CN115627415A

CN115627415A - 一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢及其制备方法

Info

Publication number: CN115627415A
Application number: CN202211193617.0A
Authority: CN
Inventors: 夏继年; 杨贵玲; 汤化胜; 郭朝海; 李国宝; 于爽; 贾崇雪; 王南辉; 黄诚; 杨西亚; 李贺; 文雄
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-01-20
Anticipated expiration: 2042-09-28
Also published as: CN115627415B

Abstract

本发明涉及热轧带钢冶金技术领域，具体涉及一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢及其制备方法。热轧带钢包括如下重量百分数的成分：C 0.07％～0.10％，Si 0.15％～0.30％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.0050％，Ti 0.035％～0.050％，Nb 0.035％～0.050％，Als 0.020％～0.050％，N≤0.0050％，CEQ≤0.33％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制得的热轧带钢规格厚，生产成本低，强度高，低温韧性良好，性能稳定，组织优良，易于成型焊接，适用于重点工程用钢管桩的应用需求。

Description

一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及热轧带钢冶金技术领域，具体涉及一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢及其制备方法。

背景技术

钢管桩主要用于桥梁、码头等工程的承重基础，规格普遍较厚，常用热轧带钢通过螺旋焊接制成钢管后使用，其要求具有较高的强度、韧塑性以及良好成型、焊接性能。一般普通桥梁、码头工程通常采用屈服强度355MPa级别的钢种，随着国内外重点桥梁、港口码头工程的建造需求，常规Q355B或Q355C低合金钢已无法满足水下承载管桩要求。提高管桩用钢的强度已成为工程用管桩用钢的发展趋势，市场需求量不断增加。

热连轧生产线可以生产的带钢厚度规格基本上最厚为25mm，在热连轧生产线生产厚规格带钢产品时，由于钢带轧制变形和冷却渗透不足等局限，仅靠工艺优化强度难以大幅提升，需要对成分进行重新设计以提高强度，对于厚规格产品可以通过大幅增加Nb、V、Mo等微合金元素含量来提高强度，但会带来成本的急剧增加，同时随着强度和厚度的提高通常会带来钢材韧性、成型焊接等性能的降低，如何在不显著增加成本的基础上提高材料的综合性能是未来钢管桩发展的方向。

专利CN101818303 A公布了“一种高强度厚规格管桩用钢及其制造方法”，其化学成分的质量百分比为：C：0.12～0.16％；Si：0.20～0.50％；Mn：1.30～1.50％；P：≤0.015％；S≤0.010％：Al：0.15～0.40％；Nb：0.020～0.030％，添加微量Ca，其余为铁和残余的微量杂质。其产品厚度达到25mm，强度偏低(屈服强度400～460MPa，抗拉强度545～600MPa)，且碳含量较高，不利于成型焊接。

专利CN103526112 B公布了“一种耐腐蚀桥梁管桩用钢及其生产方法”，其化学成分的质量百分比为：C：0.07％～0.13％，Si：0.30％～0.65％，Mn：0.80％～1.30％，P：0.025％～0.045％，S：≤0.002％，Al：不超过0.006％、V：0.035％～0.050％,Ti：0.008％～0.025％，RE:0.005％～0.02％，Zr0.006％～0.012％，[O]溶解：15～25ppm；该发明产品厚度为20-25mm，通过利用V元素进行强化，强度级别仅为390MPa级。

以上现有专利成分及工艺体系生产的管桩用钢强度偏低，有必要发明一种低成本厚规格高强度热轧带钢，来满足重点工程管桩用钢的应用需求。

发明内容

针对现有技术管桩用钢强度低、成本高等技术问题，本发明提供一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢及其制备方法，具有成本低、高强度等优点，满足重点工程用钢管桩的应用需求。

第一方面，本发明提供一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢，包括如下重量百分数的成分：C 0.07％～0.10％，Si 0.15％～0.30％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.0050％，Ti 0.035％～0.050％，Nb 0.035％～0.050％，Als 0.020％～0.050％，N≤0.0050％，CEQ≤0.33％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中CEQ为碳当量，可通过现有公式计算。

进一步的，热轧带钢厚度范围为16～25mm，屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥620MPa，延伸率≥26％，屈强比≤0.85，0℃横向冲击功≥214J，冲击纤维断面率≥85％；组织类型主要为细小多边形铁素体，晶粒度≥11级。

本发明成分设计中主要元素的作用：

本发明中C含量为0.07％～0.10％。C在钢中具有固溶强化作用，C含量越高，固溶强化效果越显著，为保证强度，本发明限定C含量下限为0.07％，但C含量增加会导致钢材焊接、冲击韧性等性能下降，因此本发明限定C含量上限为0.10％。

本发明中Si含量为0.15％～0.30％。Si是固溶强化元素并具有脱氧作用，本发明限定其下限为0.15％。但Si含量亦不宜过高，否则对钢的塑韧性具有不利影响，同时硅含量过高易造成带钢表面产生氧化铁皮影响表面质量，本发明设定其上限为0.30％。

本发明中Mn含量为1.30％～1.50％。Mn是重要的强韧化元素，在钢中可以发挥固溶强化和细化组织的作用，为保证钢的强韧性能，本发明限定Mn含量下限为1.30％。但Mn也是易偏析元素，含量过高时有损钢的韧性和焊接性能，本发明限定Mn含量上限为1.50％。

本发明中P含量≤0.020％，P是钢中有害元素，对冷塑性和冷成型性能危害很大，应尽可能降低P的含量，本发明设定其含量上限为0.020％。

本发明中S含量≤0.0050％，S是一种有害元素，S容易与Mn结合形成条状MnS夹杂，影响钢材的冲击韧性及疲劳性能，同时也容易与Ti结合形成微米级的析出相，降低Ti的强化效果并降低钢的韧性。本发明设定其含量上限为0.0050％。

本发明中Ti含量0.035％～0.050％，Ti作为一种微合金化元素，结合适当的冷却和卷取工艺在钢中可以发挥析出强化作用显著提高钢材强度，通过适当添加成本低廉的Ti而减少其他贵合金元素的添加量，可以降低生产成本。但Ti添含量过高容易形成大尺寸的碳氮化物，会使钢材的低温韧性降低。本发明设定其上下限为0.035％、0.050％。

本发明中Nb含量0.035％～0.050％，Nb也是一种微合金化元素，在本发明中与Ti配合使用。Nb元素可以有效抑制奥氏体再结晶，扩大未再晶区轧制区间，在轧制变形过程形变诱导析出的Nb(NC)，钉扎晶界、位错等变形缺陷为铁素体的形核提高有利位置，可以有效细化晶粒，同时提高钢材强度和韧性。基于其作用和成本考虑，本发明Nb含量限定在0.035％～0.050％。

本发明中Als含量0.020％～0.050％，A1是钢中脱氧元素，一定含量的A1s还能起到细化晶粒的效果，提高钢材的强度和韧性；但Al含量过高容易导致钢中氧化物夹杂物增多，降低钢水的洁净度。因此，Al含量限定为0.020％～0.050％。

本发明中N含量≤0.0050％，N是气体杂质元素，会降低钢水的纯净度，且容易与Ti形成微米级TiN析出相，会恶化钢材的韧性，本发明N含量控制上限为0.0050％。

第二方面，本发明提供一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，包括冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取等工序。

进一步的，在冶炼过程采用全程底吹氩气，冶炼出钢温度为1640～1690℃。

进一步的，精炼采用LF+RH双精炼，LF处理周期≥20min，真空纯脱气时间≥6min，软吹时间≥12min，保证钢水纯净度。

进一步的，连铸采用全流程氩气保护浇注，中间包过热度按15～25℃控制，采用恒拉速生产，铸坯拉速为1.0～1.3m/min，结晶器钢水液面波动范围控制在±3mm，保障铸坯质量，避免或减少中间偏析，连铸铸坯厚度为230mm，保证较大的轧制压缩比。

进一步的，加热工艺为，在炉时间为180～260min，板坯在均热段加热时间≥30min，将板坯加热至1190～1230℃，促使微合金化元素Ti、Nb充分溶解，充分发挥微合金元素的作用。

进一步的，轧制包括粗轧和精轧；

粗轧进行再结晶区轧制细化奥氏体晶粒，粗轧末道次出口温度控制在1000～1050℃，粗轧后中间坯厚度58～67mm，粗轧阶段总压缩比≥70％，粗轧进行再结晶区轧制细化奥氏体晶粒；精轧入口温度控制在960～1020℃，精轧终轧温度为810～850℃，F3和F5精轧机架空过，精轧阶段后两道次累计压下率≥22％，精轧后板厚为16～25mm。

进一步的，冷却过程中，为充分发挥微合金化元素钛的析出强化效果，冷却采用前置超快冷+层流冷却装置将钢带快速冷却，冷却速率为25～35℃/s，冷却至520℃～580℃卷取。采用较高温度卷取生产厚规格热轧带钢，极大降低了卷取机负荷，提高了生产稳定性和生产效率。

作为一个优选的技术方案，本发明所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)按所述化学成分冶炼，冶炼过程采用全程底吹氩气，冶炼出钢温度为1640～1690℃；

(2)精炼采用LF+RH双精炼，LF处理周期≥20min，真空纯脱气时间≥6min，软吹时间≥12min；

(3)连铸采用全流程氩气保护浇注，中间包过热度按15～25℃控制，采用恒拉速生产，铸坯拉速为1.0～1.3m/min，结晶器钢水液面波动范围控制在±3mm，连铸铸坯厚度为230mm；

(4)铸坯加热，加热工艺为，在炉时间为180～260min，板坯在均热段加热时间≥30min，将板坯加热至1190～1230℃；

(5)轧制包括粗轧和精轧；

粗轧末道次出口温度控制在1000～1050℃，粗轧后中间坯厚度58～67mm，粗轧阶段总压缩比≥70％；精轧入口温度控制在960～1020℃，精轧终轧温度为810～850℃，F3和F5精轧机架空过，精轧阶段后两道次累计压下率≥22％，精轧后板厚为16～25mm；

(6)轧制后冷却，冷却采用前置超快冷+层流冷却装置将钢带快速冷却，冷却速率为25～35℃/s，冷却至520℃～580℃卷取。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所制备的厚规格高强度管桩用热轧带钢采用低C-适量Mn-Ti/Nb复合微合金化的低成本成分设计，节省Mn和Nb元素添加量，不需额外添加V、Cr、Mo等元素，实现低成本成分生产厚规格高强度钢，节约合金成本108～150元/吨；

(2)本发明通过Ti、Nb最优的合金配比设计，结合恰当的控制轧制和控制冷却工艺，制定合理加热、轧制、冷却、卷取工艺制度，充分发挥钛的析出强化作用和铌的细化晶粒作用，实现高强韧性能匹配；

(3)本发明制得的热轧带钢热轧带钢厚度范围为16～25mm，屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥620MPa，延伸率≥26％，屈强比≤0.85，0℃横向冲击功≥214J，冲击纤维断面率≥85％；组织类型主要为细小多边形铁素体，晶粒度≥11级；产品规格厚，生产成本低，强度高，低温韧性良好，性能稳定，组织优良，易于成型焊接，适用于重点工程用钢管桩的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明具体实施方式实施例1制得热轧带钢显微组织图。

图2是本发明具体实施方式实施例2制得热轧带钢显微组织图。

图3是本发明具体实施方式实施例3制得热轧带钢显微组织图。

图4是本发明具体实施方式对比例1制得热轧带钢显微组织图。

图5是本发明具体实施方式对比例2制得热轧带钢显微组织图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

按照本发明提供的化学成分要求，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸→铸坯缓冷→加热→轧制→冷却→卷取制备。经过炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C 0.07％～0.10％，Si 0.15％～0.30％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.0050％，Ti 0.035％～0.050％，Nb 0.035％～0.050％，Als 0.020％～0.050％，N≤0.0050％，CEQ≤0.33％，其余为Fe和不可避免的杂质。

具体生产过程为，在冶炼过程采用全程底吹氩气，冶炼出钢温度为1640～1690℃。精炼采用LF+RH双精炼，精炼工艺为，LF处理周期≥20min，真空纯脱气时间≥6min，软吹时间≥12min。连铸采用全流程氩气保护浇注，中间包过热度按15～25℃控制，采用恒拉速生产，铸坯拉速为1.0～1.3m/min，结晶器钢水液面波动范围控制在±3mm，保障铸坯质量，避免或减少中间偏析，连铸铸坯厚度为230mm，保证较大的轧制压缩比。轧制工序将缓冷铸坯加热至1190～1230℃，加热在炉时间为180～260min之间，均热保温时间30-50min；出炉后进行两阶段控制轧制，粗轧阶段进行再结晶区轧制，粗轧出口温度控制1000～1050℃，中间坯厚度58～67mm，精轧阶段进行未再结晶区轧制，精轧入口温度控制960～1020℃，终轧温度按810～850℃控制，F3和F5精轧机架空过，精轧阶段后两道次累计压下率≥22％，经过5个机架快速轧制成16～25mm成品钢带，轧后采用前置超快冷+层流冷却装置将钢带以冷却速率25～35℃/s快速冷却至520℃～580℃进行卷取，卷取后钢卷空冷至室温。

本发明设置对比例，对比例与实施例具有不同的化学成分及制备方法。

本发明各实施例及对比例化学成分设计见表1，本发明各实施例及对比例热轧工序主要参数见表2。本发明各实施例及对比例制得带钢力学性能检测数据见表3。

表1本发明各实施例及对比例化学成分(wt.％)

项目	C	Si	Mn	P	S	Als	Ti	Nb	N
										实施例1	0.078	0.21	1.37	0.010	0.003	0.032	0.043	0.039	0.029
实施例2	0.081	0.19	1.43	0.013	0.002	0.035	0.045	0.036	0.032
										实施例3	0.084	0.22	1.45	0.011	0.003	0.030	0.041	0.040	0.036
对比例1	0.076	0.18	1.57	0.013	0.003	0.034	0.062	0.016	0.030
										对比例2	0.08	0.19	1.58	0.009	0.002	0.029	0.019	0.065	0.034

表2本发明各实施例及对比例热轧工艺参数

表3本发明各实施例及对比例制得带钢力学性能检测数据

由表1-3可以看出，本发明复合添加Ti、Nb微合金化元素并通过最优的合金配比设计，结合恰当的控轧控冷工艺，在低成本条件下获得具有高强韧匹配的厚规格热轧带钢。

图1-3示出了本发明实施例制得带钢的显微组织，可见其组织为细小多边形铁素体+少量珠光体，晶粒度级别≥11级，带状组织级别≤0.5级。

图4示出了本发明对比例1制得带钢的显微组织，可见其组织为多边形铁素体+珠光体，晶粒尺寸粗大，晶粒度级别仅9.5级，同时可以看到包括微米级TiN在内的析出粒子在基体组织中析出，较大尺寸的析出相以及晶粒尺寸造成带钢的冲击韧性明显变差。图5示出了本发明对比例2制得带钢的显微组织，可见其组织主要为细小的针状铁素体，晶粒度达12级，细小的针状铁素体组织明显提高了带钢的韧性，但因析出强化效果不足导致强度偏低。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢，其特征在于，包括如下重量百分数的成分：C 0.07％～0.10％，Si 0.15％～0.30％，Mn 1.30％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.0050％，Ti 0.035％～0.050％，Nb 0.035％～0.050％，Als 0.020％～0.050％，N≤0.0050％，CEQ≤0.33％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢，其特征在于，热轧带钢厚度范围为16～25mm，屈服强度≥510MPa，抗拉强度≥620MPa，延伸率≥26％，屈强比≤0.85，0℃横向冲击功≥214J，冲击纤维断面率≥85％；组织类型主要为细小多边形铁素体，晶粒度≥11级。

3.一种权利要求1所述低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，包括按权利要求1所述化学成分冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取所得。

4.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，在冶炼过程采用全程底吹氩气，冶炼出钢温度为1640～1690℃。

5.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，精炼采用LF+RH双精炼，LF处理周期≥20min，真空纯脱气时间≥6min，软吹时间≥12min。

6.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，连铸采用全流程氩气保护浇注，中间包过热度按15～25℃控制，采用恒拉速生产，铸坯拉速为1.0～1.3m/min，结晶器钢水液面波动范围控制在±3mm，连铸铸坯厚度为230mm。

7.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，加热工艺为，在炉时间为180～260min，板坯在均热段加热时间≥30min，将板坯加热至1190～1230℃。

8.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，轧制包括粗轧和精轧；

粗轧末道次出口温度控制在1000～1050℃，粗轧后中间坯厚度58～67mm，粗轧阶段总压缩比≥70％；精轧入口温度控制在960～1020℃，精轧终轧温度为810～850℃，F3和F5精轧机架空过，精轧阶段后两道次累计压下率≥22％，精轧后板厚为16～25mm。

9.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，冷却采用前置超快冷+层流冷却装置将钢带快速冷却，冷却速率为25～35℃/s，冷却至520℃～580℃卷取。

10.如权利要求3所述的低成本厚规格高强度管桩用热轧带钢的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)按权利要求1所述化学成分冶炼，冶炼过程采用全程底吹氩气，冶炼出钢温度为1640～1690℃；

(5)轧制包括粗轧和精轧；