CN111411304A - 一种q460级热轧角钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Q460级热轧角钢及其制备方法，该角钢通过合理的元素配比，采用LF精炼处理工艺、无铝脱氧工艺、V/N微合金化工艺，再经轧制成形。钢中析出细小弥散的V(C、N)第二相粒子，细化晶粒，使得最终获得的角钢具有良好的强度和抗冲击性能，其屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥590MPa，伸长率≥23％，0℃纵向V型缺口冲击功平均为77J。在原有生产线设备不做改变的情况下，显著提高了角钢的屈服强度级别，拓宽了角钢的应用领域。其轧制过程不需要对角钢实施特殊的控轧控冷措施，减少了对轧制过程的要求，提高了设备的安全使用性，有利于工业规模化生产。

Description

一种Q460级热轧角钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种角钢及其制备方法，具体涉及一种Q460级热轧角钢及其制备方法。
背景技术
角钢广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶等。但多年以来，我国生产角钢多以Q235、Q345和Q420规格角钢为主，钢材的强度等级较低，可选种类少。
通常可通过添加适量的微合金元素(如V、Nb、Ti、Al、B等)来改善材料的组织状态，从而满足其最终的力学性能。目前研究最多、应用最广泛的微合金元素是Nb、V和Ti。Ti与N有很好的亲和力，在钢中有固氮和析出强化的作用；Nb具有细化晶粒和析出强化作用，能有效地提高钢的强度和韧性；V以细小而弥散的碳化物和氮化物形式存在于钢中，具有抑制晶粒长大的作用，并通过析出强化提高钢的强度水平。因此，钢中的多元纳米相(V、Nb、Ti的碳氮化合物)具有细化晶粒的效果，并使得晶体界面中元素含量降低从而提高韧性，同时基体中大量弥散均匀分布的多元纳米相也可起到一定的析出强化效果。
例如，专利申请CN201410134947.1公开了一种铁塔用高韧性Q345级热轧等边角钢的制备方法，该角钢合金系统中添加了0.02～0.03％的微合金元素V来改善材料的组织和性能，合金中C含量控制在0.14～0.18％，但是，该角钢的屈服强度级别仅为345MPa级别。
专利申请CN201410135737.4公开了一种铁塔用高韧性Q420级热轧等边角钢的制备方法，该角钢合金系统中添加了较多的V微合金元素来改善材料的组织和性能，但是，该耐候角钢的屈服强度也仅达到420MPa级别。
专利申请CN201610138492.X公开了一种耐低温角钢及其制备方法，也采用V微合金化工艺，炼钢工艺工序控制简单，合金回收率稳定，但是，同样的，该耐候角钢的屈服强度级别仅为345MPa级别。
专利申请CN201711400266.5公开了一种Q420级热轧耐候角钢的制备方法，该耐候角钢合金系统中添加了Cr、Ni、Cu、Ti、V和Nb等微合金元素来改善材料的组织和性能，成本大大增加，且该耐候角钢的屈服强度级别也仅为420MPa级别。
专利申请CN200910073968.6公开了一种低合金高强度角钢及生产工艺，该发明采用VN微合金化方式生产，连铸配合结晶器喂丝工艺，并通过控轧控冷工艺获得具有高强度、高冲击韧性的角钢。该角钢20℃冲击韧性较低，且该工艺需要控轧控冷，增加了对轧制和冷却过程的要求，成本也相应增加。
申请专利CN201410170653.4介绍了一种V-N微合金化高强韧大规格角钢及其生产方法，该发明通过控制连铸、轧制工艺参数细化晶粒，并采用快冷的控冷工艺，达到提高大规格角钢强度和低温韧性的目的。该角钢合金系统中V含量较高，成本增加，且伸长率不足，另外该工艺需要控轧控冷，增加了对轧制和冷却过程的要求，成本也相应增加。
与此同时，随着全球能源与资源需求的日益增长，实现钢铁材料的合金减量化与低成本化成为钢铁产业一个重要的发展趋势。以铁塔用角钢为例，有研究表明，与420MPa级角钢相比，如果将角钢级别提升至460MPa，可降低塔重3％-6％，节约材料费用2％-3％。因此，开发成本低廉但综合力学性能优异的角钢具有重大经济效益和社会效益。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种Q460级热轧角钢，该角钢具有较高的韧性和屈服强度，且成本较低，能够适用于建造结构和工程结构等领域。
本发明的另一目的是提供一种上述Q460级热轧角钢的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种Q460级热轧角钢，由以下质量百分比的成分组成C：0.13～0.17％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.4～1.6％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、V：0.04～0.06％，余量为Fe及杂质元素。
其中，所述杂质元素中O：≤0.025％，N：0.0080～0.0120％。
进一步的，该角钢的成分中V与N的质量比为4.2～5.5。通过将V/N比控制在理想的配比范围内，使V的有效利用率最大化，从而降低了成本。
该钢的基体组织中析出有弥散分布的第二相粒子，所述第二相粒子为V的碳氮化物，且平均尺寸在40nm以下。也即基体上析出有细小弥散的V(C、N)第二相粒子，细化晶粒，能够起到良好的细晶强化和析出强化效果，从而使得最终获得的角钢具有良好的强度和抗冲击性能。
对应于上述Q460级热轧角钢，本发明提供的制备方法采用的技术方案的步骤包括：
(1)钢坯冶炼：按照设计的合金成分，进行转炉冶炼和LF炉精炼处理，将得到的钢水保护浇注成钢坯；
(2)钢坯轧制：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过850辊径轧机、750辊径轧机、650辊径粗轧机列和650辊径精轧机进行控温轧制；
其中，钢坯出炉温度为1120～1130℃，850辊径轧机轧制温度为1060～1080℃，750辊径轧机轧制温度为1030～1050℃，650辊径粗轧机列由依次排列的I架轧机和II架轧机组成，I架轧机轧制温度为：1000～1020℃，II架轧机轧制温度为：980～1000℃，650辊径精轧机轧制前温度为970～990℃，自然冷却到920℃以下进行精轧，精轧终轧温度控温范围为880～920℃；
(3)上冷床空冷冷却。
具体的，所述步骤(1)中，控制转炉前期石灰和轻烧白云石的加入量，使前期炉渣碱度在2.0～2.2，渣中MgO质量分数在6～8％；采取高枪位，以确保加入的石灰、白云石和石灰石快速成渣。
其中，转炉出钢过程中采用包括硅钙钡、电石、碳化硅对钢水进行无铝脱氧工艺；
LF精炼处理仅对成分、温度进行微调和均匀化，以及夹杂物的上浮去除；操作包括：
钢水吊包至LF工位测温、取钢样，调整底吹破渣，破渣后及时调小底吹流量，防止钢水裸露；根据连铸生产节奏以及钢包温降情况决定是否进行升温处理；在成分、温度合格后软吹氩时间≥8分钟，钢水吊离LF工位。
进一步的，控制钢水在LF工位时间在30分钟以内，最终钢坯中的全氧含量控制在20ppm以内。缩短LF炉处理时间，加快了炼钢节奏，进一步降低生产成本。
所述步骤(1)中，采用钒氮合金+复合钒氮进行复合添加，通过调整添加钒氮合金及复合钒氮的比例，将V/N质量比控制在4.2～5.5。在满足高强韧性要求的同时，尽量提高合金元素V的利用率，减少V的使用量，降低吨钢成本。
所述步骤(2)中，所有道次均在再结晶区进行轧制，其中850辊径轧机单道次压下量不小于15mm。
有益效果：该Q460级热轧角钢通过合理的元素配比，采用LF精炼处理工艺、无铝脱氧工艺、V/N微合金化工艺，再经轧制成形。钢中析出细小弥散的V(C、N)第二相粒子，细化晶粒，使得最终获得的角钢具有良好的强度和抗冲击性能，其屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥590MPa，伸长率≥23％，0℃纵向V型缺口冲击功平均为77J。在原有生产线设备不做改变的情况下，显著提高了角钢的屈服强度级别，拓宽了角钢的应用领域。其轧制过程不需要对角钢实施特殊的控轧控冷措施，减少了对轧制过程的要求，提高了设备的安全使用性，有利于工业规模化生产。
附图说明
图1为本发明的轧制工艺流程图；
图2为本发明的钢中第二相粒子大小-质量分数柱状图。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，以下各实施例均按照本发明的成分设计和制备方法进行冶炼、浇筑形成等边角钢，具体的：
实施例1：浇铸得到截面为250×300mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表1。
表1钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000041
按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为7/3/2/1/1，轧制后得到∠180*∠180*14规格的角钢，其力学性能见表2。
表2力学性能
Figure BDA0002454730710000042
实施例2：浇铸得到截面为220×220mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表3。
表3钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000043
按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为5/3/2/1/1，轧制后得到∠160*∠160*12规格的角钢，其力学性能见表4。
表4力学性能
Figure BDA0002454730710000051
实施例3：浇铸得到截面为150×220mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表5。
表5钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000052
按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为5/1/2/1/1，轧制后得到∠140*∠140*12规格的角钢，其力学性能见表6。
表6力学性能
Figure BDA0002454730710000053
实施例4：浇铸得到截面为150×220mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表7。
表7钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000054
按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为5/1/2/1/1，轧制后得到∠125*∠125*10规格的角钢，其力学性能见表8。
表8力学性能
Figure BDA0002454730710000055
实施例6：浇铸得到截面为220×220mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表9。
表9钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000056
同样的，按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为5/3/2/1/1，轧制后得到∠160*∠160*12规格的角钢，其力学性能见表10。
表10力学性能
Figure BDA0002454730710000061
实施例7：浇铸得到截面为150×220mm的钢坯，然后检测钢坯的成分，见表11。
表11钢坯的成分(wt.％)
Figure BDA0002454730710000062
同样的，按照850/750/650I/650Ⅱ/65轧机顺序和控制温度进行轧制，轧制道次分别为5/1/2/1/1，轧制后得到∠125*∠125*10规格的角钢，其力学性能见表12。
表12力学性能
Figure BDA0002454730710000063
按照上述实施例的成分和工艺参数制备的试样，各个力学性能均达到所要求的性能指标，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥590MPa，伸长率≥23％，实测V/N质量比4.2-5.5，屈强比0.75～0.85。
如图2所示，采用电解化学项分析获得的第二相粒子大小及质量分数分布，其尺寸分布如表13。
表13第二相粒子尺寸分布情况
Figure BDA0002454730710000064
可见大部分的第二相粒子尺寸在36nm以内，根据统计第二相粒子尺寸的平均数为38nm，细小的纳米级V(C，N)析出相可以起到良好的细晶强化和析出强化效果。

Claims (10)

1.一种Q460级热轧角钢，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成C：0.13～0.17％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.4～1.6％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、V：0.04～0.06％，余量为Fe及杂质元素。
2.根据权利要求1所述的Q460级热轧角钢，其特征在于，所述杂质元素中O：≤0.025％，N：0.0080～0.0120％。
3.根据权利要求2所述的Q460级热轧角钢，其特征在于，成分中V与N的质量比为4.2～5.5。
4.根据权利要求1所述的Q460级热轧角钢，其特征在于，钢的基体组织中析出有弥散分布的第二相粒子，所述第二相粒子为V的碳氮化物，且平均尺寸在40nm以下。
5.一种根据权利要求1～4任一项所述的Q460级热轧角钢的制备方法，其特征在于，步骤包括：
(1)钢坯冶炼：按照设计的合金成分，进行转炉冶炼和LF炉精炼处理，将得到的钢水保护浇注成钢坯；
(2)钢坯轧制：将均热后的钢坯通过高压水除去表面氧化铁皮后，依次经过850辊径轧机、750辊径轧机、650辊径粗轧机列和650辊径精轧机进行控温轧制；
其中，钢坯出炉温度为1120～1130℃，850辊径轧机轧制温度为1060～1080℃，750辊径轧机轧制温度为1030～1050℃，650辊径粗轧机列由依次排列的I架轧机和II架轧机组成，I架轧机轧制温度为：1000～1020℃，II架轧机轧制温度为：980～1000℃，650辊径精轧机轧制前温度为970～990℃，自然冷却到920℃以下进行精轧，精轧终轧温度控温范围为880～920℃；
(3)上冷床空冷冷却。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，控制转炉前期石灰和轻烧白云石的加入量，使前期炉渣碱度在2.0～2.2，渣中MgO质量分数在6～8％；采取高枪位，以确保加入的石灰、白云石和石灰石快速成渣。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，转炉出钢过程中采用包括硅钙钡、电石、碳化硅对钢水进行无铝脱氧工艺；
LF精炼处理仅对成分、温度进行微调和均匀化，以及夹杂物的上浮去除；操作包括：
钢水吊包至LF工位测温、取钢样，调整底吹破渣，破渣后及时调小底吹流量，防止钢水裸露；根据连铸生产节奏以及钢包温降情况决定是否进行升温处理；在成分、温度合格后软吹氩时间≥8分钟，钢水吊离LF工位。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，控制钢水在LF工位时间在30分钟以内，最终钢坯中的全氧含量控制在20ppm以内。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用钒氮合金+复合钒氮进行复合添加，通过调整添加钒氮合金及复合钒氮的比例，将V/N质量比控制在4.2～5.5。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所有道次均在再结晶区进行轧制，其中850辊径轧机单道次压下量不小于15mm。
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