CN115433874B - 一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法 - Google Patents

一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度460MPa级耐‑20℃热轧角钢及其生产方法。该热轧角钢成分包括：C：0.05％‑0.11％，Si：0.25％‑0.55％，Mn：1.20％‑1.65％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，V：0.020％‑0.080％，Nb：0.020％‑0.080％，Cr：0.15％‑0.50％，Als：0.010％‑0.035％，H≤0.0002％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法包括：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷，采用化学成分和轧制工艺，利用细晶强化、析出强化、相变强化和固溶强化机制，得到力学性能优异的热轧角钢。

Description

一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法
技术领域
本发明属于轧钢生产技术领域，更具体地说，涉及一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国桥梁基础工程建设也取得突飞猛进的发展。尤其是近十年来，我国桥梁建设以每年3万座的数量递增，桥梁总长以5万公里总长速度增加，建设了一大批世界级水平的桥梁工程，我国已经成为世界桥梁大国。其中，型钢产品以其绿色节能、截面简单、使用方便等优点在桥梁建设上有着广泛的应用。
目前，国内市场的桥梁用型钢产品主要是以H型钢为主，但是在钢梁结构中桁架梁通常需要用到高强度、高韧性的热轧角钢产品。传统的桥梁用角钢主要强度在355MPa-390MPa级别就能满足钢梁构件的使用，但是随着桥梁工程环境的变化，尤其是低温地区，桥梁结构用角钢市场开始以高强度、高低温韧性的主要发展方向。研究表明，随着钢材强度提高，可大幅度减少钢材用量，从而减轻整体桥梁钢结构自重和桥梁建设施工难度，提升桥梁安全。因此，开发具有高强度和高低温韧性的热轧角钢产品能大力推动桥梁工程在低温地区的发展。
经检索，公开号为CN105543677A，公开日为2016年5月4日，名称为“一种高原山区电力通信塔架用345MPa级14号热轧角钢及其制备方法”的专利，其采用C：0.14-0.20％、Si：0.20-0.30％、Mn：0.85-1.05％、V：0.016-0.030％、Ti：0.015-0.030％、Mo：0.015-0.025％、P≤0.020％、S≤0.015％，其余为Fe及不可避免的不纯物。该方法主要采用大量的V+Ti+Mo复合合金元素，生产工序复杂，对炼钢工艺要求严格，同时大量的合金含量增加生产成本，且该方法生产的角钢产品屈服强度在345MPa级别，强度指标不满足桥梁结构用角钢的要求。
公开号为CN105734418A，公开日为2016年7月6日，名称为“一种耐低温热轧角钢及其制备方法”的专利。该角钢按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.10-0.15％，Si：0.20-0.50％，Mn：1.3-1.7％，V：0.04-0.06％，Al：0.005-0.015％，N≤0.01％，O≤0.006％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、方坯连铸机连铸及轧制工序，脱硫后保证铁水中的硫含量为≤0.005wt％。该方法虽然产品冲击韧性较高，但是整个生产过程尤其是对炼钢工艺要求极高，严格控制O、N、S等元素的含量，大大地增加了炼钢成本，此外，在轧制过程加热温度过高，均热段1220-1260℃，能耗较高，采用该方法生产的产品的屈服强度虽在345MPa以上，但仍尚不满足桥梁结构用钢高强度的要求。
公开号为CN106636528A，公开日为2017年5月10日，名称为“耐低温冲击C级电力角钢生产方法”的专利，该专利主要是采用转炉(终点控制C、P、Ti的含量)—LF精炼(正常炉次软吹后温度1565-1575℃)—连铸(全程保护浇注)—轧机(开轧温度1050-1200℃，开高压水除鳞，钢坯不允许组坯轧制，轧槽号从传动侧到操作侧排序；轧件调整后注意导卫的同步调整，同时每架导卫左右两侧用木头或其他物件挤紧)。该方法控制过程复杂，对现场的操作工艺要求严格，且工艺窗口窄，同时增加了现场工装设备投入，产品最终仅能满足C级(0℃)电力角钢对低温冲击韧性的要求，无法实现更低温度(-20℃)的服役条件。
公开号为CN106906411A，公开日为2017年6月30日，名称为“一种公共钢构建筑用Q345FRD耐火抗震热轧角钢及其制备方法”的专利，其成分为C：0.16-0.21wt％、Si：0.23-0.33wt％、Mn：0.85-1.05wt％、V：0.017-0.032wt％、Ti：0.015-0.030wt％、Mo：0.080-0.100wt％、S≤0.015wt％、P≤0.020wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物，生产过程包括以下步骤：A、铁水预处理脱硫；B、钢水冶炼；C、脱氧合金化；D、钢水LF炉精炼；E、钢水浇铸；F、钢坯加热；G、钢坯高压水箱除鳞；H、开坯轧机预成型；I、万能轧机连轧；J、角钢在线外形尺寸检测；K、精整。采用该方法对铁水处理过程要求严格(铁水预处理、转炉冶炼、脱氧合金化、LF炉精炼、大方坯全程保护连铸)，增加了生产工序和生产成本，而且其最终角钢产品屈服强度在345MPa级别，强度指标不满足桥梁结构用角钢的要求。
公开号为CN107513665A，公开日为2017年12月26日，名称为“一种铁塔用Q345级热轧耐候大型号角钢及其制备方法”的专利，公开了该铁塔用Q345级热轧耐候大型号角钢含有如下成分：C：0.03-0.10wt％，Si：0.15wt％-0.50wt％，Mn：0.30wt％-0.90wt％，P≤0.020wt％，S≤0.015wt％，Cr：0.40wt％-0.80wt％，Ni：0.10wt％-0.30wt％，Cu：0.20wt％-0.50wt％，Als≥0.015wt％，Ti：0.01wt％-0.05wt％，V：0.03wt％-0.10wt％，其余为Fe。采用低C、V与Ti复合添加和适量耐腐蚀元素的成分设计方案。但是该成分工艺对连铸异形坯控制严格，尤其是采用Ti微合金增加精炼能耗，且产品最终的强度仅能达到345MPa级别，无法满足桥梁结构用钢对强度的要求。
公开号为CN103695772A，公开日为2014年4月2日，名称为“屈服强度为550MPa级耐火耐候抗震建筑用钢及其生产方法”的专利，该钢的化学成分按重量百分比为(％)：C：0.041-0.125，Si：0.31-0.62，Mn：1.81-2.40，P：≤0.008，S：≤0.002，Nb：0.041-0.065，Ti：0.007-0.020，Mo：0.41-0.63，W：0.07-0.10，Mg：0.0071-0.0098，O：≤0.0012。该发明Mn含量较高，且添加了较高含量的贵重金属Nb、Mo，生产成本较高。
公开号为CN110699598A，公开日为2020年1月27日，名称为“一种铌微合金化高强高耐候角钢及其生产工艺”的专利，其化学成分以质量百分数计为：C：0.05-0.12％，Si：0.20-0.75％，Mn≤1.00％，Cu：0.20-0.55％，P：0.07-0.10％，Cr：0.30-1.25％，Ni：0.12-0.65％，Nb：0.015-0.060％，S≤0.020％，Ceq≤0.44，I≥6，余为Fe和不可避免的杂质；生产工艺包括连铸坯生产、角钢轧制、角钢矫直。该方法主要采用大量的Cr+Ni+Nb+Cu复合合金元素，生产工序复杂，对炼钢工艺要求严格，采用该方法产品的低温(-20℃)冲击功仅大于34J，远远小于桥梁结构用角钢对低温冲击值的要求。
公开号为CN109127724A，公开日为2020年4月10日，名称为“一种高韧性角钢的生产工艺方法”的专利，该生产工艺方法为：双蓄热步进梁式加热炉+I架750二辊可逆轧机轧5-7道(粗轧)+II架750二辊可逆轧机轧制3道(中轧)+在精轧机与II架750轧机之间的过渡辊道上停顿0.5-3分钟、保证入精轧机温度在800-900℃，然后进入精轧机轧制。然而，该方法受到特殊轧机装备布置以外，对轧制温度限定在800-900℃，对于在一般的连轧机架来说，该温度增加了中间待轧时间，减慢了轧制节奏，在实际轧制生产中难以实现。而且，该工艺技术方案生产的产品强度等级为C级，不满足一般桥梁结构用钢D级要求。
公开号为CN112011737A，公开日为2020年8月18日，名称为“一种桥梁结构用390MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法”的专利，该角钢的化学成分组成按重量百分比为：C：0.15-0.18％，Si：0.20-0.45％，Mn：1.35-1.45％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：0.020-0.060％，V：0.030-0.080％，Als：0.010-0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质。通过合理的成分配比和生产工艺控制，利用BD开坯轧制+精轧+轧后控冷工艺，实现了屈服强度390MPa级别、低精轧压缩比、低屈强比、-20℃低温冲击功不小于65J的桥梁结构用热轧角钢生产。但屈服强度只有390MPa，无法满足高强度要求，且-20℃低温冲击功仅大于65J，无法满足桥梁用钢-20℃低温冲击功大于120J的要求。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中桥梁用热轧角钢的屈服强度低于460MPa且-20℃低温冲击功低于120J无法满足桥梁结构用的问题，本发明提供一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢及其生产方法，提高屈服强度以及-20℃低温冲击功，满足桥梁结构用的强度和-20℃抗冲击功要求。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，其成分包括以下质量百分比的元素：C：0.05％-0.11％，Si：0.25％-0.55％，Mn：1.20％-1.65％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，V：0.020％-0.080％，Nb：0.020％-0.080％，Cr：0.15％-0.50％，Als：0.010％-0.035％，H≤0.0002％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法过程为：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷；
其中轧制工序包括以下步骤：
1)坯料加热：坯料进入加热炉，经加热炉加热至1180℃-1250℃，在炉时长95min-130min；
2)粗轧：粗轧阶段开轧温度控制在1100℃-1180℃，终轧温度控制在950℃以上；
3)精轧：粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，完成坯料余下的变形，终轧温度控制在900℃以下。
于本发明的一种可能实施方式中，所述粗轧过程：在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在30％-35％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％，坯料总的压下率控制在60％-70％。
于本发明的一种可能实施方式中，所述精轧过程：在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在15％-20％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在30％-40％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在20％-30％，坯料总的压下率控制在60％以上。
于本发明的一种可能实施方式中，所述中、精轧机架间的选择性控制冷却为机架间辊道侧板和底部的喷嘴联合测温仪反馈的温度数据是否为设定温度值进行开启或者闭合，可以较精准地控制轧件温度变化，结合轧制规程中设计的压下，在对应温度区间给予角钢设定的变形量，以保证最终产品性能。
采用本技术方案得到的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢，其特征在于，其晶相组织为铁素体65％-80％+珠光体20％-35％的复相组织，铁素体晶粒度等级≥9.5级，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，屈强比≤0.85，延伸率A≥18％，-20℃纵向V型冲击功KV2≥120J。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，采用合理的化学成分和轧制工序，提高了轧件全断面的性能均匀性，避免待温影响轧制节奏；利用细晶强化、析出强化、相变强化和固溶强化机制，晶相组织为铁素体65％-80％+珠光体20％-35％的复相组织，铁素体晶粒度等级9.5级及以上；通过该技术方案生产的热轧角钢，其屈服强度460MPa以上，抗拉强度570MPa以上，屈强比≤0.85，延伸率为18％以上，-20℃纵向V型冲击功KV2均值120J以上；满足桥梁工程对角钢强度高、韧性好的要求。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为实施例1得到角钢显微组织，该组织为铁素体+珠光体的复相组织，晶粒度等级为11.0级；
图2为实施例2得到角钢显微组织，该组织为铁素体+珠光体的复相组织，晶粒度等级为10.5级；
图3为实施例3得到角钢显微组织，该组织为铁素体+珠光体的复相组织，晶粒度等级为10.5级。
图4为实施例4得到角钢显微组织，该组织为铁素体+珠光体的复相组织，晶粒度等级为10.0级。
注：图中白色为铁素体，黑色和灰褐色为珠光体。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
本发明的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，其成分包括以下质量百分比的元素：C：0.05％-0.11％，Si：0.25％-0.55％，Mn：1.20％-1.65％，P：≤0.020％，S：
≤0.015％，V：0.020％-0.080％，Nb：0.020％-0.080％，Cr：0.15％-0.50％，Als：0.010％-0.035％，H≤0.0002％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明化学成分采用Nb-V复合微合金化成分设计思路，考虑生产成本，为了得到充足的V(C、N)析出凸显低温下析出强化作用和良好的低温冲击值，V元素的添加采用V-N：V-Fe＝7：3合金配入，因为氮和碳一样可固溶于铁，形成间歇式固溶体，与V元素可化合成极稳定的氮化物，提高冲击韧性。但钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔，因此含量N≤0.020％，。各成分含量控制如下：
C：0.05％-0.11％，C作为钢中的基本元素，对提高钢的强度起着非常重要的作用，为了获得较高的强度，同时降低炼钢脱C的难度，下限值设定为0.05％，C含量过高将严重恶化钢的塑性、韧性及焊接性，上限值设定为0.11％。
Si：0.25％-0.55％，适当含量的Si能起到较强的固溶强化作用，Si还是炼钢过程中重要的还原和脱氧元素，为了获得较高的强度，下限值设定为0.25％，但Si含量不能太高，研究表明Si含量过高将加速高温剥层，降低韧性和抗层状撕裂性能，且容易在钢的表面生成红色的氧化铁皮，影响产品的表面质量，上限值设定为0.55％。
Mn：1.20％-1.65％，Mn作为钢中的强化元素，可以提高钢的强度和淬透性，为了保证钢的强度，下限值设定为1.20％，但Mn含量不能过高，过高将导致铸坯偏析的可行性显著增加，对钢的成形性能产生不利影响，上限值设定为1.65％。
P、S作为杂质元素，会对钢的塑性、韧性和焊接性产生不利影响，应严格控制，考虑炼钢控制难度，实际生产中控制P：≤0.020％，S：≤0.015％。
V：0.020％-0.080％，V作为强碳化物形成元素，与C、N元素形成的V(C、N)弥散化合物分布在钢的基体中起到析出强化的作用，主要是通过在奥氏体向铁素体的相变过程中以及相变之后析出来起到析出强化的作用，为了提高强度，下限值设定为0.020％，在保证产品综合力学性能指标的情况下同时考虑生产成本因素，上限值设定为0.080％，且V元素的添加按70％的V-N和30％V-Fe配比。
Nb：0.020％-0.080％，铌对钢的强化作用主要是细晶强化和弥散强化，铌能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物。铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布。在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此，加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性、降低钢脆性转变温度，获得好的焊接性能和成型性能。为了提高强度，下限值设定为0.020％，在保证产品综合力学性能指标的情况下同时考虑生产成本因素，上限值设定为0.080％。
Cr：0.15％-0.50％，具有明显的强化作用，可以明显提高钢材的强度，同时，在不影响钢材的塑性和韧性情况下，添加一定的Cr元素可以有效提高材料的强度，设定下限值为0.15％，同时为了限定过量的Cr元素对塑性和韧性的破坏，设定下限值为0.50％。
Als：0.010％-0.035％，Als具有降低钢韧脆转变温度，改善钢在低温下韧性。Als是良好的脱氧剂，细化钢的本质晶粒，提高钢的粗化温度，为使其性能得到保证，下限值设定为0.010％，但钢中固溶金铝含量超过一定值时，奥氏体晶粒反而长大粗化，故其上限值应控制在0.035％。
上述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，生产方法过程为：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，所述热轧角钢的轧制工艺包括以下具体的步骤：
1)矩形坯或方坯进入加热炉，经加热炉加热至1180℃-1250℃，在炉时长95min-130min，确保合金元素充分固溶，同时避免过烧以及奥氏体晶粒过度粗化；
2)粗轧阶段开轧温度控制在1100℃-1180℃，终轧温度控制在950℃以上。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在30％-35％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％，坯料总的压下率控制在60％-70％。
本阶段处于奥氏体再结晶温度范围内，道次变形量必须大于再结晶临界变形量的上限，以确保发生完全再结晶，不同温度范围内的道次压下率控制是为了确保每道次的奥氏体再结晶百分比达到55％以上，通过较大的轧制变形和奥氏体的反复再结晶不断细化奥氏体晶粒，使得最终产品的铁素体晶粒度达到10.0级以上，满足产品最终的综合力学性能要求。
3)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在900℃以下。更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在15％-20％，该阶段为两相区轧制，大于10％的变形量可提高强度，而且形成弱的晶体织构且分离现象不明显。在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在30％-40％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在20％-30％，该阶段坯料压下率控制在60％以上。
本阶段处于奥氏体未再结晶温度范围内，此温度区间不发生奥氏体再结晶，低温大压下形成的累积变形可以使奥氏体晶粒被拉长，在晶粒内部形成大量的变形带和位错，晶界面积的增加提高了奥氏体的形核密度，进一步细化了晶粒尺寸，提高了钢的强度，改善了钢的韧性。在形变奥氏体内产生的大量晶体学缺陷提供了铁素体相变的形核地点，导致铁素体晶粒细化。同时被拉长的奥氏体和大量的变形带及位错处也为碳氮化物第二相质点的析出提供了大量的着陆点，低温大压下形成的储存能也为碳氮化物第二相质点的析出提供了足够的动能。钢中添加Nb，含有这些微量合金元素的钢，由于再结晶温度升高，奥氏体未再结晶区扩大，因而有利于实现未再结晶区的轧制。其在高温下通过细化晶粒来提高钢的强度，固溶的Nb对奥氏体晶粒的长大起到溶质拖拽的作用，阻止奥氏体晶粒长大，与此同时，未溶解的Nb与C、N元素形成Nb(C、N)化物可以显著的钉扎在奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，并对最终产品组织起到细化的作用。V作为强碳化物形成元素，含量V合金元素的加入，在本阶段形成了大量的V(C、N)弥散化物分布在基体中，进一步提高了钢的强度和韧性。
Nb(C、N)化物、V(C、N)弥散化物采用物理化学相分析测试方法：即电解溶解铁基体的方式，萃取出所关注的微纳米粒子(如渗碳体M3C相和MC粒子)；将所有的第二相粒子都萃取出来并做分离处理，进行X射线结构分析，定性分析出不同工艺下试样中析出相，并利用XRD进行分析得到衍射峰谱。
4)中、精轧机架间的选择性控制冷却可以较精准地控制轧件温度变化，结合轧制规程中设计的压下，在对应温度区间给予角钢设定的变形量，以保证最终产品性能。所述的选择性控制冷却为机架间辊道侧板和底部的喷嘴联合测温仪反馈的温度数据是否为设定温度值进行开启或者闭合，可以较精准地控制轧件温度变化，结合轧制规程中设计的压下，在对应温度区间给予角钢设定的变形量，以保证最终产品性能。
采用上述的技术方案得到的热轧角钢的厚度为≤20mm，其晶相组织为铁素体65％-80％+珠光体20％-35％的复相组织，铁素体晶粒度等级≥9.5级；屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，屈强比≤0.85，延伸率A≥18％，-20℃纵向V型冲击功KV2≥120J，具有较高的强度、良好的塑性和较高的低温韧性。
实施例1
本实施例的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢包括以下质量百分比的元素：：C：0.08％，Si：0.28％，Mn：1.31％，P：0.0150％，S：0.010％，V：0.025％，Nb：0.022％，Cr：0.16％，Als：0.010％，H：0.00013％，N：0.0.0088％，其余为Fe及不可避免的杂质元素，V元素的添加按70％的V-N和30％V-Fe配比，具体见下表1。
本实施例所述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1201℃，在炉时长102min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1150℃，终轧温度控制在998℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在27％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在33％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在28％，坯料总的压下率控制在67％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在880℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在18％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在36％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在26％，该阶段坯料压下率控制在67％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本实施例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2，其组织为铁素体67％，珠光体33％。
实施例2
本实施例的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；V元素的添加按70％的V-N和30％V-Fe配比，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例所述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段。
所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1213℃，在炉时长108min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1152℃，终轧温度控制在1001℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在26％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在31％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在26％，坯料总的压下率控制在64％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在895℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在16％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在33％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在22％，该阶段坯料压下率控制在63％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本实施例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2，其组织为铁素体69％，珠光体31％。
实施例3
本实施例的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；V元素的添加按70％的V-N和30％V-Fe配比，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例所述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段。
所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1222℃，在炉时长115min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1161℃，终轧温度控制在1011℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在28％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在32％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在27％，坯料总的压下率控制在66％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在901℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在17％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在35％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在25％，该阶段坯料压下率控制在66％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本实施例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2，其组织为铁素体71％，珠光体29％。
实施例4
本实施例的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；V元素的添加按70％的V-N和30％V-Fe配比，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例所述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段。
所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1230℃，在炉时长124min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1168℃，终轧温度控制在1015℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在26％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在30％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在25％，坯料总的压下率控制在62％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在911℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在15％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在31％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在21％，该阶段坯料压下率控制在62％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本实施例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2，其组织为铁素体75％，珠光体25％。
对比例1
本对比例的热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本对比例热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1205℃，在炉时长100min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1175℃，终轧温度控制在1020℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在25％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在29％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在21％，坯料总的压下率控制在58％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在948℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在33％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在15％，该阶段坯料压下率控制在52％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本对比例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2。
对比例2
本对比例的热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本对比例热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1212℃，在炉时长109min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1173℃，终轧温度控制在1036℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在23％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在27％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在18％，坯料总的压下率控制在55％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在954℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在48％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本对比例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2。
对比例3
本对比例的热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本对比例热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1220℃，在炉时长115min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1181℃，终轧温度控制在1041℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在24％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在28％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在20％，坯料总的压下率控制在57％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在970℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在51％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本对比例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2。
对比例4
本对比例的热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本对比例热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1219℃，在炉时长113min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1165℃，终轧温度控制在1017℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在27％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在33％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在27％，坯料总的压下率控制在65％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在906℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在17％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在35％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在25％，该阶段坯料压下率控制在66％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本对比例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2。
对比例5
本对比例的热轧角钢包括以下质量百分比的元素：具体见下表1；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
本对比例热轧角钢的生产方法包括：水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷。所述轧制工序包括粗轧阶段和中精轧阶段，具体按照以下步骤生产：
1)铁水经预处理后至转炉冶炼；
2)冶炼过程中吹惰性气体氩气，清除钢种溶解的气体和悬浮的非金属夹杂物，净化钢水；
3)经LF炉精炼，然后连铸成坯；
4)铸坯进入加热炉，经加热炉加热至1225℃，在炉时长120min；
5)粗轧阶段开轧温度控制在1172℃，终轧温度控制在1021℃。更进一步的，在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在25％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在31％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在25％，坯料总的压下率控制在61％。
6)粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，坯料余下的变形在本阶段完成，终轧温度控制在913℃。
更进一步的，在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在15％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在31％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在21％，该阶段坯料压下率控制在62％。
7)轧后角钢上冷床空冷。
本对比例热轧角钢的生产过程中工艺参数控制如下表2。
表1本发明实施例1-4及对比例1-5化学成分的取值列表(质量％)
角钢规格 编号 C Si Mn P S V Nb Cr Als H N
∠100*8 实施例1 0.08 0.28 1.31 0.015 0.010 0.025 0.022 0.16 0.010 0.00013 0.0088
∠140*12 实施例2 0.09 0.31 1.36 0.013 0.011 0.031 0.028 0.19 0.012 0.00014 0.0066
∠180*16 实施例3 0.10 0.34 1.41 0.015 0.012 0.038 0.033 0.22 0.016 0.00013 0.0075
∠200*24 实施例4 0.10 0.37 1.49 0.014 0.011 0.041 0.038 0.25 0.018 0.00013 0.0065
∠100*8 对比例1 0.07 0.29 1.30 0.015 0.011 0.026 0.021 0.15 0.011 0.00012 0.0089
∠140*12 对比例2 0.08 0.31 1.35 0.015 0.010 0.030 0.026 0.19 0.012 0.00013 0.0090
∠180*16 对比例3 0.10 0.35 1.43 0.014 0.011 0.039 0.033 0.23 0.015 0.00013 0.0091
∠180*16 对比例4 0.10 0.36 1.45 0.015 0.012 0.082 0.015 - 0.014 0.00012 0.0088
∠200*24 对比例5 0.10 0.38 1.50 0.016 0.010 0.015 0.060 0.010 0.017 0.00013 0.010
对比例1-5所述的热轧角钢的生产工艺步骤基本同本发明申请的工艺，不同在于各步骤参数控制，具体工艺参数如下表2。
表2本发明实施例1-3及对比例1-5的主要工艺参数列表
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对实施例1-4及对比例1-5所生产的热轧角钢性能检测情况如表3。
表3本发明实施例1-4及对比例1-5的性能检测情况的列表
需要说明的是对比例1-3为采用本发明的化学成分，并在所限定的范围内取值，工艺采用现有技术；对比例4-5为采用现有技术的化学成分，工艺采用本发明的工艺。
由上述的数据分析得出，当坯料尺寸一定时，传统的轧制工艺很难达到本发明的要求。本发明的设计思路主要是通过合理经济的化学成分配比，开坯段大压下破碎铸坯柱状组织和动态再结晶行为，以及中精轧段通过合理的道次间压下分配，来实现综合力学性能优异的厚度≤20mm、屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产。具体是采用开坯轧制和中精轧制两阶段，通过每道次合理的压下量分配避开奥氏体部分再结晶温度范围内变形，加大奥氏体再结晶温度范围内的变形进一步细化晶粒尺寸。此外，中精轧段通过选择性冷却控温轧制，实现温度控制避开奥氏体部分再结晶温度范围内变形，加大奥氏体再结晶温度范围内的变形进一步细化晶粒尺寸。

Claims (2)

1.一种屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，其特征在于，其成分包括以下质量百分比的元素：C：0.05％-0.11％，Si：0.25％-0.55％，Mn：1.20％-1.65％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，V：0.020％-0.080％，Nb：0.020％-0.080％，Cr：0.15％-0.5％，Als：0.010％-0.035％，H≤0.0002％，N≤0.020％，其余为Fe及不可避免的杂质，热轧角钢晶相组织为铁素体65％-80％+珠光体20％-35％的复相组织，铁素体晶粒度等级9.5级以上，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，屈强比≤0.85，延伸率A≥18％，-20℃纵向V型冲击功KV2≥120J；生产方法过程为：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→VD精炼→矩形坯或方坯全保护浇铸→轧制工序→轧后空冷；
其中轧制工序包括以下步骤：
1)坯料加热：坯料进入加热炉，经加热炉加热至1180℃-1250℃，在炉时长95min-130min；
2)粗轧：粗轧阶段开轧温度控制在1100℃-1180℃，终轧温度控制在950℃以上；
所述粗轧过程：在1100℃-1180℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％；在1050℃-1100℃温度区间，道次压下率控制在30％-35％；在1050℃-1000℃温度区间，道次压下率控制在25％-30％，坯料总的压下率控制在60％-70％；
3)精轧：粗轧完毕后，无需待温，开启中、精轧机架间的选择性控制冷却，直接进入中、精连轧阶段，完成坯料余下的变形，终轧温度控制在900℃以下；
所述精轧过程：在1000℃-950℃温度区间，道次压下率控制在15％-20％，在950℃-900℃温度区间，道次压下率控制在30％-40％；在900℃以下温度区间，道次压下率控制在20％-30％，坯料总的压下率控制在60％以上。
2.根据权利要求1所述的屈服强度460MPa级耐-20℃热轧角钢的生产方法，其特征在于，所述中、精轧机架间的选择性控制冷却为机架间辊道侧板和底部的喷嘴联合测温仪反馈的温度数据是否为设定温度值进行开启或者闭合，精准地控制轧件温度变化，结合轧制规程中设计的压下，在对应温度区间给予角钢设定的变形量。
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