CN110629112A - 一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法 - Google Patents

一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法 Download PDF

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吴保桥
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张卫斌
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夏勐
邢军
彦井成
彭林
丁朝晖
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Abstract

本发明涉及一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法。其重量百分比计其化学组分及含量为：C0.05～0.07％，Si0.30～0.40％，Mn1.40～1.55％，P≤0.020％，S≤0.010％，V0.07～0.09％，Nb0.060～0.080％，Mo0.10～0.20％，H≤0.0002％，N≤0.008％，Alt0.020～0.040％，其余为Fe及微量残余元素。生产方法步骤包括坯料加热、开坯轧制、万能轧制、轧后采用控制冷却。本发明生产的H型钢冷弯性能良好、焊接性能优异。

Description

一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域，特别涉及一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法。
背景技术
随着国内桥梁向大跨度、轻量化发展，桥梁构件构造多采用钢混组合梁。桥梁钢在使用过程中，不仅要求具有良好的力学性能，而且要求具有优异的焊接性能。热轧H型钢截面模数大、力学性能好、重量轻等优点，正广泛应用于桥梁钢结构构造，且与同类焊接H型钢相比，不仅内部组织性能优越、成本低，而且能够承受更强的动载荷冲击。越来越多的桥梁企业在桥梁结构制造中使用热轧H型钢，以降低整桥的建造成本，因此桥梁结构用热轧H型钢具有广阔的市场前景。
专利公开号为CN102644035B，名称为“一种屈服强度460MPa级高耐候性热轧H型钢轧后冷却方法”的专利文献，公开了一种屈服强度460MPa高耐候性热轧H型钢轧后冷却方法，化学成分按质量百分比计：C：0.06～0.12，Si：0.30～0.60，Mn：0.55～0.75，P：0.010～0.030，S：0.001～0.015，Cu：0.20～0.35，Cr：0.20～0.40，Ni：0.15～0.30，Nb：0.02～0.04，Als：0.003～0.030，其余为铁和残余的微量杂质；该发明通过采用轧后两段式快速冷却方法，使得热轧H型钢得到较快的冷却速率；利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到表层为单相贝氏体、内部为复相组织具有细小晶粒的H型钢组织状态。该专利成分设计中C的含量上限值超出了最新桥梁结构用钢标准中C含量的要求。另外合金中Cu的含量较高，对钢的焊接性能不利。该专利产品屈服强度在460MPa左右，达不到屈服强度Q550级桥梁结构用热轧H型钢的强度要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种屈服强度550MPa级热轧H型钢及生产方法，克服现有桥梁结构用热轧H型钢强度不够，焊接性能不高的缺陷，本发明热轧H型钢中添加V、Nb进行微合金化，在轧制生产过程中采用控制轧制+控制冷却技术，以便提高钢强度和韧性。采用该生产工艺后，钢的铁素体组织得到细化，使得强度和韧度得到明显提高，同时具有优异的焊接性能。
本发明采用的技术方案是：
一种屈服强度550MPa级热轧H型钢，以重量百分比计其化学组分及含量为：C0.05～0.07％，Si0.30～0.40％，Mn1.40～1.55％，P≤0.020％，S≤0.010％，V0.07～0.09％，Nb0.060～0.080％，Mo0.10～0.20％，H≤0.0002％，N≤0.008％，Alt0.020～0.040％，其余为Fe及微量残余元素。
碳含量增加能够屈服点和抗拉强度升高，但是塑性和冲击性能降低；硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，但硅含量增加，会降低钢的焊接性能。锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能提高钢的韧性，且有较高的强度和硬度，但锰含量增加，会降低焊接性能。磷是有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。硫是有害元素，使钢产生热脆性，轧制时易造成裂纹，对焊接性能也不利。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，能提高钢的机械性能。微量N能与V、Nb等形成化合物，能提高钢的强度，提高低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。铝是钢中常用的脱氧剂。
一种屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤包括：
A、坯料加热：异型坯在加热炉内的加热温度1200～1250℃，在炉时间30min～35min；
B、开坯轧制：开轧温度1100～1200℃，终轧温度≥980℃，本阶段压缩比≥1.5，优选压缩比1.50-1.53；更优选压缩比为1.52；
C、万能轧制：开轧温度≥950℃，终轧温度810～850℃，本阶段压缩比≥3.0，优选压缩比3.0-3.3；更优选压缩比为3.2；
D、轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度800～830℃，终水冷后温度530～630℃，冷却速度45～65℃/s。
所述步骤B中终轧温度为980℃-1050℃；
所述步骤C中开轧温度为950℃-980℃；
本发明桥梁结构用热轧H型钢，屈服强度超过550MPa，抗拉强度超过660MPa，断后伸长率超过16％，-40℃KV2型冲击功均值不低于120J，冷弯性能良好。对该产品进行埋弧焊接试验，焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量35kJ/cm，焊剂烘烤制度为340℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在118～135℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。结果显示：焊缝ReL≥550MPa、Rm≥660MPa，延伸率A≥23％，焊缝接头热影响区-40℃低温冲击功KV2≥120J，完全满足了新一代大跨度桥梁制造技术指标要求，产品焊接性能优异。
具体实施方式
本发明实施例1-4热轧H型钢的化学成分见表1，规格H630×200×15×20mm。
表1 实施案例钢的化学成分(wt％)
实施例1
屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤为：异型坯经加热炉加热至1235℃，在炉时间30min；开坯机轧制阶段开轧温度1163℃，终轧温度为985℃，本阶段压缩比1.50；万能轧机轧制阶段开轧温度957℃，万能终轧温度824℃，本阶段压缩比3.25；轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度820℃，终水冷后温度561℃，冷却速度46℃/s。
对生产出的热轧H型钢进行力学性能测试，测试结果：抗拉强度664MPa、屈服强度559MPa、延伸率19％、-40℃纵向V型冲击功123J，各项性能符合GB/T714-2015的要求。对该产品进行埋弧焊接试验，焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量35kJ/cm，焊剂烘烤制度为340℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在118～135℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。结果显示：焊缝ReL＝553MPa、Rm＝665MPa，延伸率A＝20％，焊缝接头热影响区-40℃低温冲击功KV2＝127J。
实施例2
屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤为：异型坯经加热炉加热至1232℃，在炉时间35min；开坯机轧制阶段开轧温度1173℃，终轧温度为981℃，本阶段压缩比1.53；万能轧机轧制阶段开轧温度955℃，万能终轧温度815℃，本阶段压缩比3.0；轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度815℃，终水冷后温度556℃，冷却速度45℃/s。
对生产出的热轧H型钢进行力学性能测试，测试结果：抗拉强度662MPa、屈服强度560MPa、延伸率21％、-40℃纵向V型冲击功131J，各项性能符合GB/T714-2015的要求。对该产品进行埋弧焊接试验，焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量35kJ/cm，焊剂烘烤制度为340℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在118～135℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。结果显示：焊缝ReL＝521MPa、Rm＝642MPa，延伸率A＝22％，焊缝接头热影响区-40℃低温冲击功KV2＝126J。
实施例3
屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤为：异型坯经加热炉加热至1240℃，在炉时间33min；开坯机轧制阶段开轧温度1195℃，终轧温度为1000℃，本阶段压缩比1.51；万能轧机轧制阶段开轧温度964℃，万能终轧温度831℃，本阶段压缩比3.2；轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度813℃，终水冷后温度553℃，冷却速度45℃/s。
对生产出的热轧H型钢进行力学性能测试，测试结果：抗拉强度662MPa、屈服强度554MPa、延伸率17％、-40℃纵向V型冲击功133J，各项性能符合GB/T714-2015的要求。对该产品进行埋弧焊接试验，焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量35kJ/cm，焊剂烘烤制度为340℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在118～135℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。结果显示：焊缝ReL＝555MPa、Rm＝663MPa，延伸率A＝18％，焊缝接头热影响区-40℃低温冲击功KV2＝127J。
实施例4
屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤为：异型坯经加热炉加热至1238℃，在炉时间33min；开坯机轧制阶段开轧温度1178℃，终轧温度为983℃，本阶段压缩比1.52；万能轧机轧制阶段开轧温度961℃，万能终轧温度843℃，本阶段压缩比3.15；轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度821℃，终水冷后温度561℃，冷却速度47℃/s。
对生产出的热轧H型钢进行力学性能测试，测试结果：抗拉强度673MPa、屈服强度559MPa、延伸率18％、-40℃纵向V型冲击功137J，各项性能符合GB/T714-2015的要求。对该产品进行埋弧焊接试验，焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量35kJ/cm，焊剂烘烤制度为340℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在118～135℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。结果显示：焊缝ReL＝559MPa、Rm＝675MPa，延伸率A＝31％，焊缝接头热影响区-40℃低温冲击功KV2＝133J。
由实施例1-4生产出的热轧H型钢的性能测试结果表明，本发明热轧H型钢具有良好的力学性能及焊接性能。

Claims (5)

1.一种屈服强度550MPa级热轧H型钢，以重量百分比计其化学组分及含量为：C0.05～0.07％，Si0.30～0.40％，Mn1.40～1.55％，P≤0.020％，S≤0.010％，V0.07～0.09％，Nb0.060～0.080％，Mo0.10～0.20％，H≤0.0002％，N≤0.008％，Alt0.020～0.040％，其余为Fe及微量残余元素。
2.一种屈服强度550MPa级热轧H型钢的生产方法，步骤包括：
A、坯料加热：异型坯在加热炉内的加热温度1200～1250℃，在炉时间30min～35min；
B、开坯轧制：开轧温度1100～1200℃，终轧温度≥980℃，本阶段压缩比≥1.5；
C、万能轧制：开轧温度≥950℃，终轧温度810～850℃，本阶段压缩比≥3.0；
D、轧后采用控制冷却，H型钢翼缘部分的开冷温度800～820℃，终水冷后温度530～630℃，冷却速度45～65℃/s。
3.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤B中终轧温度为980℃-1050℃。
4.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤C中开轧温度为950℃-980℃。
5.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤B中压缩比为1.50-1.53；所述步骤C中压缩比为3.0-3.3。
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