院2015年11月4日召开国务院常务会议，明确提出在棚改和抗震安居工程中开展钢结构建筑试点，扩大绿色建材的使用。2016年2月6日，国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出在发展新型建造方式方面，应加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％。2016年3月5日，在第十二届全国人民代表大会第四次会议上，在政府工作报告中再次提出积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量。国务院《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》明确指出：到2020年，城镇绿色建筑占新建建筑的比例达到50％。
随着城市建设的高速发展，高层、超高层以及大跨度钢结构建筑是一种发展趋势，这样对建筑用钢有了更高的性能要求，除了提高钢材的强度级别外，也提出了一些特殊的要求如抗震性能。高层建筑用钢主要是以钢板和型钢为主，其中热轧H型钢在高层建筑用钢中所占的比例很大。同时，以热轧 H型钢为主的钢结构，其结构科学合理，力学性能优越，结构稳定性高，设计灵活等优点，已被广泛应用在大型工业厂房和城市高层建筑领域。国内学者经大量的试验和调查研究后提出了以下五个指标，作为钢材的抗震性能指标是比较科学和全面的，它们是：高应弯低周疲劳性能；应变时效敏感性；韧脆转变温度；可焊性；强度与塑性的配合。
目前，普通的Q235、Q345级热轧H型钢已经不能满足钢结构建筑的发展需求，为此有必要开发具有高强度高抗震性的建筑用H型钢。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种稀土微合金化抗震热轧H型钢及其制备方法，采用窄成分设计，得到的H型钢可以满足抗震热轧H型钢屈服强度和抗拉强度的要求。
技术方案如下：
一种稀土微合金化抗震热轧H型钢的制备方法，包括：
转炉冶炼过程中，控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.009％，提高转炉出钢温度至1600℃左右，控制转炉下渣量；
LF精炼过程中延长LF炉精炼时间；VD真空精炼过程中，VD炉吹氩时间不少于10min；
连铸机的拉速范围为0.80m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于25℃；
轧制工艺中，加热温度为1210～1250℃，开轧温度≤1200℃，终轧温度 870～890℃；得到H型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：C 0.15～ 0.17％，Si 0.45～0.48％，Mn 1.25～1.29％，P≤0.020％，S≤0.005％，Re 0.06～ 0.008％，V 0.06～0.07％，其余为Fe元素和杂质。
进一步：LF加热时间和精炼时间为25min和40min。
进一步：连铸过程中的比水量0.35L/mg。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种稀土微合金化抗震热轧H型钢，采用窄成分设计，可以满足抗震热轧H型钢屈服强度和抗拉强度的要求。
一种稀土微合金化抗震热轧H型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：C 0.15～0.17％，Si 0.45～0.48％，Mn 1.25～1.29％，P≤0.020％，S ≤0.005％，Re 0.06～0.0.08％，V 0.06～0.07％，其余为Fe元素和杂质。
优选的：C 0.15～0.17％，Si 0.46～0.48％，Mn 1.25～1.27％， P0.009～0.012％，S0.003～0.005，Re 0.068～0.0071％，V 0.065～0.069％。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
1、从社会可持续发展的角度出发，传统的砖混和钢筋混凝土结构的生产方式，已不能适应建筑发展的需要，而钢结构体系具有便于实现标准化、部品化、工业化、生产经营一体化，以及节能、节水、节地、节材、可重复利用等特点，充分展现了“节约型建筑”的魅力，是推进我国住宅产业现代化的理想建筑形式，可从根本上解决和改变现有住宅的生产经营方式。H型钢作为钢结构中必不可少的材料，一定会对抗震性能提出要求，因此具有甚好的应用前景。
2、本发明采用低碳微合金化设计生产钢结构用抗震热轧H型钢，具有低碳、绿色、节能、环保等优点，具有很强的经济效益和社会效益，是未来钢结构中H型钢使用性能发展的方向。
本发明在材料中加入稀土元素，可以强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑形尤其高温塑形；稀土能抑制动态再结晶；细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中的Nb和V的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布，提高强度的同时塑形也随之提高。
3、采用窄成分设计，可以满足抗震热轧H型钢屈服强度和抗拉强度，波动范围较小。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
稀土微合金化抗震热轧H型钢的制备方法，整体包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空精炼→连铸坯→轧制。具体包括以下步骤：
1、转炉冶炼；
控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.009％，提高转炉出钢温度至1600℃左右，控制转炉下渣量。
2、LF精炼；
延长LF炉精炼时间以及连铸低拉速浇注等，生产出质量合格的连铸坯。LF加热时间和精炼时间为25min和40min。
3、VD真空精炼；
VD炉吹氩时间不少于10min。
4、连铸；
连铸机的拉速范围为0.80m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于25℃，比水量0.35L/mg。
5、轧制工艺。
异型坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→BD1轧制→CCS连轧→锯切→取样→冷床预弯→切头尾→矫直→检查→打捆→入库。其钢坯加热温度为1210～1250℃；开轧温度≤1200℃，终轧温度870～890℃。
得到的稀土微合金化抗震热轧H型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：C0.15～0.17％，Si 0.45～0.48％，Mn 1.25～1.29％，P≤0.020％，S ≤0.005％，Re 0.06～0.008％，V 0.06～0.07％，其余为Fe元素和杂质，质量分数为100％。
C是间隙强化元素，可以提高基体的强度，同时，又可以与钢中的合金元素形成弥散碳化物，对基体进行弥散强化，提高材料的强度。
Si是非碳化物形成元素，以原子状态存在于奥氏体和铁素体之间，固溶强化铁素体。但Si含量过高，影响焊接性能，使焊接组织性能恶化，含量控制在0.45～0.48。
Mn元素可以溶于铁素体，Mn的加入降低了奥氏体的相变温度，增加了铁素体晶体形核速度并且降低了铁素体晶粒长大速度，从而细化晶粒。
Re元素有强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善塑形尤其高温塑形；稀土能抑制动态再结晶；细化晶粒和沉淀相尺寸并促进铁素体中的Nb和V的析出；溶解的稀土可改变渗碳体的组成和结构并使碳化物球化、细化和均匀分布。在钢中添加微合金元素V，主要起晶粒细化和沉淀强化作用。
V与碳、氮结合形成碳氮化物颗粒。这些碳氮化合物颗粒在加热过程中可以阻碍原是奥氏体晶粒长大，在轧制时可以抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大，在冷却过程中时，析出起到弥散强化作用，从而提高的材料的综合抗震性能。
另外本钢种采用窄成分设计，可以确保抗震H型钢的强屈比稳定，波动范围较小。
各实例化学成分如表1所示。
表1 各实例成分(质量百分数/％)
实例 C Si Mn P S Re V
1 0.16 0.46 1.27 0.009 0.003 0.071 0.068
2 0.15 0.46 1.26 0.010 0.004 0.069 0.065
3 0.15 0.48 1.25 0.011 0.005 0.070 0.069
4 0.17 0.47 1.27 0.012 0.004 0.068 0.067
表2 各实例力学性能
从表2可以看出，各实例具有良好强度、韧性及力学性能。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种稀土微合金化抗震热轧H型钢制备方法，包括：
转炉冶炼过程中，控制转炉入炉铁水中w[S]≤0.009％，提高转炉出钢温度至1600℃左右，控制转炉下渣量；
LF精炼过程中延长LF炉精炼时间；VD真空精炼过程中，VD炉吹氩时间不少于10min；
连铸机的拉速范围为0.80m/min～0.9m/min，钢种的过热度小于25℃；
轧制工艺中，加热温度为1210～1250℃，开轧温度≤1200℃，终轧温度870～890℃；得到H型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：C 0.15～0.17％，Si 0.45～0.48％，Mn1.25～1.29％，P≤0.020％，S≤0.005％，Re 0.06～0.008％，V 0.06～0.07％，其余为Fe元素和杂质。
2.如权利要求1所述稀土微合金化抗震热轧H型钢制备方法，其特征在于：LF加热时间和精炼时间为25min和40min。
3.如权利要求1所述稀土微合金化抗震热轧H型钢制备方法，其特征在于：连铸过程中的比水量0.35L/mg。
4.一种稀土微合金化抗震热轧H型钢，其特征在于：其化学成分按照质量百分比计，包括：C 0.15～0.17％，Si 0.45～0.48％，Mn 1.25～1.29％，P≤0.020％，S≤0.005％，Re0.06～0.0.08％，V 0.06～0.07％，其余为Fe元素和杂质。
5.如权利要求4所述稀土微合金化抗震热轧H型钢，其特征在于：C 0.15～0.17％，Si0.46～0.48％，Mn 1.25～1.27％，P0.009～0.012％，S0.003～0.005，Re 0.068～0.0071％，V 0.065～0.069％。
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