CN113604735B - 一种屈服强度420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法 - Google Patents

一种屈服强度420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体地，本发明涉及一种420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法。所述H型钢化学成分组成按重量百分比为：C：0.08％～0.10％，Si≤0.2％，Mn：1.25％～1.45％，V：0.03％～0.045％，Ti：0.015％～0.025％，Cr：0.15％～0.30％，A1s：0.02％～0.04％，N：0.007％～0.01％，P≤0.008％，S≤0.005％，O≤0.004％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明结合矩形坯轧制中小规格H型钢翼缘薄的特点，采用适合正火轧制的低C含量配合V微合金化成分设计，添加适量的Cr元素控制冷却速度，避免出现魏氏体等异常组织，恶化钢的低温冲击韧性。从而在热轧H型钢轧机上得到稳定控制的420MPa级别以上高强韧性热轧H型钢。

Description

一种屈服强度420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体地，本发明涉及一种420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法。
背景技术
随着能源开采向极寒等复杂区域发展，迫切需要综合性能更高的热轧H型钢替代目前低级别H型钢，在减轻重量的同时，保证具有较高的可靠性。同时为适应极寒等复杂地区服役环境，对钢材的低温冲击韧性，焊接性能，抗层状撕裂性能等提出了更高的要求，更高强度级别的热轧H钢需求逐渐增加。
目前我国的热轧H型钢生产企业已陆续开发出屈服强度345MPa以上不同级别的H型钢，一般采用复合微合金化配合热轧方法生产。不同企业根据装备水平制备出不同级别和不同综合性能的产品。
专利申请CN201510498771.2中中公开了一种420MPa级优异低温韧性热轧H型钢及其生产方法，成分：C 0.06～0.12％、Si 0.20～0.40％、Mn 1.20～1.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、V 0.050～0.070％、Ni 0.10～0.20％、N 0.0050～0.0100％，其余为Fe及不可避免的杂质。与现有技术相比，该专利通过合理的V、Ni、N成分设计，匹配相适应的控轧控冷工艺，开发出了综合性能优异的420MPa热轧H型钢；屈服强度ReH为440～520MPa；抗拉强度Rm为550～650MPa，延伸率A为A≥22％，-40℃低温冲击韧性KV2≥100J。该专利控制冷却采用两段式，第一阶段快速冷却+第二阶段空冷，需要特殊冷却装置满足上述制备要求。所生产的420MPa级优异低温韧性热轧H型钢厚度方向性能Z为40～65％，是针对异型坯大规格产品进行的工艺设计，不适合中小规格薄翼缘H型钢产品制备。
专利申请CN201510788520.8中公开了一种420MPa级高强度低屈强比H型钢及其制备方法，所述H型钢的化学成分按重量百分数计为：C 0.11～0.15％、Si 0.20～0.35％、Mn1.35～1.50％、P≤0.035％、S≤0.025％，Cu 0.25-0.30％，Cr 0.40-0.45，Ni 0.20-0.30％，Nb 0.20-0.30％，其余为铁和微量杂质。该专利通过优化成分设计实现了生产420MPa级低屈强比H型钢，屈服强度大于427MPa，抗拉强度大于641MPa，屈强比0.64～0.67。该专利添加了Ni，Nb，Cu等元素，针对特定高耐蚀环境下使用；制备过程受到Cu元素的影响，在高终轧温度条件下H型钢腿部产生裂纹的几率提高，同时显著增加了制备成本。
专利申请CN201510498771.2中公开了一种420MPa级高性能抗震H型钢及其制备方法，包含下列重量百分比：C：0.15～0.18wt％，Si：0.30～0.45wt％，Mn：1.35～1.55wt％，V：0.070～0.090wt％，P：≤0.015wt％，S：≤0.020wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。制备方法钢水冶炼、脱氧合金化、钢水LF炉精炼、钢水浇铸、后处理步骤。该专利冶炼采用富氮钒微合金化工艺，有效细化奥氏体晶粒，冶炼时的增加氮含量，有利于形成钒的碳氮化物使其弥散分布于晶界处，促进奥氏体晶粒形核进一步细化奥氏体晶粒，经轧制、控冷、快速冷却等工艺，确保H型钢优良的外形及表面质量及提高性能。该专利获得强度指标达到420MPa，但是没有大幅度提升低温韧性。
上述三种420MPa级别H型钢及制备技术均采用微合金化配合不同冷却方式，涉及到的产品一方面规格较大，具有较高强度且同时保证一定的冲击韧性，对于冷却设备要求较高；另一方面采用普通设备轧制，低温韧性要求较低。因此，针对中小规格H型钢产品采用高温正火轧制条件下强度提升的同时进一步提高冲击韧性需要重新进行设计。另外，与板材轧制不同，H型钢因为具有复杂截面对工艺的要求更加苛刻。
目前炼钢流程中的脱磷环节普遍放在转炉中完成，但单转炉的脱磷率较低，很难稳定的将钢水中磷含量控制在0.01％以下，为提高脱磷率，目前公开的现有技术中多是采用两个转炉使用双联工艺来深脱磷，可稳定的将钢水中磷含量控制在0.01％以下，但由于双联工艺需要使用脱磷转炉和脱碳转炉分别进行脱磷和脱碳，需新建脱磷炉，且比单转炉的冶炼时间长40min以上，具有设备投资大、生产效率低的缺点。有部分企业采用转炉双渣法来深脱磷，但由于转炉一次脱磷渣无法完全倒净，深脱磷率无法保证，很难稳定的将钢水中磷含量控制在0.01％以下。
有部分企业采用铁水预处理中的三脱工艺(脱硅、脱硫、脱磷)来进行脱磷，但由于脱磷反应为渣钢界面的反应，反应方程式如下式①所示，磷元素和氧元素的反应生成物P2O5很不稳定，P2O5只有进入炉渣中与CaO反应生成CaO·P2O5才能除掉，只有与钢渣接触的钢水才能发生脱磷反应(铁水包中下部的钢水几乎不发生脱磷反应)，因此只有通过长时间的搅拌来促进钢渣与钢水的接触才能把铁水中P脱至要求范围(铁水中P含量0.03％以下)，铁水预处理效率低，整个三脱过程需进行150～200min，生产效率低且铁水温降大，给钢铁企业的效益带来严重不良影响，国内钢铁企业采用三脱进行铁水预处理的也越来越少。因此，需改进脱磷工艺，实现降低磷含量的目的，达到提升低温韧性的效果。
2[P]+5[O]+4(CaO)＝(4CaO·P2O5)①
发明内容
为了满足北极南极等极地高寒区域等复杂环境下高强、高低温韧性型钢的需求，设计发明一种屈服强度达到420MPa级热轧耐低温H型钢及其制备方法，该H型钢不仅满足极低温度条件陆地及海洋地区石油平台建设等建筑结构用钢需求，同时具有低成本制备优势，实现了建筑结构轻量化，为钢结构建筑提供便利。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种屈服强度420MPa级耐低温H型钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.08％～0.10％，Si≤0.2％，Mn：1.25％～1.45％，V：0.03％～0.045％，Ti：0.015％～0.025％，Cr：0.15％～0.30％，A1s：0.02％～0.04％，N：0.007％～0.01％，P≤0.008％，S≤0.005％，O≤0.004％，其余为Fe和不可避免杂质。
作为优选的，本发明中P，S元素，满足P+S≤0.01％。满足该公式要求制备出的H型钢，可以更好的满足极地温度下冲击韧性要求。该发明尤其适合制备翼缘厚度15mm以下中小规格H型钢产品，但不仅限于上述规格产品。
本发明所述的高强度热轧H型钢中各化学元素设计原理如下：
碳：为获得热轧H型钢420MPa强度级别同时满足耐低温性能要求，钢的基体组织为超细片状珠光体和扁平状铁素体，同时获得一定的纳米级含钒碳化物。对于规格较小的H型钢压缩比较大，结合设备能力及终轧温度控制难度大等因素，因此碳的含量不能太高，控制在0.08％～0.10％。
锰：在热轧态钢中，Mn能够稳定奥氏体组织，增加钢的淬透性，提高钢的强度。同时Mn也是容易偏析元素，在钢的组织的不同部位分布不均匀，造成性能差异较大。为了保证强度优选将Mn含量设定为1.25％以上。同时为了控制裂纹敏感性，Mn添加过多损害低温韧性、塑性等力学性能指标也不易过多添加。因此，综合考虑，本发明钢中控制Mn含量1.25％～1.45％。
硅：Si是脱氧元素，有助于强度的提高，但是过高的Si将在钢的表面形成大量含Si的Fe2SiO4Si从而增加钢的粘度，造成氧化铁皮不易去除，影响表面质量。含量的下限设定为0.20％以下。
磷：磷作为钢中有害杂质，磷能显著扩大液相和固相之间的两相区，容易在晶界偏析，使钢的局部组织异常，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性及回火脆性，造成机械性能不均匀；磷还会引起腐蚀疲劳和焊接开裂。因此，转炉冶炼中适当控制P含量，对于提高H型钢的耐低温韧性作用显著。考虑到设备能力本发明中P≤0.008％。
硫：作为钢中不可避免存在的五大元素之一，因凝固偏析而引起焊接开裂、韧性下降。制备过程带来的断续存在的夹杂物严重恶化钢的低温韧性，因此应该尽量减少其的含量。硫容易形成MnS夹杂，成为裂纹的起点而使加工性能恶化，S含量优选被限制为0.005％以下。P、S的下限值取决于设备能力和成本控制，均超过0％即可，P+S≤0.010％。
铝：Al在本发明H型钢的制备过程中作为强脱氧元素使用。为了保证钢中的氧含量尽可能地低，降低球形夹杂物产生几率；部分铝还可以和钢中的氮元素能形成AlN析出物，其能提高钢的强度。所以，在本发明中将铝的含量控制在0.02％～0.04％。
钛：Ti是强碳化物形成元素，微量Ti有利于固定钢中的N，同时形成的细小TiN能使钢坯加热时抑制奥氏体晶粒过分长大，从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。Ti在钢中还能生成TiC、TiS、Ti4C2S2等化合物，在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，也能起到改善成品H型钢的焊接性能。因此，本发明中选择添加0.015％～0.025％的Ti。
钒：作为强碳氮化物形成元素，V的碳氮化物在轧制后期冷却阶段形成纳米级别碳氮化物起到显著的沉淀强化作用；VN合金可以作为铁素体和珠光体组织的形核质点，有助于组织的晶粒细化。VC也起到沉淀强化作用，同时含钒钢的轧制变形抗力低，起到降低轧制负荷的作用。对于屈服强度420MPa级别，V含量控制在0.03％～0.045％。
铬：钢中添加一定Cr可提高钢的强度和硬度以及耐磨性。铬加入钢中能显著提高钢的淬透性。实验证明，与Mo元素相比Cr元素淬透性弱一些，不至于在较低冷速下形成大量的贝氏体组织从而恶化钢的韧性。同时Cr含量太高或者太低对钢的淬透性、延迟断裂性不利，容易引起缺陷。考虑到避免异常组织的形成Cr控制在0.15％～0.30％之间。
氮：钢中的N元素，与Ti形成TiN，同时与V一起形成VN，VC合金起到沉淀强化效果，提高强度。N含量太高，容易诱发铸坯表面质量缺陷，产生横裂纹等，因此，本发明要求氮含量0.007％～0.010％。
氧：适当降低钢中的氧含量，可以避免与强氧化元素形成大颗粒的氧化物夹杂，从而保证钢的韧性和塑性提升，本发明要求氮含量≤0.004％。
所述H型钢屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥520MPa，延伸率≥20％，-50℃冲击功≥100J。
本发明还提供了上述屈服强度420MPa级H型钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理+深脱磷→转炉冶炼→钢包吹氩→RH/LF精炼→矩形连铸坯浇铸→连铸坯缓冷坑进行缓冷或者热送热装→型钢线半连续轧制→冷床密集缓冷；具体包括以下步骤：
1)铁水预处理、多次脱磷：
在高炉出铁过程中，高炉中铁水流入第一铁水包，随着高炉中铁水的持续注入，对铁水包中喷吹脱磷剂进行脱磷，铁水包中液位不断上升，铁水液位超过放铁口上沿20～30cm时，开启放铁口，铁水经放铁口流入第二铁水包，在第二铁水包内再次进行喷吹脱磷操作，且第二铁水包在铁水包钢渣界面向下20～30cm处的侧面也开设有放铁口，第二铁水包上部脱磷的铁水通过放铁口向下流入第三铁水包，如此循环通过放铁口向下流入第N铁水包，对铁水进行N次脱磷操作，将铁水中磷含量脱至0.02％以下，其中，4≤N≤6；
每脱磷30到40min后，第一铁水包至第N-1铁水包都进行一次换渣操作；
2)转炉冶炼：终点磷含量控制在0.007％以下；
3)钢包吹氩、RH/LF精炼、矩形连铸坯浇铸、连铸坯缓冷坑进行缓冷或者热送热装、型钢线半连续轧制、冷床密集缓冷；其中，在轧制过程中，加热炉均热温度为1210～1250℃，铸坯在炉时间为140～180min；精轧开轧温度为1000～1050℃，精轧终轧温度为890～930℃。
优选的，所述步骤1)中第一铁水包至第N-1铁水包公称容积为30～50t铁水，深度为1.5～2m，在距离铁水包顶部50～60cm处的铁水包侧壁处开有放铁口，放铁口向外伸出20～30cm，采用滑板控制放铁口的开关，所述第N铁水包的容积与转炉工程吨位相匹配。
优选的，所述脱磷剂喷吹点包括高炉铁水向第一铁水包的注入点和上一级铁水包中铁水向下一级铁水包的注入点，即第一铁水包中铁水向第二铁水包的注入点、第二铁水包中铁水向第三铁水包的注入点，以此类推，第N-2铁水包中铁水向第N-1铁水包的注入点。此位置处铁液搅拌剧烈，脱磷动力学条件好。
优选的，所述脱磷剂为污泥球和石灰的混合物，污泥球和石灰的质量比为1:1，污泥球中成份的质量百分含量包括：CaO:2～8％，Fe2O3:85～92％，SiO2:1～5％，石灰中成份的质量百分含量包括：CaO:85～90％，Fe2O3:0～3％，SiO2:0～10％，MgO:0～10％，所述铁水包中脱磷剂的加入量为2～3kg/吨铁·铁水包。
作为优选，所述喷吹脱磷剂时的载气为氧气，喷吹压力为0.2～0.3Mpa，喷吹流量为2～4m3/min。
优选的，所述铁水包中，下一个铁水包比上一个铁水包的位置低60-70cm。
优选的，所述换渣操作为：第一铁水包中的炉渣被倒出，第二铁水包顶部的炉渣被倒入第一铁水包，第三铁水包顶部的炉渣被倒入第二铁水包，直至第N-1铁水包顶部的炉渣被倒入第N-2铁水包；
优选的，所述第一铁水包至第N-1铁水包顶部均开有放渣口，放渣口向外伸出20～30mm，放渣口和放铁口在铁水包包壁的位置差为四分之一圆周；
第一铁水包至第N-1铁水包包车中均配置有液压升降装置和旋转装置，将铁水包升降1～2m，并可将铁水包绕中轴线旋转90度。在轧制过程中，轧制分为粗轧和精轧，粗轧采用往复轧制一般为7道次。精轧采用连续轧制5道次，精轧机架间水冷全部开启，为保证终轧温度控制，精轧最后两道次压缩比为6％～12％；精轧后冷却充分利于析出V的碳氮化物发挥沉淀强化作用。
本发明通过低碳低磷加钒微合金化工艺设计，结合型钢孔型轧制，实现中小规格420MPa级别高强韧H型钢产品的工业化生产。
脱磷工艺：
在高炉出铁过程中对铁水进行多级喷吹脱磷处理，对铁水包内铁水进行喷吹脱磷处理，利用钢渣界面处的铁水脱磷动力学条件好、脱磷较充分的特点，在铁水包钢渣界面向下20～30cm处的侧面开设放铁口，铁水包上部脱磷较充分的铁水通过该放铁口流入下一级铁水包，在下一级铁水包内再次进行喷吹脱磷操作，且下一级铁水包钢渣界面向下20～30cm处的侧面也开设有放铁口，下一级铁水包上部脱磷较充分的铁水能继续通过放铁口向下流入更下一级铁水包，如此循环对铁水进行4-6次脱磷操作，以下具体以对铁水进行4次脱磷为例来介绍铁水脱磷工艺。由于上一级铁水包中的炉渣无法流入下一级铁水包中，只有铁水会流入下一级铁水包中，在下一级铁水包铁水中的磷与炉渣会再次发生脱磷平衡反应，铁水中磷元素进一步被脱除，经过多次脱磷处理后，铁水中磷元素会被脱至极低值。
该脱磷方法的具体实施工艺为：
步骤1)在高炉出铁过程中，高炉中铁水流入第一铁水包，第一铁水包的公称容积为30～50t铁水，深度为1.5～2m，在距离铁水包顶部50～60cm处的铁水包侧壁处开有放铁口，放铁口向外伸出20～30cm，采用滑板控制放铁口的开关。随着高炉中铁水的持续注入，第一铁水包中铁水容积达到50％以上时，对铁水包中喷吹脱磷剂进行脱磷，此时放铁口为关闭状态，铁水包中液位不断上升，铁水液位超过放铁口上沿20～30cm时，开启放铁口，铁水经放铁口流入第二铁水包，铁水由第一铁水包流入第二铁水包的流量速度与高炉铁水流入第一铁水包的流量速度相同，铁水液位处于不升不降的稳定状态，第一铁水包钢渣界面处持续的进行脱磷反应，钢渣界面附近处铁水中的磷含量被持续脱除，第一铁水包上部脱磷较充分的铁水通过放铁口流入第二铁水包。
所述第二铁水包比第一铁水包的位置低60-70cm，铁水在重力的作用下由第一铁水包由放铁口流入第二铁水包。
步骤2)第二铁水包、第三铁水包、第四铁水包的铁水包尺寸参数、脱磷工艺参数与第一铁水包完全相同，在第二、第三、第四铁水包内均进行喷吹脱磷操作。
第二铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第三铁水包，第三铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第四铁水包。第四铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第五铁水包。
第三铁水包、第四铁水包、第五铁水包分别比第二铁水包、第三铁水包、第四铁水包的位置低60-70cm。
第五铁水包为大体积铁水包，第五铁水包的容积与转炉工程吨位相匹配，第五铁水包内的铁水被运入KR工位脱硫，脱硫完毕后运入转炉进行正常的冶炼，转炉冶炼终点磷含量控制在0.007％以下。
优选的，每正常脱磷30到40min后，第一至第四铁水包都进行一次换渣操作，其换渣工艺为第一铁水包中的炉渣被倒出，第二铁水包顶部的炉渣被倒入第一铁水包，第三铁水包顶部的炉渣被倒入第二铁水包，第四铁水包顶部的炉渣被倒入第三铁水包，由于采用了多级脱磷工艺，下一级铁水包中的磷含量都低于上一级铁水包，在充分脱磷的工艺条件下，磷在渣铁中的分配比基本不变，也即是下一级钢包渣中的磷含量也会低于上一级钢包，因此将下一级铁水包顶部的炉渣倒入上一级铁水包中后，炉渣仍能发挥较好的脱磷效果。
优先的，第一至第四铁水包顶部均开有放渣口，放渣口向外伸出20～30mm，铁水包内的炉渣可通过该放渣口流出，放渣口和放铁口在铁水包包壁的位置差为四分之一圆周。
优选的，第一至第四铁水包包车中均配置有液压升降装置和旋转装置，可将铁水包升降1～2m，并可将铁水包绕中轴线旋转90度。
优选的，进行换渣操作时，先关闭放铁口，然后利用铁水包车上的旋转装置使上一级铁水包和下一级铁水包绕中轴线旋转90度，以避免钢包升降时碰触到放铁口，然后使用液压升降装置使上一级铁水包降低、下一级铁水包上升，等下一级铁水包高于上一级铁水包，且下一级铁水包内的炉渣可通过放渣口流入上一级铁水包时，开启放渣口，炉渣由下一级铁水包流入上一级铁水包，待炉渣流净后，关闭放渣口。
本发明未提及的工序，均可采用现有技术。
本发明技术方案的优点在于：
1、本发明结合矩形坯轧制中小规格H型钢翼缘薄的特点，采用适合正火轧制的低C含量配合V微合金化成分设计，添加适量的Cr元素控制冷却速度，避免出现魏氏体等异常组织，恶化钢的低温冲击韧性。从而在热轧H型钢轧机上得到稳定控制的420MPa级别以上高强韧性热轧H型钢。
2、本发明采用低磷冶炼工艺，控制P含量在0.008％以下，同时P+S含量低于0.011％以下水平，有利于提高钢的耐低温韧性在-50℃条件下仍旧保持较高水平。
3、本发明H型钢基体组织为细化珠光体+先共析铁素体，第二相粒子主要是V(C，N)，组织稳定性更好，更加容易获得。
4、本发明通过基体组织细化实现细晶强化，沉淀强化，实现H型钢获得420MPa基础上获得-50℃条件下低温冲击韧性大于100J的良好效果。
5、本发明在高炉出铁过程中，通过四-六个小型铁水包对铁水进行四-六次喷吹脱磷操作，该脱磷操作为连续式操作，生产效率高，脱磷总时间为铁水在这四-六个小铁水包内的流动周转时间，仅需20～30min，远低于三脱处理时间，脱磷效率高。
6、本发明小型铁水包中的放铁口位于铁水包钢渣界面附件，此位置处的脱磷动力学条件好，渣钢界面脱磷反应较充分，因此脱磷较充分的铁水会流入下一级铁水包，铁水包底部未发生脱磷反应的铁水上升至渣钢界面附件继续发生脱磷反应，此种脱磷方式的脱磷效率高。
7、本发明下一级铁水包中炉渣的磷富集量低于上一级铁水包中炉渣的磷富集量，因此流入下一级铁水包的铁水能继续与炉渣发生脱磷反应，相当于进行了换渣式脱磷操作，经过四-六次换渣式脱磷操作后，能将铁水中磷含量脱至0.02％以下，铁水脱磷率高，有利于低磷钢的稳定生产。
8、本发明下一级铁水包炉渣的磷富集量低于上一级铁水包炉渣的磷富集量，因此将下一级铁水包的炉渣流入上一级铁水包后，仍能发挥脱磷效果，相当于进行了脱磷渣的循环利用，节省了脱磷物料消耗，降低了脱磷成本。
附图说明
图1是本发明中实施例2制备的屈服强度420MPa级高韧性耐低温H型钢的金相组织图(×200)；
图2是本申请所述的多级脱磷示意图；
图3为小型铁水包结构示意图；
图4为小型铁水包结构侧视示意图；
附图标记：
1、高炉，2、第一铁水包，3、第二铁水包，4、第三铁水包，5、第四铁水包，6、第五铁水包，7、喷粉脱硫装置，8、放铁口，9、放渣口。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不限制本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
下述实施例中的连铸坯均按以下工艺流程制备：根据设定的化学成分范围(表1)，以高炉铁水为原料，通过高炉出铁过程中的脱磷、KR脱磷、转炉冶炼、精炼，调整C、Si、Mn、S、P等的含量并进行微合金化，成分达到目标值后进行连铸、铸坯直接加热或者均热。实施例1-4的制备步骤如下：
该钢经过高炉出铁过程中的脱磷、KR铁水预处理脱硫→转炉冶炼→钢包吹氩→精炼→连铸→型钢线轧制→在线冷却→冷床缓冷。其中，型钢线轧制包括粗轧和精轧两阶段轧制。热轧工序以控制温度为主，终轧温度检测翼缘外侧，轧后轧材在冷床自然冷却。实施例1-4的化学成分及具体工艺见下表1。
表1化学成分(wt％，余量铁)
项目 C Si Mn P S Cr V Ti Al N
实施例1 0.08 0.15 1.30 0.007 0.002 0.28 0.03 0.015 0.025 0.008
实施例2 0.09 0.20 1.45 0.006 0.003 0.30 0.03 0.025 0.026 0.009
实施例3 0.08 0.20 1.28 0.006 0.004 0.25 0.04 0.018 0.03 0.008
实施例4 0.10 0.15 1.39 0.005 0.003 0.30 0.035 0.019 0.033 0.01
具体的高炉出铁过程中的脱磷工艺为：
步骤1、在高炉出铁过程中，高炉中铁水流入第一铁水包，第一铁水包的公称容积为30t铁水，深度为1.5m，在距离铁水包顶部50cm处的铁水包侧壁处开有放铁口，放铁口向外伸出20cm，采用滑板控制放铁口的开关。随着高炉中铁水的持续注入，第一铁水包中铁水容积达到50％以上时，对铁水包中喷吹脱磷剂进行脱磷，此时放铁口为关闭状态，铁水包中液位不断上升，铁水液位超过放铁口上沿20cm时，开启放铁口，铁水经放铁口流入第二铁水包，铁水由第一铁水包流入第二铁水包的流量速度与高炉铁水流入第一铁水包的流量速度相同，铁水液位处于不升不降的稳定状态，第一铁水包钢渣界面处持续的进行脱磷反应，钢渣界面附近处铁水中的磷含量被持续脱除，第一铁水包上部脱磷较充分的铁水通过放铁口流入第二铁水包，如图2-4所示。
所述脱磷剂喷吹点包括高炉铁水向第一铁水包的注入点和上一级铁水包中铁水向下一级铁水包的注入点，此位置处铁液搅拌剧烈，脱磷动力学条件好。
所述脱磷剂为污泥球和石灰的混合物，第一铁水包中的脱磷剂加入量为2kg/吨铁·铁水包，污泥球和石灰的质量比为1：1，污泥球中成份的质量百分含量为：CaO：5％，Fe2O3：88％，SiO2：3％，余量为杂质，，石灰中成份的质量百分含量为：CaO：90％，Fe2O3：1％，SiO2：3％，MgO：5％，余量为杂质。
所述喷吹脱磷剂时的载气为氧气，喷吹压力为0.2Mpa，喷吹流量为2m3/min.
所述第二铁水包比第一铁水包的位置低60cm，铁水在重力的作用下从第一铁水包由放铁口流入第二铁水包。
步骤2、第二铁水包、第三铁水包、第四铁水包的铁水包尺寸参数、脱磷工艺参数与第一铁水包完全相同，在第二、第三、第四铁水包内均进行喷吹脱磷操作。
第二铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第三铁水包，第三铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第四铁水包。第四铁水包钢渣界面附近处脱磷较充分的铁水通过放铁口在重力作用下流入第五铁水包。
第三铁水包、第四铁水包、第五铁水包分别比第二铁水包、第三铁水包、第四铁水包的位置低60cm。
对铁水进行成份和温度检测，四个小型铁水包内的脱磷率和铁水温度如下表：
表2铁水包内的脱磷率和铁水温度
Figure BDA0003171042310000101
由上表可看出，经过四个小型铁水包内脱磷后，铁水中磷含量由0.163％降低至0.017％，铁水脱磷率为89.6％，铁水脱磷率高，铁水温度由1520℃降低值1426℃，铁水温降为94℃，铁水温降小，脱磷后的铁水温度远高于入转炉温度要求(高于1250℃)。
第五铁水包为大体积铁水包，第五铁水包的容积与转炉工程吨位相匹配，第五铁水包内的铁水被运入KR工位脱硫，脱硫完毕后运入转炉进行正常的冶炼，转炉冶炼终点磷含量控制在0.007％以下。
每正常脱磷30到40min后，第一至第四铁水包都进行一次换渣操作，其换渣工艺为第一铁水包中的炉渣被倒出，第二铁水包顶部的炉渣被倒入第一铁水包，第三铁水包顶部的炉渣被倒入第二铁水包，第四铁水包顶部的炉渣被倒入第三铁水包，由于采用了多级脱磷工艺，下一级铁水包中的磷含量都低于上一级铁水包，在充分脱磷的工艺条件下，磷在渣铁中的分配比基本不变，也即是下一级钢包渣中的磷含量也会低于上一级钢包，对铁水包炉渣进行成份检测，四个小型铁水包内的炉渣成份如下表
表3铁水包内炉渣成份
高炉炉渣 第1铁水包 第2铁水包 第3铁水包 第4铁水包
CaO(％) 41 37 43 45 45
SiO<sub>2</sub>(％) 35 31 30 29 31
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) 14 11 7 5 5
MgO(％) 6 5 5 6 5
S(％) 0.9 0.1 0.2 0.1 0.1
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(％) 0.13 0.91 0.64 0.47 0.30
T.Fe(全铁)(％) 0.3 8 11 13 14
由上表可看出，下一级钢包炉渣中的磷含量均低于上一级炉渣中的磷含量，且碱度更高，氧化性更强(T.Fe可折算成FeO)，因此将下一级铁水包顶部的炉渣倒入上一级铁水包中后，炉渣仍能发挥较好的脱磷效果。
第一至四铁水包顶部均开有放渣口，放渣口向外伸出20mm，铁水包内的炉渣可通过该放渣口流出，放渣口和放铁口在铁水包包壁的位置差为四分之一圆周。
第一铁水包至第四铁水包包车中均配置有液压升降装置和旋转装置，可将铁水包升降1.5m，并可将铁水包绕中轴线旋转90度。
进行换渣操作时，先关闭放铁口，然后利用铁水包车上的旋转装置使上一级铁水包和下一级铁水包绕中轴线旋转90度，以避免钢包升降时碰触到放铁口，然后使用液压升降装置使上一级铁水包降低、下一级铁水包上升，等下一级铁水包高于上一级铁水包，且下一级铁水包内的炉渣可通过放渣口流入上一级铁水包时，开启放渣口，炉渣由下一级铁水包流入上一级铁水包，待炉渣流净后，关闭放渣口。
实施例1-4的热轧工艺条件见表2。按照标准为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。
表4实施例热轧工艺
Figure BDA0003171042310000111
Figure BDA0003171042310000121
表5实施例力学性能试验结果
Figure BDA0003171042310000122
从表中可见，本发明实施例1-4屈服强度保持440MPa级别，具有良好的延伸性能，其-50℃冲击功较高。可以满足制备海洋工程构件在极低环境下的使用条件，适用于制作海洋石油平台、海洋远洋运输船舶等具有较高低温韧性要求的支撑结构件。
从图1可以看出本申请的组织为粒状贝氏体+铁素体组织。P含量降低对于420MPa级别强度的H型钢，满足强度的同时，韧性尤其是低温韧性得到提升。本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
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当理解，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 (9)

1.一种屈服强度420MPa级耐低温H型钢的制备方法，包括以下步骤：
1）铁水预处理、多次脱磷：
在高炉出铁过程中，高炉中铁水流入第一铁水包，随着高炉中铁水的持续注入，对铁水包中喷吹脱磷剂进行脱磷，铁水包中液位不断上升，铁水液位超过放铁口上沿20～30cm时，开启放铁口，铁水经放铁口流入第二铁水包，在第二铁水包内再次进行喷吹脱磷操作，且第二铁水包在铁水包钢渣界面向下20～30cm处的侧面也开设有放铁口，第二铁水包上部脱磷的铁水通过放铁口向下流入第三铁水包，如此循环通过放铁口向下流入第N铁水包，对铁水进行N次脱磷操作，将铁水中磷含量脱至0.02%以下，其中，4≤N≤6；
每脱磷30到40min后，第一铁水包至第N-1铁水包都进行一次换渣操作；
2）转炉冶炼：终点磷含量控制在0.007%以下；
3）钢包吹氩、RH/LF精炼、矩形连铸坯浇铸、连铸坯缓冷坑进行缓冷或者热送热装、型钢线半连续轧制、冷床密集缓冷；其中，在轧制过程中，加热炉均热温度为1210～1250℃，铸坯在炉时间为140～180min；精轧开轧温度为1000～1050℃，精轧终轧温度为890～930℃；
所述H型钢为中小规格的翼缘薄H型钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.08%～0.10%，Si≤0.2%，Mn：1.25%～1.45%，V：0.03%～0.045%，Ti：0.015%～0.025%，Cr：0.15%～0.30%，A1s：0.02%～0.04%，N：0.007%～0.01%，P≤0.008%，S≤0.005%，O≤0.004%，其余为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述H型钢化学成分组成按重量百分比为：P+S≤0.01%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中第一铁水包至第N-1铁水包公称容积为30～50t铁水，深度为1.5～2m，在距离铁水包顶部50～60cm处的铁水包侧壁处开有放铁口，放铁口向外伸出20～30cm，采用滑板控制放铁口的开关，所述第N铁水包的容积与转炉工程吨位相匹配；所述步骤4）精轧最后两道次压缩比为6%～12%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱磷剂喷吹点为高炉铁水向第一铁水包的注入点和上一级铁水包中铁水向下一级铁水包的注入点。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱磷剂为污泥球和石灰的混合物，污泥球和石灰的质量比为1:1，污泥球中成份的质量百分含量包括：CaO:2～8%， Fe2O3:85～92%， SiO2:1～5%，石灰中成份的质量百分含量包括：CaO:85～90%， Fe2O3:0～3%，SiO2:0～10%，MgO:0～10%，所述铁水包中脱磷剂的加入量为2～3kg/吨铁·铁水包。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷吹脱磷剂时的载气为氧气，喷吹压力为0.2～0.3Mpa，喷吹流量为2～4m3/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁水包中，下一个铁水包比上一个铁水包的位置低60-70cm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述换渣操作为：第一铁水包中的炉渣被倒出，第二铁水包顶部的炉渣被倒入第一铁水包，第三铁水包顶部的炉渣被倒入第二铁水包，直至第N-1铁水包顶部的炉渣被倒入第N-2铁水包。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一铁水包至第N-1铁水包顶部均开有放渣口，放渣口向外伸出20～30mm，放渣口和放铁口在铁水包包壁的位置差为四分之一圆周；
第一铁水包至第N-1铁水包包车中均配置有液压升降装置和旋转装置，将铁水包升降1～2m，并将铁水包绕中轴线旋转90度。
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