CN108411191A - 一种正火轧制屈服强度500MPa级H型钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正火轧制屈服强度500MPa级别H型钢及其制备方法，所述H型钢的化学成分组成按重量百分比为(％)：C：0.07～0.10；Si：≤0.3；Mn：1.3～1.5；Nb：0.025‑0.035；V：0.05～0.09；Ti：0.015～0.025；Ni：0.35～0.7；P≤0.015；S≤0.01；N≤0.015；Mo：0.25～0.35；O≤0.004；N≤0.01，其余为铁Fe和不可避免杂质；所述H型钢屈服强度≥530MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率≥18％，‑40℃冲击功≥110J。

Description

一种正火轧制屈服强度500MPa级H型钢及其制备方法

技术领域

本发明属于轧制成型技术领域，具体地，本发明涉及一种海洋工程用屈服强度500MPa级高韧性耐低温H型钢，通过正火轧制来实现高强韧性。

背景技术

随着石油和天然气需求量的日益增长，油气开采已呈现自内陆向海洋甚至极地区域发展局面，所需的海洋工程装备前景广阔。用于制备海洋工程装备的海洋工程用钢主要是指针对装备所需的钢材品种。与陆地环境不同，海洋环境装备除要面对高低温、高压、高湿、氯盐腐蚀、微生物腐蚀以及承受海风、海浪、洋流作用，还要面对台风、浮冰、地震等自然灾害，总体上，钢材需要满足极端、特殊环境下的性能需要。

海洋工程装备除了需求量较大的钢板外，H型钢也是必不可少的结构材料。随着海洋工程向高寒极地区域的迅速发展，迫切需要高强度、高韧性的热轧H型钢，具有减轻平台重量，提高可靠性等作用。在极寒地区，提高强度同时，对低温冲击韧性和焊接性能等提出了更高的要求。

根据海洋工程用钢领域的发展需求，目前我国的H型钢生产企业已陆续开发出屈服强度345MPa～550MPa级别的H型钢，为保证钢的强度等指标达到标准要求，一般采用Nb、V、Ti微合金元化然后进行热轧方法生产。随着海洋工程的制备水平升级，更高强度级别的H钢需求逐渐增加。不同企业根据装备水平制备出不同级别和不同综合性能的产品。

中国专利CN104018073A公开了一种390MPa级别耐低温韧性H型钢及其生产工艺。所述耐低温韧性H型钢，其化学成分质量百分含量为：C:0.08～0.13％、Si:0.15～0.35％、Mn:1.25～1.45％、P≤0.01％、S≤0.01％、Nb:0.03～0.05％，余量为铁和杂质元素；所述生产工艺的轧制工艺参数为：加热温度1230～1250℃、初轧开轧温度1050～1150℃、精轧开轧温度940～950℃、精轧终轧温度780℃～850℃；冷却工艺参数为：轧件以50～100℃/s冷却速度冷却到580～680℃区间相变，再回温至700～750℃，最后H型钢自然冷却到室温。该生产工艺采用轧后冷却的方式实现-40℃低温冲击韧性良好的效果，需要轧后冷却设备以保证其效果。

中国专利CN103243272A公开了一种屈服强度500MPa级含钒耐候热轧H型钢的轧制工艺，该含钒耐候热轧H型钢，按质量百分比计，成分配比为：C：0.09～0.12，Si：0.43～0.55，Mn：1.39～1.49，P：0.013～0.017，S：0.011～0.016，Cu：0.27～0.36，Cr：0.32～0.38，Ni：0.25～0.32，V：0.098～0.110，A1s：0.014～0.023，其余为铁和残余的微量杂质；该种H型钢达到屈服强度500MPa高耐候性性能要求。该工艺主要采用轧后两段式快速冷却处理，对于轧后冷却设备具有较高要求。

中国专利CN102644032A公开了一种屈服强度550MPa级高耐候性热轧H型钢轧后冷却方法，屈服强度550MPa级高耐候性热轧H型钢，成分(wt％)为：C：0.06～0.12，Si：0.30～0.60，Mn：1.25～1.50，P：0.010～0.030，S：0.001～0.015，Cu：0.20～0.35，Cr：0.20～0.40，Ni：0.15～0.30，V：0.10～0.12，N：0.008～0.014，Als：0.003～0.030，其余为铁和残余的微量杂质；该H型钢轧后采用两段式快速冷却；本发明通过在H型钢热轧后采用两段式快速冷却方法，利用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到以贝氏体为主的复相组织。

上述三种高强钢及制备技术均采用微合金化配合在线冷却的方式，实现强度提高的同时具有较高的冲击韧性。一方面，在线冷却需要设备保障才能实施，另一方面，由于H型钢的断面复杂，因此后续冷却容易产生组织分布不均匀导致翼缘、腹板等部位性能差距较大的现象，影响最终的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种正火轧制屈服强度500MPa级别H型钢，所述H型钢力学性能良好，适合极端气温条件地区使用，适用于制备海洋石油平台、海洋远洋运输船舶等具有较高强韧性要求的支撑结构件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种正火轧制屈服强度500MPa级别H型钢，其特征在于，所述H型钢的化学成分组成按重量百分比为(％)：C：0.07～0.10；Si：≤0.3；Mn：1.3～1.5；Nb：0.025-0.035；V：0.05～0.09；Ti：0.015～0.025；Ni：0.35～0.7；P≤0.015；S≤0.01；N≤0.015；Mo：0.25～0.35；O≤0.004；N≤0.01，其余为铁Fe和不可避免杂质；

所述H型钢屈服强度≥530MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率≥18％，-40℃冲击功≥110J。

本发明还提供了上述正火轧制屈服强度500MPa级H型钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→钢包吹氩→LF精炼→异型坯浇铸→型钢线轧制→冷床缓冷；

其中，在轧制过程中，加热炉均热温度为1220～1250℃，铸坯在炉时间为120～180min；精轧开轧温度为1100～1160℃，精轧机架间水冷全部开启，精轧终轧温度为780～880℃，精轧后进入带保温罩辊道保温，保证温降均匀，随后进入冷床进行缓冷。

本发明通过低碳微合金化工艺设计，结合型钢孔型轧制，实现海洋工程用大中规格高强韧H型钢产品的工业化生产。

本发明未提及的工序，均可采用现有技术。

本发明技术方案的优点在于：

1、适合正火轧制的含Ni复合微合金化成分设计，从而在普通热轧H型钢轧机上得到500MPa级别以上高强韧性海工用热轧H型钢。

2、H型钢最终组织以贝氏体为主，包含少量的珠光体组织以及后续缓冷得到的回火组织。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不限制本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

下述实施例中的连铸坯均按以下工艺流程制备：根据设定的化学成分范围(表1)，以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯直接加热或者均热。实施例1-3的制备步骤如下：

该钢经过铁水预处理→转炉冶炼→钢包吹氩→LF精炼→异型坯浇铸→型钢线轧制→冷床缓冷。其中，型钢线轧制包括粗轧和精轧两道轧制。本发明未提及的工序，均可采用现有技术。热轧工序以控制温度为主，终轧温度检测翼缘外侧，轧后轧材在冷床自然冷却。所得H型钢最终组织以贝氏体为主，包含少量的珠光体组织以及后续缓冷得到的回火组织。实施例1-3的化学成分及具体工艺见下表。

表1、化学成分(wt％,余量铁)

实施例1-3的热轧工艺条件见表2。按照标准为BS EN ISO 377-1997《力学性能试验试样的取样位置和制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准ISO6892-1-2009《金属材料室温拉伸试验方法》；冲击功试验方法参照标准ISO 148-1《金属材料夏比摆锤冲击试验》，结果见表3。

表2

表3

从表3中可见，本发明实施例1-3屈服强度保持500MPa级别，其-40℃冲击功较高。可以满足制备海洋工程构件在极低环境下的使用条件，适用于制作海洋石油平台、海洋远洋运输船舶等具有较高低温韧性要求的支撑结构件。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种正火轧制屈服强度500MPa级别H型钢，其特征在于，所述H型钢的化学成分组成按重量百分比为(％)：C：0.07～0.10；Si：≤0.3；Mn：1.3～1.5；Nb：0.025-0.035；V：0.05～0.09；Ti：0.015～0.025；Ni：0.35～0.7；P≤0.015；S≤0.01；N≤0.015；Mo：0.25～0.35；O≤0.004；N≤0.01，其余为铁Fe和不可避免杂质；

所述H型钢屈服强度≥530MPa，抗拉强度≥680MPa，延伸率≥18％，-40℃冲击功≥110J。

2.权利要求1所述正火轧制屈服强度500MPa级H型钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→钢包吹氩→LF精炼→异型坯浇铸→型钢线轧制→冷床缓冷；

其中，在轧制过程中，加热炉均热温度为1220～1250℃，铸坯在炉时间为120～180min；精轧开轧温度为1100～1160℃，精轧机架间水冷全部开启，精轧终轧温度为780～880℃，精轧后进入带保温罩辊道保温，保证温降均匀，随后进入冷床进行缓冷。