CN111733368A - 一种隧道支护用高强度抗震工字钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道支护用高强度抗震工字钢及其制备方法，该隧道支护用高强度抗震工字钢由以下重量比的化学元素组成：C：0.05～0.12wt%、Si：0.15～0.30wt%、Mn：0.50～1.00wt%、Ti：0.020～0.040wt%、V：0.030～0.045wt%、B：0.0010～0.0025wt%，S≤0.015wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述工字钢碳当量CEV≤0.35%，屈服强度为ReL：470‑520MPa，抗拉强度为Rm:580‑680MPa，强屈比≥1.20，断后伸长率：A：≥25.0%，0º夏比吸收能AkV为：100～135J；本发明隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，包括高炉铁水脱硫处理、钢水冶炼、精炼、浇铸、钢坯加热、钢坯轧制、轧后控冷、轧后矫直工序；本发明制备方法简单，制备得到的工字钢性能稳定、实用性强、焊接性能好，能很好的满足隧道施工要求。

Description

一种隧道支护用高强度抗震工字钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种隧道支护用高强度抗震工字钢及其制备方法。
背景技术
中国高速铁路网在全国范围内快速扩展，穿越复杂的地质地貌及不同的气候地带，桥涵隧道所占比例不断提高，隧道支护用钢也面临极其多样苛刻的要求，在隧道支护施工中工字钢被加工成所需的外形，焊接形成工字钢钢拱架，极大的增强隧道初期支护能力，提高了围岩稳定性及强度，在隧道施工中得到快速的推广应用，但普通工字钢，在强度等级，抗震性能及可焊接性上，不能完全满足隧道施工要求。目前国内尚无本发明提供的用于隧道支护用具有优良焊接性能的高强度抗震工字钢的相关研究报道。
发明内容
针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种具有优良焊接性能的隧道支护用高强度抗震工字钢，第二目的是提供具有优良焊接性能的隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法。
本发明针对第一目的采用的技术方案如下：
一种隧道支护用高强度抗震工字钢由以下重量比的化学元素组成：C：0.05～0.12wt%、Si：0.15～0.30wt%、Mn：0.50～1.00wt%、Ti：0.020～0.040wt%、V：0.030～0.045wt%、B：0.0010～0.0025wt%，S≤0.015wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；该工字钢的碳当量CEV≤0.35%，屈服强度为ReL：470～520MPa，抗拉强度为Rm: 580～680MPa，强屈比≥1.20，断后伸长率：A：≥25.0%，0º夏比吸收能AkV为：100～135J。
本发明针对第二目的采用的技术方案如下：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3100～3300mm，按8.0～10.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；所述高炉铁水化学成分为：C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt% 、P 0.060～0.080wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将预处理脱硫铁水、及优质低硫生铁分别按照920kg/t钢、120kg/t钢、35kg/t钢的配比加入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25～35kg/t钢，白云石加入量为15～20kg/t钢，菱镁球加入量为2.0～3.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.04wt%，出钢温度为1620～1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～30NL/min；所述预处理脱硫铁水化学成分C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt%、P 0.060～0.080wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述精废钢化学成分C0.12～0.18wt%、Si 0.12～0.30 wt%、Mn 0.35～0.50 wt% 、P 0.018～0.030wt%、S 0.015～0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述低硫生铁化学成分C 3.2～3.8wt%、Si0.30～0.50 wt%、Mn 0.30～0.50wt% 、P 0.060～0.075wt%、S 0.010～0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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0.7～1.2kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.7～15.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.35～0.55kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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；
D、钢水LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用10～15NL/min氩量吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.5；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.4～0.7 kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度≤7ppm；之后加大氩气流量至30～40NL/min，按0.95～1.85kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.10～0.18kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1585～1600℃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3分钟，之后加入1.0kg/t钢的常规钢水覆盖剂，然后将钢水吊至浇铸工位；
E、钢水浇铸：采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯；
F、钢坯加热：将小方坯铸坯送入加热炉内加热；
G、钢坯轧制：将F步骤的钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到I14～I16工字钢；
H、轧后控冷：将G步骤的工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却；
I、轧后矫直：将控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直后得到目标物。
本发明具有以下有益效果：
本发明在冶炼过程中减少C、Mn质量百分数、降低碳当量从而提高钢的焊接性能和降低裂纹敏感系数，同时添加少量B元素大幅提高钢的淬透性；钢中加入了一定含量的V、Ti元素，V、Ti在钢中能以C、N结合形成微细碳化物和碳氮化物起到细化晶粒和弥散强化作用，从而达到有效提高钢材强韧性的综合效果，钢中加入一定含量的Ti元素，具有较好的固氮作用，能提高钢中有效B含量；钢中具有低的S、P含量，S、P含量均≤0.015wt%，能提高焊接性能，改善钢的低温稳定性能；轧制过程通过控制轧制温度、轧后冷却温度及冷却速度，进一步细化晶粒，提高钢的抗震性能及综合性能，从而得到一种具有优良焊接性能的隧道支护用高强度抗震工字钢；本发明制备方法简单，制备得到的产品性能稳定、实用性强、焊接性能好，能很好的满足隧道施工要求。
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。
本发明一种隧道支护用高强度抗震工字钢，由以下重量比的化学元素组成：C：0.05～0.12wt%、Si：0.15～0.30wt%、Mn：0.50～1.00wt%、Ti：0.020～0.040wt%、V：0.030～0.045wt%、B：0.0010～0.0025wt%，S≤0.015wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；该工字钢的碳当量CEV≤0.35%，屈服强度为ReL：470～520MPa，抗拉强度为Rm: 580～680MPa，强屈比≥1.20，断后伸长率：A：≥25.0%，0º夏比吸收能AkV为：100～135J。
本发明一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，具体包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3100～3300mm，按8.0～10.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；所述高炉铁水化学成分为：C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt% 、P 0.060～0.080wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将预处理脱硫铁水、及优质低硫生铁分别按照920kg/t钢、120kg/t钢、35kg/t钢的配比加入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25～35kg/t钢，白云石加入量为15～20kg/t钢，菱镁球加入量为2.0～3.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.04wt%，出钢温度为1620～1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～30NL/min；所述预处理脱硫铁水化学成分C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt%、P 0.060～0.080wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述精废钢化学成分C0.12～0.18wt%、Si 0.12～0.30 wt%、Mn 0.35～0.50 wt% 、P 0.018～0.030wt%、S 0.015～0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述低硫生铁化学成分C 3.2～3.8wt%、Si0.30～0.50 wt%、Mn 0.30～0.50wt% 、P 0.060～0.075wt%、S 0.010～0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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0.7～1.2kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.7～15.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.35～0.55kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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；
D、钢水LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用10～15NL/min氩量吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.5；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.4～0.7 kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度≤7ppm；之后加大氩气流量至30～40NL/min，按0.95～1.85kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.10～0.18kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1585～1600℃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3分钟，之后加入1.0kg/t钢的常规钢水覆盖剂，然后将钢水吊至浇铸工位；
E、钢水浇铸：采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯；
F、钢坯加热：将小方坯铸坯送入加热炉内加热；
G、钢坯轧制：将F步骤的钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到I14～I16工字钢；
H、轧后控冷：将G步骤的工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却；
I、轧后矫直：将控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直后得到目标物。
进一步的，所述步骤A中，铁水预处理脱硫工序后铁水的成分控制为：C：4.0～4.2wt%、Si ：0.20～0.35wt%、Mn：0.30～0.40wt% 、P：0.060～0.080wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
进一步的，所述步骤E中，钢水浇铸的条件为：中间包钢水温度为1535～1550℃，拉速为2.1～2.3m/min，结晶器水量为145m3/h，二冷比水量为1.2～1.3L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为3.0Hz。
进一步的，所述步骤F中，钢坯加热工序均热段温度为1220～1380℃，钢坯开轧温度为1130～1200℃。
进一步的，所述步骤G中，万能轧机连续轧制开轧温度1000～1060℃，终轧温度850～980℃，工字钢腹板以翼缘温差小于80℃；
进一步的，所述步骤H中，工字钢冷却温度750～900℃，终止冷却温度180～250℃，冷却速度5～15℃/s。
进一步的，所述步骤I中，工字钢的矫直温度为120～200℃。
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，具体包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将化学成分C 4.0wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.080wt%、S0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3100mm，按8.0kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.0wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.060wt%、S0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤920kg/t钢的预处理脱硫铁水(C 4.0wt%、Si 0.20wt%、Mn0.30wt% 、P 0.080wt%、S 0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、120kg/t钢的精废钢(化学成分C 0.12wt%、Si 0.12 wt%、Mn 0.35 wt% 、P 0.018wt%、S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、35kg/t钢的优质低硫生铁(化学成分C 3.2wt%、Si 0.30wt%、Mn0.30wt% 、P 0.060wt%、S 0.010wt%，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25kg/t钢，白云石加入量为15kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢，控制终点碳含量0.04wt%，出钢温度为1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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0.7kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.35kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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。
D、钢水LF炉精炼：将C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(10NL/min)吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.4kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度7ppm；之后适当加大氩气流量(30NL/min)，按0.95kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1600℃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3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。
E、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1550℃，拉速为2.1m/min，结晶器水量为145m3/h，二冷比水量为1.3L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将D步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯。
F、钢坯加热：将E步骤小方坯铸坯送入加热炉内加热，均热段温度1220℃，钢坯开轧温度1130℃。
G、钢坯轧制：钢坯轧制：将F步骤钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到最终断面形状I140×80×5.5×9.1工字钢，万能轧机连续轧制开轧温度1000℃，终轧温度850℃，工字钢腹板和翼缘温差30℃。
H、轧后控冷：将G步骤工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却，工字钢开始冷却温度750℃，终止冷却温度180℃，控制冷却速度15℃/s。
I、轧后矫直：将H步骤控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直，矫直温度120℃，矫直后得到具有优良焊接性能的高强度抗震工字钢，该钢具有下列重量百分比的化学成分：C：0.05wt%、Si：0.15wt%、Mn：0.50wt%、Ti：0.020wt%、V：0.030wt%、B：0.0010wt%，S0.015wt%、P0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的工字钢性能如下：碳当量CEV：0.21%，屈服强度ReL: 470MPa，抗拉强度Rm: 580MPa，强屈比：1.23，断后伸长率 A：30.0%，0º夏比冲击吸收能AkV：122J。
实施例2
本实施例隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，具体包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.1wt%、Si 0.28wt%、Mn 0.35wt% 、P0.070wt%、S 0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3200mm，按9.0kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.1wt%、Si 0.28wt%、Mn 0.35wt% 、P 0.070wt%、S0.008wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤中的920kg/t钢的预处理脱硫铁水(C 4.1wt%、Si 0.28wt%、Mn0.35wt% 、P 0.070wt%、S0.008wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、120kg/t钢的精废钢(化学成分C 0.15wt%、Si 0.21wt%、Mn 0.42 wt% 、P 0.024wt%、S 0.022wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、35kg/t钢的优质低硫生铁(化学成分C 3.5wt%、Si 0.40 wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.068wt%、S 0.018wt%，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30kg/t钢，白云石加入量为18kg/t钢，菱镁球加入量为2.6kg/t钢，控制终点碳含量0.06wt%，出钢温度为1630℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为25NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.9kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.45kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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。
D、钢水LF炉精炼：将C步骤中出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.8；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.6 kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度5ppm；之后适当加大氩气流量(35NL/min)，按1.40kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.14kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1595℃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3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。
E、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1542℃，拉速为2.2m/min，结晶器水量为145m3/h，二冷比水量为1.25L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将D步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯。
F、钢坯加热：将E步骤小方坯铸坯送入加热炉内加热，均热段温度1300℃，钢坯开轧温度1170℃。
G、钢坯轧制：将F步骤钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到最终断面形状I160×88×6.0×9.9工字钢，万能轧机连续轧制开轧温度1030℃，终轧温度920℃，工字钢腹板和翼缘温差60℃。
H、轧后控冷：将G步骤工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却，工字钢开始冷却温度820℃，终止冷却温度210℃，控制冷却速度10℃/s。
I、轧后矫直：将H步骤控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直，矫直温度180℃，矫直后得到具有优良焊接性能的高强度抗震工字钢，该钢具有下列重量百分比的化学成分：C：0.09wt%、Si：0.22wt%、Mn：0.75wt%、Ti：0.030wt%、V：0.038wt%、B：0.0018wt%，S 0.012wt%、P0.011wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的工字钢性能如下：碳当量CEV：0.20%，屈服强度ReL: 500MPa，抗拉强度Rm: 650MPa，强屈比：1.26，断后伸长率 A：28.0%，0º夏比冲击吸收能AkV：100J。
实施例3
本实施例隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，具体包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.40wt% 、P0.060wt%、S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3300mm，按10.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.060wt%、S0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤920kg/t钢的预处理脱硫铁水(C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn0.40wt% 、P 0.060wt%、S0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、120kg/t钢的精废钢(化学成分C 0.18wt%、Si 0.30 wt%、Mn 0.50 wt% 、P 0.030wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、35kg/t钢的优质低硫生铁(化学成分C 3.8wt%、Si 0.50 wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.075wt%、S 0.025wt%，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35kg/t钢，白云石加入量为20kg/t钢，菱镁球加入量为3.0kg/t钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度为1620℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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1.2kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.55kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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。
D、钢水LF炉精炼：将C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(15NL/min)吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.5；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.7 kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度4ppm；之后适当加大氩气流量(40NL/min)，按1.85kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.18kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1585℃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3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。
E、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1535℃，拉速为2.1m/min，结晶器水量为145m3/h，二冷比水量为1.2L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将D步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯。
F、钢坯加热：将E步骤小方坯铸坯送入加热炉内加热，均热段温度1380℃，钢坯开轧温度1200℃。
G、钢坯轧制：将F步骤钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到最终断面形状I180×94×6.5×10.7工字钢，万能轧机连续轧制开轧温度1060℃，终轧温度980℃，工字钢腹板和翼缘温差80℃。
H、轧后控冷：将G步骤工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却，工字钢开始冷却温度900℃，终止冷却温度250℃，控制冷却速度5℃/s。
I、轧后矫直：将H步骤控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直，矫直温度200℃，矫直后得到具有优良焊接性能的高强度抗震工字钢，该钢具有下列重量百分比的化学成分：C： 0.12wt%、Si：0.30wt%、Mn：1.00wt%、Ti： 0.040wt%、V：0.045wt%、B：0.0025wt%，S 0.008wt%、P 0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的工字钢性能如下：碳当量CEV：0.20%，屈服强度ReL: 520MPa，抗拉强度Rm: 680MPa，强屈比：1.24，断后伸长率 A：26.0%，常温夏比冲击功AkV：135J。

Claims (9)

1.一种隧道支护用高强度抗震工字钢，其特征在于，由以下重量比的化学元素组成：C：0.05～0.12wt%、Si：0.15～0.30wt%、Mn：0.50～1.00wt%、Ti：0.020～0.040wt%、V：0.030～0.045wt%、B：0.0010～0.0025wt%，S≤0.015wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.根据权利要求1所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢，其特征在于，所述隧道支护用高强度抗震工字钢的碳当量CEV≤0.35%，屈服强度为ReL：470-520MPa，抗拉强度为Rm:580-680MPa，强屈比≥1.20，断后伸长率：A：≥25.0%，0º夏比吸收能AkV为：100～135J。
3.权利要求1-2任意一项所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为3100～3300mm，按8.0～10.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为6分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；所述高炉铁水化学成分为：C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt% 、P 0.060～0.080wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将预处理脱硫铁水、及优质低硫生铁分别按照920kg/t钢、120kg/t钢、35kg/t钢的配比加入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25～35kg/t钢，白云石加入量为15～20kg/t钢，菱镁球加入量为2.0～3.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.04wt%，出钢温度为1620～1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～30NL/min；所述预处理脱硫铁水化学成分C 4.0～4.2wt%、Si 0.20～0.35wt%、Mn 0.30～0.40wt%、P 0.060～0.080wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述精废钢化学成分C0.12～0.18wt%、Si 0.12～0.30 wt%、Mn 0.35～0.50 wt% 、P 0.018～0.030wt%、S 0.015～0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述低硫生铁化学成分C 3.2～3.8wt%、Si0.30～0.50 wt%、Mn 0.30～0.50wt% 、P 0.060～0.075wt%、S 0.010～0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，按下列脱氧合金化顺序：铝铁→硅钙钡→硅锰合金→钒氮合金，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0.7～1.2kg/t钢的量，加入下列质量比的铝铁合金：Al 54.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 17.2wt%，Ca 10.5wt%，Ba13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.7～15.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.3wt%，Si 17.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.35～0.55kg/t钢的量，加入下列质量比的钒氮合金：V 78.1 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；
D、钢水LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用10～15NL/min氩量吹氩2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、精炼渣1.0 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.5；根据钢样分析结果，补加合金、铝丸0.4～0.7 kg/t钢调整钢液成分，控制钢水氧活度≤7ppm；之后加大氩气流量至30～40NL/min，按0.95～1.85kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 33.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后按0.10～0.18kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 21.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1585～1600℃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3分钟，之后加入1.0kg/t钢的常规钢水覆盖剂，然后将钢水吊至浇铸工位；
E、钢水浇铸：采用R9m直弧形连续矫直7机7流矩型坯铸机将钢水浇铸成断面165mm×165mm的小方坯；
F、钢坯加热：将小方坯铸坯送入加热炉内加热；
G、钢坯轧制：将F步骤的钢坯通过高压水除鳞机清除钢坯表面氧化铁皮后送入两辊BD开坯轧机进行往复轧制，然后送入10架万能轧机进行连续轧制得到I14～I16工字钢；
H、轧后控冷：将G步骤的工字钢送入120米步进式齿条冷床进行长尺控制冷却；
I、轧后矫直：将控制冷却后的工字钢送入10辊悬臂矫直机进行长尺连续矫直后得到目标物。
4.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，
其特征在于，所述步骤A中，铁水预处理脱硫工序后铁水的成分控制为：C：4.0～4.2wt%、Si ：0.20～0.35wt%、Mn：0.30～0.40wt% 、P：0.060～0.080wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
5.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，
其特征在于，所述步骤E中，钢水浇铸的条件为：中间包钢水温度为1535～1550℃，拉速为2.1～2.3m/min，结晶器水量为145m3/h，二冷比水量为1.2～1.3L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为350A、运行频率为3.0Hz。
6.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，其特征在于，所述步骤F中，钢坯加热工序均热段温度为1220～1380℃，钢坯开轧温度为1130～1200℃。
7.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，其中，所述步骤G中，万能轧机连续轧制开轧温度1000～1060℃，终轧温度850～980℃，工字钢腹板以翼缘温差小于80℃。
8.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，其中，所述步骤H中，工字钢冷却温度750～900℃，终止冷却温度180～250℃，冷却速度5～15℃/s。
9.根据权利要求3所述的一种隧道支护用高强度抗震工字钢的制备方法，其中，所述步骤I中，矫直温度为120～200℃。
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