CN116200673A - 一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法,属于工程结构用钢技术领域。本发明的热轧卷板的化学成分及其重量百分比计为:C 0.05%~0.10%,Si 0.05%~0.30%,Mn 0.60%~1.20%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.020%~0.050%,Nb≤0.025%,Ti 0.050~0.070%,N≤0.0055%,O≤0.0030%,其余为Fe和不可避免杂质,主要制备工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼(LD)→炉外精炼(LF)→连铸(CC)→加热→热连轧→控制冷却→卷取;生产制备工艺便捷,合金元素含量低,有效降低了高强度桩管用钢的生产制造成本,有利于抗拉强度在520MPa级桩管用钢的大范围推广,有利于提高工程结构用管件产品的制造便捷性和经济性。
Description
技术领域
本发明属于工程结构用钢技术领域,具体涉及一种抗拉强度520MPa级低成本薄规格桩管用热轧卷板及其制备方法。
背景技术
钢管桩是桥梁桩基础施工中常用的构件,具有承载力高,打桩灵活,施工速度快的优点。传统钢管桩大多采用Q235B、Q355B普通碳素结构钢加工制造,强度级别较低,钢管桩在抗弯曲刚度、单桩承载力等方面都较差。而常见的X56、X60级别管线钢多用于制造流体输送钢管,对钢管韧性及抗撕裂性要求较高,一般采用以铌微合金化为主要强化方式生产,但铌微合金化管线钢合金成本较高,用于制造工程结构用桩管用钢造价十分昂贵。因此,研究开发一种高抗拉强度、低成本的桩管专用钢成为当前亟待研究的重要课题。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供了一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法。相比普通碳素结构钢,本发明的热轧卷板产品强度更高,制成桩管后强度更高,相比于X60级别管线钢,本发明的产品采用以钛微合金化为主的强化方式,由于铌、钛合金价格相差较大,区别于传统相近强度等级的管线钢以铌微合金强化方式,本产品合金成本更低,并且完全满足生产桩管用钢的后续加工和服役要求。
本发明目的是通过以下方式实现:
本发明提供一种抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板,其化学成分及其重量百分比计为:C 0.05%~0.10%,Si 0.05%~0.30%,Mn 0.60%~1.20%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.020%~0.050%,Nb≤0.025%,Ti 0.050~0.070%,N≤0.0055%,O≤0.0030%,其余为Fe和不可避免杂质。
基于上述技术方案,进一步地,所述的抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板的化学成分及其重量百分比计为:C 0.05%~0.10%,Si 0.08%~0.25%,Mn 0.60%~1.20%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.020%~0.050%,Nb 0.005~0.025%,Ti0.050~0.070%,N≤0.0055%,O≤0.0030%,其余为Fe和不可避免杂质。
基于上述技术方案,进一步地,所述的抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板的厚度范围为3mm~12mm。
本发明还提供上述的抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板的制备方法,所述制备方法的主要工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼(LD)→炉外精炼(LF)→连铸(CC)→加热→热连轧→控制冷却→卷取。
基于上述技术方案,进一步地,铁水预处理:铁水预处理前[S]≤0.050%,铁水预处理后S≤0.005%,铁水温度≥1300℃,扒渣率≥90%。
基于上述技术方案,进一步地,转炉冶炼:采用复吹转炉冶炼,转炉底吹氩气,吹氩时间≥10min,终点氧控制400-700ppm;终点一次拉碳保证温度及成份命中;转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气保护吹扫,控制出钢口,控制钢包铝含量;采用滑板挡渣,出钢时做好一次挡渣,出钢后期必须挡渣,严格控制转炉下渣量,剩钢出钢,要求钢包带渣量≤50mm;控制钢包成份中[P]的含量,[P]≤0.015%。
基于上述技术方案,进一步地,炉外精炼:进行脱硫和Ca处理操作,对钢水中夹杂物进行变质处理,要求精炼后[S]≤0.005%,Ca 0.0010%~0.0030%,成份全部调整合格后吹氩≥10min;要求精炼处理过程保持微正压,严格控制增氮量,要求增氮量≤0.0010%,Ca处理采用硅钙线钙处理。
基于上述技术方案,进一步地,连铸:结晶器保护渣采用高碱度中包渣,以便去除钢中夹杂物;中包液相线过热度控制在15~35℃;结晶器冷却辊道投入轻压下,压下量≥5mm;全过程采用保护浇注;连铸坯采用恒拉速1.0~1.2m/min。
基于上述技术方案,进一步地,加热:板坯采用热装热送工艺,要求热装热送时板坯温度500℃~650℃,减少铸坯因下线冷却不均造成角部产生裂纹缺陷。
基于上述技术方案,进一步地,热连轧包括热轧炉中加热、粗轧和精轧工艺。
基于上述技术方案,进一步地,热轧炉中加热:预热段初期要缓升温,均热温度≥1210℃,均热段均热时间≥30分钟,为保证第一加热段、第二加热段加热温度均匀,板坯总体在炉保温时间≥180min,保证钢水的合金元素充分溶解。
基于上述技术方案,进一步地,粗轧:采用往复3-7次轧制方式,保证奥氏体晶粒实现充分的动态再结晶,达到细化晶粒的目的,控制粗轧阶段的轧制温度及压缩比,粗轧轧制温度≥950℃,粗轧压缩比≥70%。
基于上述技术方案,进一步地,精轧:采用七机架连续轧制模式,每个机架轧制一个道次,要求第一机架开轧温度≤1000℃,精轧采用未再结晶区控制轧制,使在粗轧阶段通过动态再结晶细化的奥氏体继续变形被压扁和拉长,同时在晶内还会产生大量的形变带和高密度位错,成为相变时铁素体晶粒形核的场所,这样在相变后便能获得微细的晶粒组织;终轧温度控制在800℃~870℃。
基于上述技术方案,进一步地,控制冷却:采用连续层流冷却,冷却速度控制在15~25℃/s。
基于上述技术方案,进一步地,卷取:冷却后的钢板卷取温度在570℃~630℃,采用间歇式喷水式冷却方式均匀冷却钢板,卷取后的热轧卷板自然冷却到室温。
本发明相对于现有技术具有的有益效果如下:
本发明制备了一种抗拉强度520MPa级低成本薄规格桩管用热轧卷板,其厚度为3.0mm~12.0mm,屈服强度不小于440MPa,屈强比在0.88左右,抗拉强度超过520MPa,断后伸长率≥25%,-20℃的冲击功≥47J;生产制备工艺便捷,合金元素含量低,采用以钛代铌的微合金强化方式,有效降低了高强度桩管用钢的生产制造成本,有利于抗拉强度在520MPa级桩管用钢的大范围推广,成功解决了桩管用钢这类工程结构管件产品强度偏低、成本偏高的问题,有利于提高工程结构用管件产品的制造便捷性和经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。
图1为实施例5(a)、对比例1(b)和对比例2(c)的热轧卷板的金相组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明,但本发明的实施方式不限于此,显而易见地,下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
实施例1~6
本发明实施例1~6提供一种抗拉强度520MPa级低成本薄规格桩管用热轧卷板的制备方法,工艺流程:铁水预处理→转炉冶炼(LD)→炉外精炼(LF)→连铸(CC)→加热→热连轧→控制冷却→卷取→取样→检验→包装出厂;实施例1~6的热轧卷板的化学成分及其质量百分比如表1所示;
主要包括以下步骤:
1、铁水脱硫预处理:要求铁水预处理前[S]≤0.050%,铁水预处理后S≤0.005%,同时要求铁水温度≥1300℃,扒渣率≥90%;
2、转炉冶炼:采用复吹转炉冶炼,转炉底吹氩气,吹氩时间10min~30min,终点氧控制400-700ppm,终点一次拉碳保证温度及成份命中;转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气保护吹扫,控制出钢口,控制钢包铝含量;采用滑板挡渣,出钢时做好一次挡渣,出钢后期必须挡渣,严格控制转炉下渣量,剩钢出钢,要求钢包带渣量≤50mm;控制钢包成份中[P]含量,要求钢包[P]≤0.015%;
3、炉外精炼:进行脱硫和Ca处理操作,对钢水中夹杂物进行变质处理,要求LF后[S]≤0.005%,Ca 0.0010%~0.0030%,成份全部调整合格后吹氩≥10min,要求精炼处理过程保持微正压,严格控制增氮量,要求增氮量≤0.0010%,Ca处理采用硅钙线钙处理;
4、连铸:结晶器保护渣采用高碱度中包渣,以便去除钢中夹杂物;中包液相线过热度控制在15~35℃;结晶器冷却辊道投入轻压下,压下量5~10mm;全过程采用保护浇注;连铸坯采用恒拉速1.0~1.2m/min;
5、加热:板坯采用热装热送工艺,要求热装热送时板坯温度500℃~650℃,减少铸坯因下线冷却不均造成角部产生裂纹缺陷;
6、板坯放入热轧炉中进行加热,预热段初期要缓升温,均热温度见表2,均热段均热时间≥30分钟,为保证第一加热段、第二加热段加热温度均匀,板坯总体在炉保温时间≥180min,保证钢水的合金元素充分溶解;
7、粗轧:采用往复3-7次轧制方式,保证奥氏体晶粒实现充分的动态再结晶,达到细化晶粒的目的,控制粗轧阶段的轧制温度及压缩比,粗轧轧制温度≥950℃,粗轧压缩比≥70%;
8、精轧:采用七机架连续轧制模式,每个机架轧制一个道次,要求第一机架开轧温度900℃~1000℃,精轧采用未再结晶区控制轧制,终轧温度控制见表2;
9、控制冷却:精轧后钢板采用连续层流冷却,冷却速度控制在15~25℃/s;
10、卷取:冷却后的钢板卷取温度见表2,采用间歇式喷水式冷却方式均匀冷却钢板,冷却速率见表2,卷取后的热轧卷板自然冷却到室温。
对比例1~2
对比例1(Q355B)和对比例2(X60)的热轧卷板的制备过程同实施例1~6,区别仅在于以下方面:化学成分及其质量百分比如表1所示,工艺参数如表2所示。
表1.实施例1~6和对比例1~2的热轧卷板的化学成分/%
表2.实施例1~6和对比例1~2的工艺参数
编号 | 厚度/mm | 均热温度/℃ | 终轧温度/℃ | 卷取温度/℃ | 冷却速率/℃ |
实施例1 | 6.0 | 1224 | 841 | 606 | 16 |
实施例2 | 9.0 | 1235 | 836 | 595 | 20 |
实施例3 | 10.0 | 1239 | 822 | 583 | 18 |
实施例4 | 3.0 | 1241 | 850 | 578 | 24 |
实施例5 | 12.0 | 1220 | 858 | 615 | 19 |
实施例6 | 9.0 | 1218 | 865 | 624 | 21 |
对比例1 | 12.0 | 1200 | 867 | 621 | 15 |
对比例2 | 12.0 | 1185 | 824 | 560 | 25 |
实施例1~6、对比例1(Q355B)和对比例2(X60)制备的热轧卷板的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和-20℃冲击功数据如表3所示。
表3.实施例1~6和对比例1~2的热轧卷板的力学性能
以实施例5和对比例2(X60)的热轧卷板为例,评估本申请制备的热轧卷板与对比例2的热轧卷板的预估成本差,具体结果如表4所示。
表4.实施例5和对比例2的热轧卷板成本差/元
以实施例5和对比例1(Q355B)、对比例2(X60)的热轧卷板为例,考察本申请制备的热轧卷板与对比例1(Q355B)、对比例2(X60)的热轧卷板的金相组织和晶粒度,具体结果如表5所示。
表5.实施例5和对比例1~2的热轧卷板金相组织和晶粒度对比
试样编号 | 钢种 | 组织 | 晶粒度/级 |
1 | 对比例1 | F+P | 9.5 |
2 | 实施例5 | F+P | 13.5 |
3 | 对比例2 | F+P | 14 |
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板,其特征在于,其化学成分及其重量百分比计为:C 0.05%~0.10%,Si 0.05%~0.30%,Mn 0.60%~1.20%,P≤0.020%,S≤0.010%,Als 0.020%~0.050%,Nb≤0.025%,Ti 0.050~0.070%,N≤0.0055%,O≤0.0030%,其余为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的热轧卷板,其特征在于,所述的抗拉强度520MPa级低成本桩管用热轧卷板的厚度范围为3mm~12mm。
3.权利要求1或2所述的热轧卷板的制备方法,其特征在于,所述制备方法的主要工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼(LD)→炉外精炼(LF)→连铸(CC)→加热→热连轧→控制冷却→卷取。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,铁水预处理:铁水预处理前[S]≤0.050%,铁水预处理后S≤0.005%,铁水温度≥1300℃,扒渣率≥90%。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,转炉冶炼:采用复吹转炉冶炼,转炉底吹氩气,吹氩时间≥10min,终点氧控制400-700ppm;转炉向钢包倾倒钢水时使用氩气保护吹扫,采用滑板挡渣,要求钢包带渣量≤50mm;控制钢包成份中
[P]≤0.015%。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,炉外精炼:进行脱硫和Ca处理操作,精炼后[S]≤0.005%,Ca 0.0010%~0.0030%,成份全部调整合格后吹氩≥10min;要求增氮量≤0.0010%。
7.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,连铸:结晶器保护渣采用高碱度中包渣;中包液相线过热度控制在15~35℃;结晶器冷却辊道投入轻压下,压下量≥5mm;全过程采用保护浇注;连铸坯采用恒拉速。
8.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,加热:板坯采用热装热送工艺,要求热装热送时板坯温度500℃-650℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,热连轧包括热轧炉中加热、粗轧和精轧工艺;
热轧炉中加热:均热温度≥1210℃,均热段均热时间≥30分钟,板坯总体在炉保温时间≥180min;
粗轧:采用往复3-7道次轧制方式,粗轧轧制温度≥950℃,粗轧压缩比≥70%;
精轧:采用7机架连续轧制模式,每个机架轧制一个道次,要求第一机架开轧温度≤1000℃,精轧采用未再结晶区控制轧制,终轧温度控制在800℃~870℃。
10.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,控制冷却:采用连续层流冷却,冷却速度控制在15~25℃/s;卷取:卷取温度在570℃~630℃,采用间歇式喷水式冷却方式均匀冷却钢板,卷取后的热轧卷板自然冷却到室温。
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2022
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