CN117165846A - 一种热轧等壁厚c型钢及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热轧等壁厚C型钢及生产工艺，热轧等壁厚C型钢包括一体热轧成型的腹板和两块翼板，两块翼板分别位于腹板相对两端且和腹板组成C型结构；两块翼板和腹板的相接处为圆弧过渡段，腹板、两个圆弧过渡段和两块翼板的截面厚度相等。通过提供一种热轧等厚壁C型钢，解决目前市场该类产品匮乏的问题；相对市面上冷成型C型钢和小截面热轧槽钢，具有力学性优异，焊接性好，可以避免角部应力集中的优点，所生产的C型钢可用于并易于衍生产品自动化加工，如大截面箱形对焊组合构件。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构技术领域，具体涉及一种热轧等壁厚C型钢及生产工艺。
背景技术
热轧型钢是指将低碳钢等普通钢材加热到一定温度后进行热轧成型所得到型钢。热轧型钢相对于普通折弯成型的型钢，具有生产效率高、成本低、生产周期短、尺寸精度高、力学性能出色等优点；目前，热轧型钢被广泛应用于建筑多高层钢结构。
公告号为CN205244814U的专利公开的一种隧道用热轧槽钢，其为U型件，包括两侧翼板和中间腹板，槽钢的两侧翼板外侧的间距为150±2.0mm，槽钢两侧翼板厚度为12±1.0mm，翼板长度为90±1.0mm，腹板厚度d为6.5±0.5mm，翼板外侧底部以及腹板和两侧翼板之间均为光滑过渡的圆弧。公开号为CN113405013A的专利公开了一种热轧平行腿C型钢的生产方法，其中，C型钢腰板(腹板)高度为300mm～1000mm，平行腿(翼板)长度为150mm～500mm，腰板和平行腿的厚度不低于20mm。
上述两种热轧C型钢均存在腹板和两侧翼板不等厚的问题，而且C型钢的角部位置为渐变过渡直角，厚度较大，在型材热轧过程中存在冷却不均匀，易产生残余应力的问题。而且两个C型钢拼焊成为钢柱后，存在腹板和翼板过渡段焊接的道数和层数不等的问题，极易造成焊接缺陷，不适应机器人的自动化焊接作业。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中热轧C型钢因壁厚不一致、厚度较大的腿腰过渡段容易产生残余应力且不适应机器人自动化焊接作业的缺陷，从而提供一种热轧等壁厚C型钢及生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种热轧等壁厚C型钢，包括一体热轧成型的腹板和两块翼板，两块所述翼板分别位于所述腹板相对两端且和所述腹板组成C型结构；两块所述翼板和所述腹板的相接处为圆弧过渡段，所述腹板、两个所述圆弧过渡段和两块所述翼板的截面厚度相等。
进一步地，所述圆弧过渡段的内圆弧半径等于所述腹板的截面厚度；所述圆弧过渡段的外圆弧半径为其内圆弧半径的两倍。
进一步地，两块所述翼板的截面长度相等，所述腹板的截面长度为所述翼板的截面长度的2～4倍。
进一步地，所述翼板的截面长度范围为125mm～500mm，所述腹板的截面长度范围为500mm～1000mm。
进一步地，所述腹板的截面厚度范围为20mm～50mm。
进一步地，所述翼板远离所述腹板的边缘端面上设有斜面，所述斜面的倾斜角θ≤22.5°。
进一步地，所述热轧等壁厚C型钢的长度方向上焊接有多个间隔布置的肋板，所述肋板与所述腹板、一对所述翼板和两个圆弧过渡段焊接相连。
进一步地，所述热轧等壁厚C型钢为Q355钢材，所述Q355钢材的化学成分的质量百分比为：C≤0.22％～0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.40％，N≤0.012％，其余为Fe和其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥21％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。
进一步地，所述热轧等壁厚C型钢为Q390钢材，所述Q390钢材的化学成分的质量百分比为：C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn≤1.70％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.50％，Cu≤0.40％，Nb≤0.05％，Mo≤0.1％，N≤0.015％，其余为Fe和其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥21％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。
一种热轧等壁厚C型钢的生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
步骤S1、铁水预处理后至转炉冶炼；
步骤S2、冶炼过程中吹惰性气体氩气，净化钢水；
步骤S3、经埋弧桶炉精炼并进行电加热，控制钢水含N量；
步骤S4、经循环真空脱气炉进行真空脱气，控制钢各成分；
步骤S5、钢坯进加热炉加热，加热到1200℃～1300℃，持续加热3～4小时；
步骤S6、粗轧阶段开轧温度控制在1100～1200℃，终轧温度控制在1050℃以上；
步骤S7、粗轧完毕后，进入中间轧1和2，待温至980℃～1050℃，进入精轧阶段；
步骤S8、对型钢产品进行锯切；
步骤S9、C型钢轧后进入QST冷却装置，经过三次冷却；一次冷却由终轧温度降至Ar3温度，二次冷却控制相变产物，三次冷却即空冷相变结束到室温
步骤S10、通过矫直机对热轧型钢产品进行矫正；
步骤S11、对矫正后的型钢产品进行包装发运。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的热轧等壁厚C型钢，C型钢的全截面等厚，在C型钢热轧过程中可以克服因截面厚度不一而造成冷却不均匀、易产生残余应力的问题，相对于现有技术中的热轧C型钢，具有较好的力学性能；同时处于腹板和翼板过渡位置的圆弧过渡段和腹板等厚，在利用机器人进行自动化焊接作业时，避免了因圆弧过渡段和腹板及翼板的厚度不一导致机器人自动焊接过程中在腹板和圆弧过渡段的位置存在的焊接道数和层数不等的问题，可以适应机器人的自动化焊接作业，在两个C型钢焊接形成大截面箱形截面等衍生产品时，不易造成焊接缺陷。
2.本发明提供的热轧等壁厚C型钢，在圆弧过渡段具有与翼板和腹板相同的厚度，利于土木工程中钢构件现场对接的自动化焊接。
3.本发明提供的热轧等壁厚C型钢，提供易于焊接的截面形式(如坡口等)有利于推广智能化产线，如机器人自动焊接等。
4.本发明提供的热轧等壁厚C型钢的生产工艺，通过冶炼过程严格控制各元素含量，保证低碳当量，保证热轧等壁厚C型钢在材料层面上具有良好的焊接性能，易于后续工程中的应用焊接。
5.本发明提供的热轧等壁厚C型钢，是现行的国家型材标准规定的规格之外的，填补了行业的空白，有利于行业大截面型材的推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的热轧等壁厚C型钢的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的热轧等壁厚C型钢的结构示意图；
图3为本发明实施例二的第一种实施方式中两个热轧等壁厚C型钢对焊形成箱型钢的截面示意图；
图4为本发明实施例二的第一种实施方式中热轧等壁厚C型钢上焊接有肋板后的结构示意图；
图5为本发明实施例二的第一种实施方式中两个焊接有肋板的热轧等壁厚C型钢对焊形成箱型钢的截面示意图；
图6为本发明实施例二的第二种实施方式中两个热轧等壁厚C型钢对焊形成箱型钢的截面示意图；
图7为本发明实施例一的第一种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图；
图8为本发明实施例一的第二种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图；
图9为本发明实施例二的第一种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图。
附图标记说明：1、腹板；2、翼板；3、圆弧过渡段；4、斜面；5、肋板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示的一种热轧等壁厚C型钢，包括一体热轧成型的腹板1和两块翼板2，两块翼板2分别位于腹板1相对两端，两块翼板2和腹板1组成C型结构，两块翼板2的截面长度相等。两块翼板2和腹板1的相接处为圆弧过渡段3。腹板1、两个圆弧过渡段3和两块翼板2的截面厚度相等。圆弧过渡段3的内圆弧半径r等于腹板1的截面厚度t；圆弧过渡段3的外圆弧半径R为其内圆弧半径r的两倍。
在本实施例中，腹板1的截面长度H为翼板2的截面长度的2～4倍。例如，腹板1的截面长度范围为500mm～1000mm，翼板2的截面长度为125mm～500mm。腹板的截面厚度范围为20mm～50mm。这种尺寸的热轧等壁厚C型钢，加工截面满足钢结构设计标准的S1级截面，即塑性转动截面，可达全截面塑性，保证塑性铰具有塑性设计要求的转动能力，且在转动过程中承载力不降低。
本发明提供的热轧等壁厚C型钢，C型钢的全截面等厚，在C型钢热轧过程中可以克服因截面厚度不一而造成冷却不均匀、易产生残余应力的问题，相对于现有技术中的热轧C型钢，具有较好的力学性能和良好的焊接性能。
实施例二
如图2和图3所示，与实施例一的不同之处在于，翼板2远离腹板1的边缘端面上设有斜面4，斜面4的倾斜角θ≤22.5°。当两个热轧等壁厚C型钢的翼板2相对对接形成箱型钢时，两个翼板2上的两个斜面4对接形成V坡口，提供了易于焊接的截面形式，有利于机器人在坡口位置处完成两个热轧等壁厚C型钢的自动对接焊接，利于实现热轧等壁厚C型钢焊接形成箱型钢过程的全自动生产。
图4为热轧等壁厚C型钢的长度方向上依次焊接有多个肋板5的结构示意图，图5为两个焊接有肋板的热轧等壁厚C型钢对焊形成箱型钢的截面示意图。如图4和图5所示，多个肋板5沿热轧等壁厚C型钢的长度方向依次间隔布置，肋板5同时与C型钢的腹板1、翼板2和圆弧过渡段3焊接相连。在利用机器人将肋板5自动焊接在C型钢上的过程中，由于腹板1、翼板2和圆弧过渡段3是等厚度设计的，机器人上焊枪走过各个焊接位置的焊接道数和焊接层数是相等的，从而有利于机器人的自动化焊接作业，机器人可以连续不间断施焊，在两个C型钢焊接形成大截面箱形截面等衍生产品时，不易造成焊接缺陷。现有技术中，由于C型钢的腹板、翼板和过渡段的截面厚度不一致，将肋板焊接在C型钢上的过程中，为确保肋板的焊接质量，C型钢不同焊接位置处的焊接道数和焊接层数是不一样的，特别是当过渡段的截面厚度较大时，肋板和过渡段之间的焊接位置所需的焊接道数和焊接层数是要少于肋板和腹板、翼板之间的焊接位置所需的焊接道数和焊接层数时，机器人的焊枪在由依次焊接翼板、厚度较大的过渡段和腹板时，需要调整焊接参数设置才能实现自动化焊接并保证焊接质量，而且通常过渡段各处截面厚度不一，进一步增加了自动焊接机器人的焊接参数调节难度，实际上由于焊枪经过过渡段的焊接时间很短，要在极短的时间内根据过渡段各处截面厚度实时调整焊枪的焊接参数，实际上是难以实现的，因此现有技术中肋板在C型钢上的焊接依然采用的传统的手工焊接方式，存在焊接工作量大、焊接效率低、焊接一致性差等难题。本发明通过提供一种全截面等厚的C型钢，可以利用机器人实现肋板在C型钢上的自动化焊接作业，在两个C型钢焊接形成大截面箱形截面等衍生产品时，不易造成焊接缺陷，大大提高了焊接效率和焊接质量。
图6为本发明实施例二的第二种实施方式中两个热轧等壁厚C型钢对焊形成箱型钢的截面示意图；与实施例二的第一种实施方式的不同之处在于，腹板1的截面长度H为翼板2的截面长度的4倍。例如，当腹板1的截面长度为500mm，翼板2的截面长度为125mm。
在本实施例中，热轧C型钢采用建筑结构中主要承重构件常用的两种材料，分别为Q355钢材和Q390钢材(可参考《JGJ 99－2015高层民用建筑钢结构技术规程》和《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591－2018)，但不限于上述两种标准)。其中Q355钢材由以下质量百分比的元素组成：C≤0.22％～0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.40％，N≤0.012％，其余为Fe与不可避免的其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥21％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。其中Q390钢材由以下质量百分比的元素组成：C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn≤1.70％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.3％，Ni≤0.5％，Cu≤0.4％，Nb≤0.05％，Mo≤0.1％，N≤0.015％，其余为Fe与不可避免的其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥20％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。通过冶炼过程严格控制各元素含量，保证型钢在材料层面上具有良好的焊接性能。
实施例三
一种热轧等壁厚C型钢的生产工艺，包括以下步骤：
步骤S1、铁水预处理后至转炉冶炼；
步骤S2、冶炼过程中吹惰性气体氩气，净化钢水；
步骤S3、经埋弧桶炉精炼并进行电加热，控制钢水含N量；
步骤S4、经循环真空脱气炉进行真空脱气，控制钢各成分；
步骤S5、钢坯进加热炉加热，加热到1200℃～1300℃，持续加热3～4小时；
步骤S6、粗轧阶段开轧温度控制在1100～1200℃，终轧温度控制在1050℃以上；
步骤S7、粗轧完毕后，进入中间轧1和2，待温至980℃～1050℃，进入精轧阶段；其中图7为本发明实施例一的第一种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图；图8为本发明实施例一的第二种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图；图9为本发明实施例二的第一种实施方式中热轧等壁厚C型钢在轧制模具上的结构示意图；通过改变轧制模具侧向和底部轧辊，可以控制C型钢的翼板的长度和形状；
步骤S8、对型钢产品进行锯切；
步骤S9、C型钢轧后进入QST冷却装置，经过三次冷却；一次冷却由终轧温度降至Ar3温度，二次冷却控制相变产物，三次冷却即空冷相变结束到室温
步骤S10、通过矫直机对热轧型钢产品进行矫正；
步骤S11、对矫正后的型钢产品进行包装发运。
以上生产加工步骤，适用于本发明所采用的Q355与Q390钢材或其他钢材。这种热轧等壁厚C型钢的生产工艺，通过冶炼过程严格控制各元素含量，保证低碳当量，保证热轧等壁厚C型钢在材料层面上具有良好的焊接性能，易于后续工程中的应用焊接。
综上所述，本发明提供了一种热轧等壁厚C型钢及其生产工艺，具有如下有益效果：1、可以生产腹板长度500mm～1000mm，翼板长度125mm～500mm，翼板厚度最厚为50mm的等厚C型钢，丰富C型钢生产种类，为建筑钢结构设计提供更多选择，解决目前市场该类产品匮乏的问题；2、所生产的热轧大截面C型钢全截面等厚，避免角部应力集中，具有更优的力学性能，可用于并易于衍生产品自动化加工，如大截面箱形对焊组合构件、型钢沿长度方向焊接；3、所生产的热轧大截面C型钢与传统生产大截面箱形构件相比，降低焊缝数量，整体性能更佳；4、所生产的热轧大截面C型钢角部具有较小的厚度，利于土木工程中钢构件沿长度方向焊接；5、有利于推动大截面型钢的应用，推动建筑行业工业化与标准化，促进行业发展；6、提供易于焊接的截面形式(如坡口等)有利于推广智能化产线，如机器人自动焊接等。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种热轧等壁厚C型钢，其特征在于，包括一体热轧成型的腹板(1)和两块翼板(2)，两块所述翼板(2)分别位于所述腹板(1)相对两端且和所述腹板(1)组成C型结构；两块所述翼板(2)和所述腹板(1)的相接处为圆弧过渡段(3)，所述腹板(1)、两个所述圆弧过渡段(3)和两块所述翼板(2)的截面厚度相等。
2.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述圆弧过渡段(3)的内圆弧半径等于所述腹板(1)的截面厚度；所述圆弧过渡段(3)的外圆弧半径为其内圆弧半径的两倍。
3.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，两块所述翼板(2)的截面长度相等，所述腹板(1)的截面长度为所述翼板(2)的截面长度的2～4倍。
4.根据权利要求3所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述翼板(2)的截面长度范围为125mm～500mm，所述腹板(1)的截面长度范围为500mm～1000mm。
5.根据权利要求2所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述腹板(1)的截面厚度范围为20mm～50mm。
6.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述翼板(2)远离所述腹板(1)的边缘端面上设有斜面(4)，所述斜面(4)的倾斜角θ≤22.5°。
7.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述热轧等壁厚C型钢的长度方向上焊接有多个间隔布置的肋板(5)，所述肋板(5)与所述腹板(1)、一对所述翼板(2)和两个圆弧过渡段(3)焊接相连。
8.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述热轧等壁厚C型钢为Q355钢材，所述Q355钢材的化学成分的质量百分比为：C≤0.22％～0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.40％，N≤0.012％，其余为Fe和其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥21％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。
9.根据权利要求1所述的热轧等壁厚C型钢，其特征在于，所述热轧等壁厚C型钢为Q390钢材，所述Q390钢材的化学成分的质量百分比为：C≤0.20％，Si≤0.55％，Mn≤1.7％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.30％，Ni≤0.50％，Cu≤0.40％，Mo≤0.10％，其余为Fe和其他微量残余元素；碳当量CEV≤0.46％，纵向断后伸长率≥21％，焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.2％。
10.一种基于权利要求1－9中任意一项所述的热轧等壁厚C型钢的生产工艺，其特征在于，生产工艺包括以下步骤：
步骤S1、铁水预处理后至转炉冶炼；
步骤S2、冶炼过程中吹惰性气体氩气，净化钢水；
步骤S3、经埋弧桶炉精炼并进行电加热，控制钢水含N量；
步骤S4、经循环真空脱气炉进行真空脱气，控制钢各成分；
步骤S5、钢坯进加热炉加热，加热到1200℃～1300℃，持续加热3～4小时；
步骤S6、粗轧阶段开轧温度控制在1100～1200℃，终轧温度控制在1050℃以上；
步骤S7、粗轧完毕后，进入中间轧1和2，待温至980℃～1050℃，进入精轧阶段；
步骤S8、对型钢产品进行锯切；
步骤S9、C型钢轧后进入QST冷却装置，经过三次冷却；一次冷却由终轧温度降至Ar3温度，二次冷却控制相变产物，三次冷却即空冷相变结束到室温
步骤S10、通过矫直机对热轧型钢产品进行矫正；
步骤S11、对矫正后的型钢产品进行包装发运。
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