CN111575583A - 一种高强度的热轧型材及其控温控冷工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度的热轧型材，所述热轧型材化学成分占比为：C：0.14‑0.25％、Mn：1.40‑1.80％、Si：0.40‑0.60％、V：0.075‑0.095％、P/S≤0.045、N：0.0215‑0.025％、Nb：0.015‑0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述热轧型材化学成分占比中V/N为3.49‑3.83。所述热轧型材还包括化学成分B和Cr，B化学成分占比为：0.0015‑0.005％；Cr化学成分占比为：0.6‑0.7％。本发明在普通型材的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了型材的综合性能。

Description

一种高强度的热轧型材及其控温控冷工艺
技术领域
本发明涉及型材制造工艺技术领域，特别涉及一种高强度的热轧型材及其控温控冷工艺。
背景技术
目前市场上低强度的型材已饱和，并且短期内不会出现改善情况，而500MPa级及以上高强度级别的型材为目前国内高等级型材，广泛用于各种建筑结构，特别是大型、重型、轻型结构。与低强度的型材相比，采用500MPa级及以上强度高强度型材可节约用钢量30％以上。其开发和应用还将会推动高性能节能环保型新材料的推广和应用，大大改善当前建筑用产品品种结构，为实现资源节约型、环境友好型企业提供有力支撑。
现有技术中采用微合金化路线，依靠单一的生产工艺途径很难达到强度要求，存在成本高的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高强度的热轧型材及其控温控冷工艺，是在普通型材的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了型材的综合性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种高强度的热轧型材，所述热轧型材化学成分占比为：
C：0.14-0.25％、Mn：1.40-1.80％、Si：0.40-0.60％、V：0.075-0.095％、P/S≤0.045、N：0.0215-0.025％、Nb：0.015-0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步，所述热轧型材化学成分占比中V/N为3.49-3.83。
进一步，所述热轧型材化学成分占比中V/N为3.56。
进一步，所述热轧型材还包括化学成分B和Cr，B化学成分占比为：0.0015-0.005％；Cr化学成分占比为：0.6-0.7％。
进一步，所述热轧型材中晶粒不大于4μm；所述热轧型材屈服强度不低于500MPa。
一种的高强度的热轧型材的控温控冷工艺，包括如下步骤：
冶炼制备粗炼钢水；
将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；
通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸异型坯；
将所述连铸异型坯输送至轧钢加热炉进行加热，加热温度为在1150℃-1200℃，然后进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧异型坯；
对所述粗轧异型坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧异型坯；
对所述中轧异型坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，进入机架精轧机组进行精轧操作，获得精轧异型坯；
对所述精轧异型坯进行冷却加工。
进一步，在精轧机组前后设置控冷装置，使轧后型材冷却至800-950℃。
进一步，冷床上方加装保温罩，精轧型材在800-950℃的保温时间为40-50S。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的高强度的热轧型材及其控温控冷工艺，有效的将V/N比控制在3.49-3.83范围内，充分发挥钒的强化效果，通过铌钒复合强化机制，提高型材的强屈比和极限强度。
2.本发明所述的高强度的热轧型材及其控温控冷工艺，是在普通型材的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了型材的综合性能。
3.本发明所述的高强度的热轧型材及其控温控冷工艺，通过转炉对制钢原料进行炼制，获得粗炼钢水；将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得型材；将型材输送至加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧型材；对所述粗轧型材通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧型材；对所述中轧型材进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，进入机架精轧机组进行精轧操作，获得精轧型材；对所述精轧型材进行冷却、剪切后，精整入库。
附图说明
图1为本发明所述的高强度的热轧型材及其控温控冷工艺的流程图。
图2为现有技术型材的金相图。
图3为本发明型材的金相图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的高强度的热轧型材，所述热轧型材化学成分占比为：
C：0.14-0.25％、Mn：1.40-1.80％、Si：0.40-0.60％、V：0.075-0.095％、P/S≤0.045、N：0.0215-0.025％、Nb：0.015-0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，C是钢中最经济的强化元素之一，通过C含量的控制，保证材料的强度，固溶强化，提高屈服强度。Si为脱氧元素，在钢中固溶强化，保证钢的强度。Mn是固溶强化元素，提高屈服强度，保证强韧性。P为钢中杂质元素，过高会使钢的焊接性、成形性降低。S为钢中杂质元素，影响钢的低温韧性。固溶的N能提高强度，含量过高会严重恶化材料的塑性和韧性，特别是对于热处理高强钢。Nb是第二相形成元素，发挥着析出强化作用，具有抑制热轧工序中奥氏体的恢复、再结晶的晶粒成长、从而使铁素体相成为所希望的粒径的作用，第二相粒子属于硬相，可增加基体的耐磨性。V是第二相形成元素，发挥着析出强化作用，一定量的V改善焊接不完全重结晶区强度。由于现有的型材产品中，C、Si、Mn等常用合金元素的含量已接近国家行业标准的上限值。开发高强度时C、Si、Mn的上调空间不大。因此，必须采用微合金化路线，而采用的细晶强化是建立在轧后控冷特殊工艺途径上使晶粒得以细化，而实际情况往往复杂得多，仅仅依靠单一的生产工艺途径是很难使晶粒达到4μm以下；但实际生产中，当钒含量超过0.10％时，钢中氮含量就相对偏低，一般V/N比＞5，远高于其理想配比3.64，此时不能充分发挥钒的强化作用，因此本发明所述的热轧型材化学成分占比中V/N为3.49-3.83。
为了提高型材的淬透性，所述热轧型材还包括化学成分B和Cr，B化学成分占比为：0.0015-0.005％；Cr化学成分占比为：0.6-0.7％。所述热轧型材中晶粒不大于4μm；所述热轧型材屈服强度不低于500MPa。Cr是提高淬透性元素，铬能够降低相变驱动力，有效的提高材料淬透性。另外，铬元素能够同样能够促使“C曲线”右移，能够扩大淬火时形成全马氏体的区域。N与硼元素结合，在冶炼连铸过程中形成大颗粒氮化硼，降低钢的塑性、韧性，同时降低硼的淬透性。
如图1所示，本发明的高强度的热轧型材的控温控冷工艺包括：
步骤10：通过冶炼方法得到的粗炼钢水。
步骤20：将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水。
步骤30：通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸异型坯。
步骤40：将所述连铸异型坯输送至加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧异型坯。
将所述连铸异型坯输送至加热炉进行加热之前，包括：对所述连铸异型坯进行检验；将检验合格的所述连铸异型坯，通过传送辊道输送至所述加热炉进行加热。
步骤50：对所述粗轧异型坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧异型坯。
所述对所述粗轧异型坯通过剪切、碎断，包括：对所述粗轧异型坯进行曲臂剪切异型坯头、剪切异型坯尾后，进行碎断。
步骤60：对所述中轧异型坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，进入机架精轧机组进行精轧操作，获得精轧异型坯。
所述对所述中轧异型坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，包括：对所述精轧异型坯进行回转剪切型材头、剪切型材尾后，进行碎断。
步骤70：轧制后型钢控冷装置，使轧后型材冷却至800-950℃，随后进入冷床集中冷却，冷床上方加装保温罩，精轧型材在800-950℃的保温时间为40-50S，然后在空冷或者水冷，温度降至100℃以下后在矫直机进行矫直。
在轧制过程中结合化学成分调控，根据粗、中、精轧机组轧制速度和压下量的不同，利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的控温+变形轧制过程，实现了钢材微观组织的细化与均匀化。在工艺布置方面，克服了传统工艺的缺点，在各机组间均有控温段设置，不需回复段设置，可以综合利用各种控制机制和满足不同规格和成分控轧需要。在轧制加热时控制加热温度在1150℃-1200℃，使微合金元素充分溶解又避免原始奥氏体晶粒过度粗化。根据粗、中、精轧机组轧制速度和压下量的不同，充分利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体相变机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的“控温+变形”轧制过程，实现钢筋微观组织的细化与均匀化。在轧后采用适度冷却至950℃，避免晶粒长大。在工艺布置方面，克服了传统工艺的缺点，在棒材精轧机组前后设置控轧控冷设置，综合利用各种控制机制，满足不同规格、材质的控轧需要。在冷床上方加装保温罩，延长高温保温时间，使钢筋在800-950℃之间的时间由原先的25-30S延长至40-50S。保证含氮化合物的充分析出，防止奥氏体区快速降温形成贝氏体、马氏体等低温组织。通过实行高温加热及控轧控冷技术，优化变形制度，最终得到了组织性能最佳的细晶高强度钢筋。
实施例
表1为本发明所述的高强度的热轧型材与现有型材的化学成分对照表。表2为本发明所述的高强度的热轧型材的样块与现有型材在力学性能上的对比。表2中Rm是抗拉强度，Rel是下屈服强度，A是断后延长率，Agt是延伸率。
表1
Figure BDA0002495729700000041
表2
Figure BDA0002495729700000051
表1和表2中可以看出，通过控制V/N在3.49、3.56、3.83，控制铌含量在0.015％、0.025％，冶炼出来的钢坯进行轧制，得到对应的力学性能，经过对比，V/N在3.56时性能最稳定，V、Nb的利用效果最好。与现有材料对比，屈服强度有明显的提升，抗震性能更好。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强度的热轧型材，其特征在于，所述热轧型材化学成分占比为：
C：0.14-0.25％、Mn：1.40-1.80％、Si：0.40-0.60％、V：0.075-0.095％、P/S≤0.045、N：0.0215-0.025％、Nb：0.015-0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度的热轧型材，其特征在于，所述热轧型材化学成分占比中V/N为3.49-3.83。
3.根据权利要求1所述的高强度的热轧型材，其特征在于，所述热轧型材化学成分占比中V/N为3.56。
4.根据权利要求1所述的高强度的热轧型材，其特征在于，所述热轧型材还包括化学成分B和Cr，B化学成分占比为：0.0015-0.005％；Cr化学成分占比为：0.6-0.7％。
5.根据权利要求1所述的高强度的热轧型材，其特征在于，所述热轧型材中晶粒不大于4μm；所述热轧型材屈服强度不低于500MPa。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的高强度的热轧型材的控温控冷工艺，其特征在于，包括如下步骤：
冶炼制备粗炼钢水；
将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；
通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸异型坯；
将所述连铸异型坯输送至轧钢加热炉进行加热，加热温度为在1150℃-1200℃，然后进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧异型坯；
对所述粗轧异型坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧异型坯；
对所述中轧异型坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，进入机架精轧机组进行精轧操作，获得精轧异型坯；
对所述精轧异型坯进行冷却加工。
7.根据权利要求6项所述的高强度的热轧型材的控温控冷工艺，其特征在于，在精轧机组前后设置控冷装置，使轧后型材冷却至800-950℃。
8.根据权利要求7项所述的高强度的热轧型材的控温控冷工艺，其特征在于，冷床上方加装保温罩，精轧型材在800-950℃的保温时间为40-50S。
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