CN103276310A

CN103276310A - 一种具有低温韧性的含稀土h型钢及其生产方法

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Publication number: CN103276310A
Application number: CN2013102118056A
Authority: CN
Inventors: 皮亚明
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-09-04

Abstract

一种具有低温韧性的含稀土H型钢及其生产方法，属于冶金及成型技术领域，原料为(Wt％)高炉铁水90％、优质废钢10％，铸坯化学成分及含量(Wt％)为：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.10-1.40；P≤0.015；S≤0.005；Cr0.10-0.30；Ni0.90-1.20；V0.05-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余为Fe和无法检测的微量元素；其工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坯连铸→切割→铸坯加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→锯切→探伤；其力学性能为：屈服强度为460～530MPa、抗拉强度为630～720MPa、屈强比≤0.80、延伸率≥26％、横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(-80℃)。本发明的产品具有生产成本低、强度高、低温韧性好、焊接性能优良的特点。

Description

一种具有低温韧性的含稀土H型钢及其生产方法

一、所属技术领域：

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，涉及一种具有低温韧性的含稀土H型钢及其生产方法。

二、背景技术：

H型钢是一种经济断面型钢，广泛应用于桥梁、高层建筑、起重设备、结构支架和基础桩等领域，与工字钢相比具有截面模量大、重量轻等优点。由于其腿内外侧平行，可以方便拼装组合，在承受相同载荷的条件下，H型钢比工字钢节约10％～15％的钢材。南极洲拥有丰富的矿产资源和能源储备，但那里的最低气温在-80℃左右，这就对H型钢的低温韧性提出严格的要求。传统的H型钢无论从强度，低温韧性，还是焊接性能均已不能满足该地区的使用要求，为此，国内外相继开发了低温条件下使用的优质H型钢。

经检索，中国发明专利“一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法”(专利申请号：200810014488.8)，由于该H型钢只是在C、Mn钢的基础上添加微量的Nb、B，因此其使用的低温极限温度为-40℃，且韧性不是很高。中国发明专利“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”(专利申请号：200810046958.9)，由于该低温钢添加了3.2％～3.8％的贵重金属Ni，因此其使用的低温极限温度为-110℃，低温韧性很高，但生产成本也很高。中国发明专利“一种低温韧性1.5Ni钢及其制造方法”(专利申请号：200810033529.8)，该低温钢添加了1.2％～1.6％的金属Ni，由于采用调质处理，因此其使用的低温极限温度为-80℃，低温韧性也很高，但调质工艺不适合H型钢生产，淬火过程中H型钢会因截面应力分布严重不均而造成大的变形甚至开裂。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种生产成本低、强度高、低温韧性好、焊接性能优良、且能在-80℃的低温环境下使用的含稀土H型钢及其生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

将重量百分比90％的高炉铁水与10％的优质废钢作为原料。

以下述工艺流程进行生产：首先对上述高炉铁水进行预处理，然后与上述优质废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，再将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进入VD工位进行真空脱气处理，再进行大方坯连铸，并将连铸坯切割，然后对铸坯进行加热，对加热好的铸坯进行轧制，对H型钢进行带温矫直，冷床冷却后实施锯切，并进行探伤检测，合格者即为H型钢成品。

其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坯连铸→切割→铸坯加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→锯切→探伤。

连铸坯的生产过程如下所述：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下。

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

3、在LF炉进行精练，精炼全过程按要求正常吹Ar，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

4、LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

6、喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8-10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行方坯连铸，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后进行火焰切割。

对铸坯进行化学成分化验，铸坯的化学成分应符合下述要求(重量百分比％)：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.10-1.40；P≤0.015；S≤0.005；Cr0.10-0.30；Ni0.90-1.20；V0.05-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

所述稀土元素RE为Ce、La的混合稀土金属，它们的重量百分比分别为：Ce67％、La33％。

加入稀土元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界和细化晶粒等作用，从而取得细晶强化和提高冲击韧性的效果。

将成分化验合格及硫印不大于2.0级的连铸坯进行轧制，轧制过程如下：

将连铸坯放入步进式加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉预热段、加热段、均热段等各段的温度，各段的温度和时间控制见表1；

表1步进式加热炉各段温度和时间控制

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤轧材。

将加热好的连铸坯先后在BD1、BD2、CCS机组上轧制成用户所需规格的H型钢，终轧温度控制在830～890℃之间，以达到轧制正火的功效；轧制时每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸；合格的H型钢进行带温矫直，矫直温度≥500℃。

然后对H型钢逐支进行探伤检测。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的“具有低温韧性的含稀土H型钢”。

发明的有益效果：

①由于以控制终轧温度代替正火工艺，因此生产成本较低；

②由于在500℃以上进行带温矫直，因此残余应力也较低；

③由于“含稀土元素的独特成分设计”结合成熟生产工艺，使得H型钢的各项性能优异，具体性能指标如下：

屈服强度：460～530MPa；抗拉强度：630～720MPa；屈强比：≤0.80；延伸率：≥26％；横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(-80℃)。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。

四、具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

按重量百分比原料为：高炉铁水90％，优质废钢10％。

生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坯连铸→切割→铸坯加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧制→矫直→冷却→锯切→探伤。

具体生产工艺流程如下所述：

将90吨高炉铁水用“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到(重量百分比)0.010％以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入200kg白灰块。

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，镍板、钒铁和钛铁合金在中后期加入；

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹Ar，按预定的加入量喂入一定长度的稀土丝。

然后对精炼好的钢水进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入一定长度的硅钙线，喂丝后保持8～10分钟软吹Ar。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流方坯连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割。

对铸坯取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)如下：

C0.09；Si0.21；Mn1.23；P0.013；S0.003；Cr0.23；Ni1.07；V0.10；Ti0.017；Al0.029；稀土元素RE0.0013；Cu＜0.007；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；所述稀土元素RE为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的铸坯进行轧制，轧制过程如下：

为了使铸坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的预热段、加热段、均热段的温度和时间，保证加热透彻均匀而不过热。

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

加热好的铸坯在轧制前应进行高压水除鳞，以去掉铸坯表面的氧化铁皮。

铸坯先后在BD1、BD2轧机上进行多道次轧制。

采用高压水去除钢件表面的二次氧化铁皮，在CCS万能轧机上轧制成规格为H400mm×200mm的H型钢，终轧温度在850～880℃之间，以达到轧制正火的功效；轧制时每批进行一次热取样，检查几何尺寸；合格的H型钢进行带温矫直，矫直温度为511℃。

经过上述工艺生产并进行无损探伤检验，合格者即成为本发明所述的“具有低温韧性的含稀土H型钢”的成品，用其制取试样进行力学性能、金相组织检验。

经过检验，实施例1所产H型钢的力学性能、金相组织检测结果见表2。

表2 H型钢的力学性能、金相组织检测结果

R_el(MPa)	R_m(MPa)	R_el/R_m	A(％)	a_KV(横向，-80℃，J/cm²)	组织
						495	672	0.74	28.0	133	铁素体+珠光体

实施例2：

实施例2的原料配比、生产工艺流程等及其他工艺指标与实施例1均相同，所不同的是其铸坯的化学成分含量(重量％)，具体见表3，H型钢的力学性能、金相组织检测结果见表4。

表3 铸坯的化学成分检测结果(重量％)

表4 H型钢的力学性能、金相组织检测结果

R_el(MPa)	R_m(MPa)	R_el/R_m	A(％)	a_KV(横向，-80℃，J/cm²)	组织
						505	687	0.74	27.5	125	铁素体+珠光体

Claims

1.一种具有低温韧性的含稀土H型钢，其特征是原料由重量百分比为90％的高炉铁水和10％的优质废钢组成，其化学成分按重量百分比分别为：C0.07-0.12；Si0.10-0.30；Mn1.10-1.40；P≤0.015；S≤0.005；Cr0.10-0.30；Ni0.90-1.20；V0.05-0.20；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.010；Cu＜0.10；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；产品的力学性能：屈服强度460～530MPa、-80℃时的横向冲击值a_KV≥100J/cm²。

2.根据权利要求1所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢，其特征在于RE为Ce与La的混合稀土金属，其重量百分比为：Ce67％、La33％。

3.一种如权利要求1所述特征的具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→方坯连铸→切割→铸坯加热→高压水除磷→BD1开坯→BD2中轧→高压水除磷→CCS万能轧机轧制→矫直→冷却→锯切→探伤。

4.根据权利要求3所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于将高炉铁水经预处理，使铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；将预处理后的铁水和优质废钢分别按设计比例加入顶底复吹转炉，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标；出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

5.根据权利要求3所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于在LF炉进行精炼，精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作。

6.根据权利要求3或5所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

7.根据权利要求3所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于进行VD真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

8.根据权利要求3或7所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于VD真空处理时喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8～10分钟吹Ar。

9.根据权利要求3所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于进行方坯连铸时，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割。

10.根据权利要求3所述的一种具有低温韧性的含稀土H型钢的生产方法，其特征在于终轧温度控制在830～890℃之间，以达到轧制正火的功效；执行带温矫直，矫直温度≥500℃。