CN116043110A - 一种低成本高强h型钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低成本高强H型钢及其生产方法，属于冶金技术领域。所述低成本高强H型钢中各元素的重量百分数为：C 0.14～0.20％、Si 0.10～0.50％、Mn 1.2～1.40％、P≤0.025％、S≤0.025％、Nb 0.015～0.035％、Ti 0.010～0.030％，N≤0.006％，Als≤0.015％，其余为铁和微量杂质；所述生产方法主要包括在精炼工序喂入钛线、喂钛线位置为底吹口上方、喂线速度控制、喂线时控制底吹流量、高温矫直、热装入炉、控制加热和轧制过程温度等主要措施。本发明通过提供一种低成本高强H型钢的化学成分和生产方法，解决异型坯钒微合金工艺生产合金成本高、铌微合金化工艺铸坯裂纹风险高的难题，实现高强H型钢的低成本批量稳定生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种低成本高强度H型钢及其生产方法。
背景技术
随着国内H型钢生产技术和产品质量的不断提高，H型钢的应用领域不断拓展，对H型性能的要求也越来越高。常规的Q235级别强度的H型钢已经不能满足现有大跨度、高强度、高韧性、耐低温的使用需求，因此355MPa以上高强H型钢的占比正逐年增大。但是，受矿石涨价、劳动力成本增加、H型钢产品市场走低等影响，是否能够形成一套高强H型钢的低成本生产技术成为国内H型钢生产企业的生存和发展与否的关键之一。
现有低成本高强H型钢生产技术有两种：一是钒氮微合金化工艺，该工艺具有工艺窗口大、产品强度稳定的优点，缺点是合金成本较高、低温性能波动大；而是铌微合金化工艺，该工艺具有合金成本低、低温性能好的优点，缺点是铸坯裂纹风险高、需要控制终轧温度。
中国专利申请CN102618781A公开了一种耐低温结构用热轧H型钢及其制备方法，采用钒氮微合金化+全保护浇注的方式，实现了355MPa强度级别耐低温H型钢生产，产品屈服强度364MPa，-20℃夏比冲击值≥89J。该专利所述方法合金成本较低，但需采用全保护浇注工艺，不利于大批量生产。
中国专利申请CN102021475A公开了一种耐低温结构用热轧H型钢及其制备方法，采用铌微合金化+控制的方式，实现了355MPa强度级别耐低温H型钢生产，产品屈服强度364MPa，-40℃夏比冲击值≥60J。该专利所述方法合金成本较低，但实际应用中发现，铸坯表面存在裂纹，需要铸坯下线修磨，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低成本高强H型钢及其生产方法，解决现有工艺存在的合金成本高、工艺复杂、铸坯裂纹的难题，实现高强H型钢的低成本批量稳定生产。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种低成本高强H型钢，所述低成本高强H型钢的化学成分的重量百分数为：C0.14～0.20％、Si 0.10～0.50％、Mn 1.2～1.40％、P≤0.025％、S≤0.025％、Nb 0.015～0.035％、Ti 0.010～0.030％，N≤0.006％，Als≤0.015％，其余为铁和微量杂质。
优选地，所述低成本高强H型钢的化学成分的重量百分数为：C 0.17～0.20％、Si0.20～0.40％、Mn 1.20～1.30％、P≤0.020％、S≤0.015％、Nb 0.015～0.25％、Ti0.015～0.025％，N≤0.006％，Als≤0.015％，其余为铁和微量杂质。
本发明还提供了一种低成本高强H型钢生产方法，包括以下步骤。
(1)转炉工序：
1)入炉铁水含硫量≤0.010％；装入量误差小于±2吨。
2)终渣碱度控制在3.0-3.5范围内。
3)底吹模式全程吹Ar气。
4)采用硅锰、中锰、铌铁进行合金化；采用硅钙钡脱氧，硅钙钡1.5-2.0kg/t，视过氧化情况可补加硅钙钡；当钢水出至1/4时开始合金均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。
5)挡渣采用滑板挡渣。
(2)精炼工序
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼7～12分钟,钢包顶渣化好化透后,取初样成分分析后，根据目标成分，喂入钛线,喂线速度2.5～4.5m/s。优选的喂线速度3.0～3.5m/s，钛线***位置为底吹孔上方。
2)全程底吹氩搅拌，前期底吹强度为强吹，吹气量80-120L/min，喂入钛线时，底吹强度调整为正常60-100L/min，出站前采用小压力软吹，软吹流量20-30L/min，保证夹杂物上浮，精炼软吹氩大于12分钟。
3)调整炉渣采用碳化钙、硅钙钡，不得采用铝渣等含铝物质，出站前顶渣应达到白渣或黄白渣。
4)精炼末期喂高钙线100-150m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间3.5-5.5h。
2)使用改进后大包水口，加密封圈，全程保护浇注，结晶器采用套管式保护浇注。
3)结晶器为H型结晶器。
4)二冷采用弱冷模式，矫直温度800℃以上。
5)中间包使用定径包，采用碳化稻壳覆盖，液面要覆盖良好。
6)采用结晶器专用保护渣，保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1115～1120℃，碱度为1.0～1.2，保护渣的消耗为0.80～0.95kg/t钢；中间包液面600mm，结晶器液面波动≤3mm；
7)拉速控制在0.85-1.05m/min。
8)铸坯热装温度650℃以上。
(4)轧制：
1)加热炉的均热温度1200～1300℃。
2)粗轧采用单机架往复式两辊轧机，往复轧制，开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制5-9道次，终轧温度翼缘外侧为950～1050℃、腹板中央为930～1030℃。
3)精轧采用一架UR万能轧机、一架两辊轧边机和一架UF万能轧机的三机架X-H往复精轧机组，开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制5-9道次，终轧温度翼缘外侧为800～850℃、腹板中央为750～800℃，
4)轧材出精轧机组后进行快速冷却，快冷终止温度控制在500～600℃。
5)轧件在冷床上自然冷却。
本发明的生产方法主要包括在精炼工序喂入钛线、喂钛线位置为底吹口上方、喂线速度控制、喂线时控制底吹流量、高温矫直、热装入炉、控制加热和轧制过程温度等主要措施。解决异型坯钒微合金工艺生产合金成本高、铌微合金化工艺铸坯裂纹风险高的难题，实现高强H型钢的低成本批量稳定生产。
本发明重点在于降低连铸裂纹，主要通过提高精炼工序钛线的喂入方式，提高钛在钢水中的弥散程度，从而先于氮化/碳氮化铌析出，进而细化铸坯冷却时的晶粒尺寸，降低铸坯内部和外部裂纹产生概率，进而降低含铌钢生产的合金成本和工序成本(铸坯冷装的加热成本和铸坯修磨的人工成本)。
与现有技术相比，采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)提供一种低成本高强H型钢成分设计，降低合金成本。
(2)精炼通过将钛线喂入位置调整为底吹口上浮，并在在喂入时增加底吹流量，增强钛在钢水中的弥散效果。
(3)连铸期间，利用一定含量的钛，控制氮化钛粒子在高温下(1400℃左右)的优先析出，钉扎铸坯冷却过程中高温奥氏体晶界的迁移，细化铸坯晶粒度，为后续工序实现细晶化提供更好基础。同时，氮化钛的优先析出，能够降低碳氮化铌和氮化铝等粒子的析出，抑制铌和铝析出物在晶界上的析出，改善铸坯裂纹敏感性，降低异型坯裂纹发生概率，降低含铌异型坯下线清理的时间成本和工序成本。
(4)采用低铝+控钛工艺，避免析出物在晶界上的链式析出，降低铸坯热装产生的皮下裂纹概率，实现含铌异型坯的高温热装，降低铸坯再加热成本。
本发明提供一种低成本高强H型钢生产方法，降低铸坯裂纹发生率，提高高品质异型坯热送热装率，降低工序成本。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
某炼钢厂生产Q355NB，实际生产化学成分的重量百分数见表1所示。
表1Q355NB成分
生产方法如下所述。
(1)转炉工序：
1)入炉铁水含硫量≤0.010％；装入量误差小于±2吨。
2)终渣碱度控制在3.0-3.5范围内。
3)底吹模式全程吹Ar气。
4)采用硅锰、中锰、铌铁进行合金化；采用硅钙钡脱氧，硅钙钡1.5-2.0kg/t，视过氧化情况可补加硅钙钡；当钢水出至1/4时开始合金均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。合金加入量和合金成本见表2所示。
表2合金加入量、合金成本
5)挡渣采用滑板挡渣。
(2)精炼工序：
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼12分钟，钢包顶渣化好化透后，取初样成分分析后，根据目标成分，喂入钛线，喂线速度3.5m/s。钛线***位置为底吹孔上方。
2)全程底吹氩搅拌，前期底吹强度为强吹，吹气量80-120L/min，喂入钛线时，底吹强度调整为正常60-100L/min，出站前采用小压力软吹，软吹流量20-30L/min，保证夹杂物上浮，精炼软吹氩12分钟。
3)调整炉渣采用碳化钙、硅钙钡，不得采用铝渣等含铝物质，出站前顶渣应达到白渣或黄白渣。
4)精炼末期喂高钙线150m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间4.0h。
2)使用改进后大包水口，加密封圈，全程保护浇注，结晶器采用套管式保护浇注。
3)二冷采用弱冷模式，矫直温度860℃。
4)中间包使用定径包，采用碳化稻壳覆盖，液面要覆盖良好。
5)结晶器为H型结晶器。
6)采用结晶器专用保护渣，保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1115～1120℃，碱度为1.0～1.2，保护渣的消耗为0.80～0.95kg/t钢；中间包液面600mm，结晶器液面波动≤3mm；
7)拉速控制在1.05m/min。
8)经检测，铸坯表面及内部无裂纹，见表3。铸坯热装温度650℃以上。
(4)轧制：
1)加热炉的均热温度1250℃。
2)粗轧采用单机架往复式两辊轧机，往复轧制，开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制5道次，终轧温度翼缘外侧为950～1050℃、腹板中央为930～1030℃。
3)精轧采用一架UR万能轧机、一架两辊轧边机和一架UF万能轧机的三机架X-H往复精轧机组，开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制7道次，终轧温度翼缘外侧为800～850℃、腹板中央为750～800℃，
4)轧材出精轧机组后进行快速冷却，快冷终止温度控制在550℃。
5)轧件在冷床上自然冷却。
6)轧制成材规格为H400×400×13×21。经在线人工目视检查，轧材表面无裂纹。
成材力学性能见表3所示。
表3实施例和对比例成材力学性能
实施例2
某炼钢厂生产Q355NB，实际生产化学成分的重量百分数见表1所示。生产方法如实施例1所述，主要区别如下：
(1)转炉工序：
合金加入量和合金成本见表2所示。
(2)精炼工序：
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼10分钟，喂入钛线,喂线速度2.5m/s。
2)精炼软吹氩14分钟。
4)精炼末期喂高钙线120m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间3.5h。
2)二冷采用弱冷模式，矫直温度850℃。
4)拉速控制在0.95m/min，经检测，铸坯表面及内部无裂纹，见表3。
(4)轧制工序
轧制成材规格为H400×400×13×21。
成材力学性能见表3所示。
实施例3
某炼钢厂生产Q355NB，实际生产化学成分的重量百分数见表1所示。生产方法如实施例1所述，主要区别如下：
(1)转炉工序：
合金加入量和合金成本见表2所示。
(2)精炼工序：
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼7分钟，喂入钛线,喂线速度4.0m/s。
2)精炼软吹氩15分钟。
4)精炼末期喂高钙线150m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间5.0h。
2)二冷采用弱冷模式，矫直温度840℃。
4)拉速控制在0.90m/min，经检测，铸坯表面及内部无裂纹，见表3。
(4)轧制工序
轧制成材规格为H400×400×13×21。
成材力学性能见表3所示。
实施例4
某炼钢厂生产Q355NB，实际生产化学成分的重量百分数见表1所示。生产方法如实施例1所述，主要区别如下：
(1)转炉工序：
合金加入量和合金成本见表2所示。
(2)精炼工序：
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼12分钟，喂入钛线,喂线速度4.0m/s。
2)精炼软吹氩16分钟。
4)精炼末期喂高钙线140m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间4.5h。
2)二冷采用弱冷模式，矫直温度860℃。
4)拉速控制在0.85m/min。
6)轧制成材规格为H400×400×13×21。
成材力学性能见表3所示。
对比例1
某炼钢厂生产Q355NB，实际生产化学成分的重量百分数见表1所示。
生产方法如下所述。
(1)转炉工序：
1)入炉铁水含硫量≤0.020％。
2)终渣碱度控制在3.0-3.5范围内。
3)底吹模式全程吹Ar气。
4)采用硅锰、中锰、钒氮进行合金化；采用硅钙钡脱氧，硅钙钡1.5-2.5kg/t，视过氧化情况可补加硅钙钡；当钢水出至1/4时开始合金均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。合金加入量和合金成本见表2所示。
5)挡渣采用滑板挡渣。
(2)精炼工序：
1)钢包进入LF炉吹氩冶炼5分钟。
2)全程底吹氩搅拌，前期底吹强度为强吹，吹气量80-120L/min，出站前采用小压力软吹，软吹流量20-30L/min，保证夹杂物上浮，精炼软吹氩10分钟。
3)调整炉渣采用铝渣，出站前顶渣应达到白渣或黄白渣。
4)精炼末期喂高钙线150m/炉。
(3)连铸工序：
1)中间包烘烤温度为900-950℃，烘烤时间3.5h。
2)使用改进后大包水口，加密封圈，全程保护浇注，结晶器采用套管式保护浇注。
3)二冷采用弱冷模式。
4)中间包使用定径包，采用碳化稻壳覆盖，液面要覆盖良好。
5)结晶器为H型结晶器。
6)采用结晶器专用保护渣，保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1115～1120℃，碱度为1.0～1.2，保护渣的消耗为0.80～0.95kg/t钢；中间包液面600mm，结晶器液面波动≤3mm；
7)拉速控制在1.05m/min。
8)铸坯热装温度500-650℃，经检测，3支铸坯表面存在裂纹，见表3。
(4)轧制：
1)加热炉的均热温度1250℃。
2)粗轧采用单机架往复式两辊轧机，往复轧制，开轧翼缘外侧温度为不低于1100℃、腹板中央温度不低于1100，轧制5道次。
3)精轧采用一架UR万能轧机、一架两辊轧边机和一架UF万能轧机的三机架X-H往复精轧机组，开轧翼缘外侧温度不低于1100℃、腹板中央温度不低于1100℃，轧制7道次。
4)轧件在冷床上自然冷却。
5)轧制成材规格为H400×400×13×21。
成材力学性能见表3所示。
对比例2
如对比例1所述，区别如下。
(1)转炉工序：
1)采用硅锰、中锰、铌铁进行合金化。合金加入量和合金成本见表2所示。
(2)连铸工序：
经检测，4支铸坯表面存在裂纹，见表3，铸坯下线清理后冷装入炉。
与铸坯650℃热装相比，按照每吨钢增加1℃需要消耗460kJ，每标煤29306kJ，蓄热式加热炉能效68％，每标煤价格2.372元/t计算，铸坯冷装成本：
460×650÷29306÷68％×2.372＝35.59(元/t)
(5)成材力学性能见表3所示。
对比表2中数据可知，本发明所述方法，与对比例1所述钒微合金化生产工艺相比，平均合金成本降低21.98元/吨；与对比例2所述铌微合金化生产工艺相比，平均合金成本增加1.30元/吨，但铌微合金化生产工艺需要下线清理后冷装入炉，加热成本增加35.59元/t，因此生产成本降低35.59-1.30＝34.29(元/t)。
对比表3中数据可知，本发明所述方法，产品实物性能满足Q355NB性能，其中平均屈服强度、抗拉强度、0℃夏比冲击值均好于钒微合金工艺和铌微合金工艺生产的同级别产品。
综上所述，表明本发明所述方法在降低生产成本方面均具有较好的效果，具有良好的经济效益。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
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 (10)
1.一种低成本高强H型钢，其特征在于，所述低成本高强H型钢的化学成分的重量百分数为：C 0.14～0.20％、Si 0.10～0.50％、Mn 1.2～1.40％、P≤0.025％、S≤0.025％、Nb0.015～0.035％、Ti 0.010～0.030％、N≤0.006％、Als≤0.015％，其余为铁和微量杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本高强H型钢，其特征在于，所述低成本高强H型钢的化学成分的重量百分数为：C 0.17～0.20％、Si 0.20～0.40％、Mn 1.20～1.30％、P≤0.020％、S≤0.015％、Nb 0.015～0.25％、Ti 0.015～0.025％，N≤0.006％，Als≤0.015％，其余为铁和微量杂质。
3.一种低成本高强H型钢的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
1)转炉工序：
入炉铁水含硫量≤0.010％；装入量误差±2吨；终渣碱度控制在3.0-3.5范围内；底吹模式全程吹Ar气；
2)精炼工序：
钢包进入LF炉吹氩冶炼7～12分钟，钢包顶渣化好化透后，取初样成分分析后，根据目标成分，喂入钛线，喂线速度2.5～4.5m/s，钛线***位置为底吹孔上方；全程底吹氩搅拌，前期底吹强度为强吹，吹气量80-120L/min，喂入钛线时，底吹强度调整为正常60-100L/min，出站前采用小压力软吹，软吹流量20-30L/min，保证夹杂物上浮，精炼软吹氩大于12分钟；
3)连铸工序：
中间包烘烤温度为900-920℃，烘烤时间3.5-5.5h；大包水口加密封圈，全程保护浇注，结晶器采用套管式保护浇注；结晶器为H型结晶器；二冷采用弱冷模式，矫直温度800℃以上；中间包使用定径包，采用碳化稻壳覆盖，液面要覆盖良好；
4)轧制：
加热炉的均热温度1200～1300℃；粗轧采用单机架往复式两辊轧机，往复轧制，开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制5-9道次，终轧温度翼缘外侧为950～1050℃、腹板中央为930～1030℃；精轧开轧温度翼缘外侧为1100～1180℃、腹板中央为1100～1170℃，轧制5-9道次，终轧温度翼缘外侧为800～850℃、腹板中央为750～800℃；轧材出精轧机组后进行快速冷却，快冷终止温度控制在500～600℃；轧件H型钢在冷床上自然冷却。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤1)的转炉工序中，采用硅锰、中锰、铌铁进行合金化；采用硅钙钡脱氧，硅钙钡1.5-2.0kg/t，视过氧化情况可补加硅钙钡；当钢水出至1/4时开始合金均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入；挡渣采用滑板挡渣。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤2)精炼工序中，调整炉渣采用碳化钙、硅钙钡，出站前顶渣应达到白渣或黄白渣；精炼末期喂高钙线100-150m/炉。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤2)精炼工序中，钛线的喂线速度3.0～3.5m/s。
7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤3)连铸工序中，采用结晶器专用保护渣，保护渣的粘度为0.35～0.40Pa·s，熔点为1115～1120℃，碱度为1.0～1.2，保护渣的消耗为0.80～0.95kg/t钢；中间包液面600mm，结晶器液面波动≤3mm；拉速控制在0.85-1.05m/min；铸坯热装温度650℃以上。
8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤3)连铸工序中，拉速控制在0.85-1.05m/min；铸坯热装温度650℃以上。
9.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤4)的轧制工序中，精轧采用一架UR万能轧机、一架两辊轧边机和一架UF万能轧机的三机架X-H往复精轧机组。
10.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述H型钢的屈服强度≥385MPa，抗拉强度≥512MPa，断后伸长率≥26％，0℃的夏比冲击功≥138J。
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