CN116200673A - 一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法 - Google Patents

一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法 Download PDF

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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

一种520MPa级低成本桩管用热轧卷板及其制备方法
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/％
Figure SMS_1
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
Figure SMS_2
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
Figure SMS_3
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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