CN101403069B

CN101403069B - 热轧u型钢板桩及其微合金化生产方法

Info

Publication number: CN101403069B
Application number: CN2008101976307A
Authority: CN
Inventors: 任安超; 周桂峰; 吉玉; 鲁明正; 韩斌; 罗德信; 朱敏; 周勇
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: CN101403069A

Abstract

本发明涉及一种热轧U型钢板桩及其微合金化生产方法，属于钢铁冶金及材料领域。其钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C0.12～0.26、Mn 0.6～1.8、Si 0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als0.010～0.050、V 0.01～0.20、N≤0.005，它依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热和轧制。本发明提高了钢板桩的综合性能，改善了钢板桩的焊接性能，提高了钢板桩的利用率，而且生产工艺简单。

Description

热轧U型钢板桩及其微合金化生产方法

技术领域

本发明涉及一种热轧U型钢板桩及其微合金化生产方法，属于钢铁冶金及材料领域。

背景技术

钢板桩于20世纪初在欧洲开始生产，1903年，日本首次通过进口在三井本馆的挡土施工中采用，基于钢板桩特殊的使用性能，1923年，日本在关东大震灾修复工程中大量进口采用。由于钢板桩具有较大的市场潜力和发展前景，1931年，日本国内开始生产。目前，全球钢板桩的年消费量已达到250万-300万吨，其中日本约80万吨、欧美约140万吨。20世纪50年代，我国首次在铁路桥梁围堰施工中，由铁道部大桥局从原苏联引进使用。由于受廉价土地资源及人力资源的影响，加之国内生产基本处于空白状态，作为金属建材的钢板桩，在我国的应用与发展仍然十分缓慢。随着我国经济的快速发展，各类快捷、高效、环保的建筑工法得以认可并发展，20世纪末，我国的钢板桩应用工程已有一定的发展。目前国内没有任何厂家生产，全部依赖进口。

U型钢板桩(见图1)有冷弯型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧U型钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。热轧U型钢板桩作为一种新型环保建筑钢材，在国外广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、船坞、断流、建桥围堰等工程中。近年来，欧洲各国和韩国、美国等国家都积极开发和推广应用，使钢板桩生产得到快速发展，消费量逐年增加。热轧U型钢板桩的翼缘x的厚度是不一样的，与冷弯U型钢板桩相比这样就节约了材料。而且热轧U型钢板桩锁扣厚度也是不一样的，其锁扣咬合要比冷弯U型钢板桩更为紧密，所以其止水以及止沙性能要优于冷弯U型钢板桩。

在本发明前，中国国家标准GB/T 20933-2007中给出了热轧U型钢板桩的相关内容，其化学成分(max)要求见表1：

表1：热轧U型钢板桩化学成分(wt/％)

由以上化学成分可以看出，如果要想达到预期的力学性能，需要加入较多的昂贵合金，势必增加了生产成本，而且增加了生产过程复杂性，难以控制，此外由于热轧U型钢板桩要求一定的焊接性，标准GB/T20933-2007没有规定N含量，势必会引起其焊接性不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种微合金化热轧U型钢板桩及其生产方法，本发明产品合理设计成分、添加微量合金元素V，并通过优化生产工艺方法使其力学性能完全满足用户使用要求，又能以最简便、高效的方法生产和制造，降低了生产成本。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.12～0.26、Mn 0.6～1.8、Si 0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als 0.010～0.050、V 0.01～0.20、N≤0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明优选的技术方案是：其钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.17～0.22、Mn 0.8～1.2、Si 0.25～0.50、P≤0.020、S≤0.020、Als 0.010～0.040、V 0.03～0.10、N≤0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明更优选的技术方案是：其钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.19、Mn 1.15、Si 0.27、P 0.010、S 0.011、Als 0.020、V 0.095、N 0.028，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明热轧U型钢板桩微合金化生产方法是：其钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.12～0.26、Mn 0.6～1.8、Si 0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als 0.010～0.050、V 0.01～0.20、N≤0.005，它依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热和轧制几个步骤。

本发明比较好的生产方法是冶炼时，控制冶炼出刚温度为1660℃～1680℃；炉外精炼时，控制炉外精炼时间≥30min；加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理；喂Si-Ca线进行钙处理的目的是为了对钢中的夹杂物进行变性处理；连铸时，浇注温度1570℃～1580℃，连铸过热度控制在15～35℃，拉速为1.0～2.0m/min之间；加热时，钢坯加热温度1100～1150℃；轧制时，开轧温度1050～1120℃，终轧温度850～900℃。

以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Als、V、N限定量的基本原理。

C：C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的硬度和强度，即随着C含量的增加钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降。但在实际设计成分时还从连铸工艺、焊接性等方面考虑了C含量，首先因为C含量在0.09％～0.17％时，钢的相变在包晶反应区，铸坯易产生裂纹，甚至造成裂纹漏钢；从钢板桩要求具有一定的焊接性方面，C含量不宜太高，从用户要求钢板桩要具有较高的抗拉强度方面，C含量不宜过低。因此，将C含量目标值控制在0.12％～0.26％范围内，优化目标0.17％～0.22％。

Mn：Mn具有固溶强化和细化晶粒强化的作用，在非调质钢的设计中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以达到提高强度的同时韧性不致降低过快的目的，但其含量过多时，会大大降低相变临界点，工艺控制不当，组织中会出现贝氏体，强度升高，韧性下降。另外，从热轧U型钢板桩的焊接方面考虑(碳当量)，Mn含量也不易太高。因此，实际Mn含量目标值控制在0.6％～1.80％范围内，优化目标0.8％～1.2％。

V：V是沉淀强化元素，在热轧钢板桩冷却过程中与C、N结合，形成V(C·N)_x的沉淀物，提高钢板桩的硬度和强度，部分V(C、N)质点成为铁素体核心，促进晶内铁素体的产生，使钢的晶粒得到细化，在钢板桩焊接的加热过程中，组织晶粒长大，细化奥氏体晶粒，从而提高钢板桩的强度、延性和韧性。另外，当钢板桩由奥氏体向珠光体转变过程中，V(C·N)_x先沉淀析出，降低奥氏体的碳浓度，促进含碳量极低的铁素体的形成，但当V含量小于0.01％时作用不明显，当V含量超过0.20％时不再有进一步的作用。因此，实际V含量目标值控制在0.01％～0.20％范围内，优化目标0.03％～0.10％。

S和P：S、P是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的机械性能，因此S含量越低越好。P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此一般要求P≤0.020％。

N：N是钢中有害气体元素，其主要影响铸坯的表面质量、成品的焊接性及时效性等，因此，实际控制中N≤0.005％。

本发明的微合金化热轧U型钢板桩及其生产方法具有如下优点：

1)本发明通过只添加一种V微合金化，提高了钢板桩的综合性能，生产工艺简单，利于推广。

2)本发明严格控制了N元素的含量，改善了钢板桩的焊接性能，提高了钢板桩的利用率。

3)本发明填补了国内没有生产钢板桩的空白，其优越的性能完全可以替代目前进口产品。

附图说明

图1是热轧U型钢板桩断面图

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.17、Mn 0.91、Si0.40、P 0.018、S 0.012、Als 0.020、V 0.073、N 0.0029，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产方法依次包括120t转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、万能轧制，各步骤的参数为：

冶炼时，控制冶炼出刚温度为1660℃～1680℃；炉外精炼时，控制炉外精炼时间≥30min；加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理；喂Si-Ca线进行钙处理的目的是为了对钢中的夹杂物进行变性处理；连铸时，浇注温度1570℃～1580℃，连铸过热度控制在15～35℃，拉速为1.0～2.0m/min之间；加热时，钢坯加热温度1100～1150℃；轧制时，开轧温度1050～1120℃，终轧温度850～900℃。

生产出的产品(本发明微合金化热轧U型钢板桩的生产方法实施例1～3)的实际化学成分见实施例，实施例中所列化学成分的余量为Fe及不可避免的杂质，本发明钢的性能试验结果列入表2。

实施例2

钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.19、Mn 1.15、Si0.27、P 0.010、S 0.011、Als 0.030、V 0.095、N 0.0028，其余为Fe及不可避免的杂质。

制备方法同实施例1。

实施例3

钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.21、Mn 1.04、Si0.32、P 0.008、S 0.017、Als 0.030、V 0.030、N 0.0025，其余为Fe及不可避免的杂质。

表2：产品的力学性能检验

Claims

1.一种热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其钢的化学成分按重量百分比的配比如下：C 0.19、Mn 1.15、Si 0.27、P 0.010、S 0.011、Als 0.030、V 0.095、N 0.0028，其余为Fe及不可避免的杂质，它依次包括120t转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、万能轧制，各步骤的参数为：冶炼时，控制冶炼出钢温度为1660℃～1680℃；炉外精炼时，控制炉外精炼时间≥30min；加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理；喂Si-Ca线进行钙处理的目的是为了对钢中的夹杂物进行变性处理；连铸时，浇注温度1570℃～1580℃，连铸过热度控制在15～35℃，拉速为1.0～2.0m/min之间；加热时，钢坯加热温度1100～1150℃；轧制时，开轧温度1050～1120℃，终轧温度850～900℃。