一种低温用高强韧性热轧H型钢及其制备方法技术

一种低温用高强韧性热轧H型钢及其制备方法，化学成分按质量分数：C：0.05～0.17％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.0～2.0％，P：0.005～0.015％，S：0.005～0.015％，N：0.003～0.007％，O：0.002～0.005％，Ti：0.01～0.02％，Al：0.005～0.015％，Mg：0.001～0.005％，B：0.001～0.002％，Cr：0～0.5％，Mo：0～0.5％，余量为Fe和杂质元素，Ti、Mg、O和N满足：2N≤Ti+1.3×Mg‑2×O≤4N；方法：1)将铁水和/或废钢料熔炼成钢水，进行预脱氧合金化和深脱氧；然后进行LF精炼，生成微米级的氧化物；异型坯连铸；2)加热保温；3)进行粗轧和精轧；4)冷却后得到低温用高强韧性热轧H型钢；其屈服强度为400～600MPa，‑50℃冲击韧性≥100J。

A high strength and toughness hot rolled H steel at low temperature and its preparation method

A hot rolled H steel with high strength and toughness at low temperature and its preparation method, the chemical composition is based on mass fraction: C:0.05 to 0.17%, Si:0.15 to 0.35%, Mn:1.0 ~ 2%, P:0.005 to 0.015%, S:0.005 ~ 0.015%, N:0.003 to 0.007%, O:0.002 to 0.005%, Ti:0.01 to 0.02%, Al:0.005 to 0.015%, Mg:0.. 001 ~ 0.005%, B:0.001 ~ 0.002%, Cr:0 ~ 0.5%, Mo:0 ~ 0.5%, the remainder is Fe and impurity elements, Ti, Mg, O and N are satisfied: 2N < < Ti+1.3 > Mg 2 * O < < < < >; method: 1) molten iron and / or scrap materials are melted into molten steel for pre deoxidation alloying and deep deoxidation; and then refining to generate micron grade oxidation. Material; slab continuous casting; 2) heating and heat preservation; 3) rough rolling and finishing rolling; 4) after cooling, the high strength and toughness hot rolled H steel was obtained at low temperature. The yield strength of the steel was 400 ~ 600MPa, and the impact toughness at 50 C was more than 100J.

【技术实现步骤摘要】
一种低温用高强韧性热轧H型钢及其制备方法
本专利技术属于H型钢生产
，特别涉及一种低温用高强韧性热轧H型钢及其制备方法。
技术介绍
H型钢是一种经济断面高效型材，具有截面模数大、抗弯能力强、施工简单、节约钢材和结构重量轻等优点，已被广泛应用于建筑、桥梁、船舶、化工等行业。热轧H型钢与焊接型钢相比可节省制备工序，减少金属和能源消耗，提高生产效率，因此是最重要的H型钢生产方法。但是由于H型钢截面形状特殊，轧制变形在相对较高的温度下进行，并且道次变形量小，不同部位变形和温度不均匀，特别是对于厚规格型钢，就更难以充分实现未再结晶区低温控制轧制，为组织的均匀细化和强韧性能综合提高带来困难。为改善热轧H型钢的显微组织和力学性能，人们在合金成分、冶炼方法、轧制和冷却工艺方面进行了探索和改进。专利文件CN101925685A公开了一种韧性、焊接性优良的高强度厚钢材及高强度特厚H型钢和它们的制备方法，在冶炼中通过预脱氧将溶解氧调整到0.005～0.015wt.％后添加Ti脱氧，然后进行30分钟以上的真空脱气处理，在钢中形成微细的含Ti氧化物，钉扎晶界细化组织，从而提高特厚型钢的韧性。上述方法需要预先将钢水氧含量调整到一定范围之内，并需进行真空处理，操作复杂，带来生产上的困难。专利文件CN102418037A公开了一种具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢及其制备方法，钢液不采用Al脱氧，而采用Si镇静脱氧，然后加入Ti和Zr的至少一种，以对夹杂物进行有效变质，提高钢材Z向性能。但由于不采用Al深脱氧，钢中氧含量较高，容易形成大尺寸夹杂物，降低了钢的洁净度。专利文件CN102644020A公开了一种屈服强度500MPa级低合金热轧H型钢轧后冷却方法，通过Nb微合金化和低温控制轧制细化奥氏体晶粒，然后进行两段式快速冷却得到细化的相变组织。另外，专利文件CN104831154A公开了一种H型钢及其生产方法，采用V微合金化，进行低温控制轧制，能够满足-50℃低温韧性要求。上述方法采用添加Nb、V合金元素，并进行低温控制轧制，增加了合金成本和轧机负荷，影响生产效率。目前的改善热轧H型钢组织性能的技术中，通过在冶炼过程形成微细氧化物来钉扎晶粒的方法，实施手段复杂，并且不易得到最佳的夹杂物分布，影响组织细化效果；而采用添加合金和低温轧制的方法，明显会增加生产成本，并对设备运行和生产效率带来影响。因此，需要针对上述问题，进行热轧H型钢生产工艺改进和创新，降低生产成本，提高生产效率，节约能源消耗，显著提高强韧性综合力学性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种低温用高强韧性热轧H型钢及其制备方法，解决了H型钢中有效夹杂物难控制、组织性能调控能力不足等问题，在降低合金成本、提高生产效率的条件下实现热轧H型钢强韧性的显著提高。一种低温用高强韧性热轧H型钢的化学成分按质量分数为：C：0.05～0.17％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.0～2.0％，P：0.005～0.015％，S：0.005～0.015％，N：0.003～0.007％，O：0.002～0.005％，Ti：0.01～0.02％，Al：0.005～0.015％，Mg：0.001～0.005％，B：0.001～0.002％，Cr：0～0.5％，Mo：0～0.5％，余量为Fe和杂质元素，其中Ti、Mg、O和N的质量分数满足关系式：2N≤Ti+1.3×Mg-2×O≤4N。所述的低温用高强韧性热轧H型钢，钢中尺寸为0.2～5μm的夹杂物数量是钢中尺寸大于5μm的夹杂物数量的50倍以上，钢中尺寸为0.1～1μm且含有MgAl2O4氧化物的夹杂物数量＞1000个/mm2，钢中尺寸为0.3～3μm且含有TiOx氧化物的夹杂物数量＞500个/mm2。所述的低温用高强韧性热轧H型钢，其屈服强度为400～600MPa，-50℃冲击韧性≥100J，显微组织为晶内铁素体和/或晶内贝氏体型组织。一种低温用高强韧性热轧H型钢的制备方法，具体步骤如下：步骤1，冶炼：(1)将铁水和/或废钢料熔炼成钢水，出钢过程中使用Si和Mn进行预脱氧合金化，使用硅钙或Al进行深脱氧；(2)对脱氧后钢水进行LF精炼，精炼过程中造出白渣，白渣脱硫保持时间为10～20min；脱硫后调整Al含量至0.005～0.015wt.％，喂入Ti-Mg-O包芯线，软吹惰性气体或氮气10～20min，在钢水中生成微米级的氧化物；(3)按低温用高强韧性热轧H型钢的要求精调钢水成分，精炼结束后，进行异型坯连铸，得到连铸坯；步骤2，加热：将连铸坯加热至1250～1300℃，保温时间为30～240min；步骤3，轧制：对加热后的连铸坯进行粗轧和精轧，粗轧开轧温度为1200～1250℃，精轧终轧翼缘温度为1050～1150℃、腹板温度1000～1100℃，制得H型钢；步骤4，冷却：轧后H型钢以1～10℃/s的冷速冷却至450℃以下之后空冷，或以5～20℃/s的冷速冷却至570～670℃后再空冷，得到低温用高强韧性热轧H型钢。上述低温用高强韧性热轧H型钢的制备方法，其中：所述步骤1中，当原料为废钢时，采用电炉冶炼，当原料为铁水时，采用转炉冶炼，当原料为和废钢的混合物时，采用电炉或转炉冶炼。所述步骤1中，废钢为非合金或低合金废钢，废钢中Pb、As、Sb、Bi、Sn含量总和＜0.2wt.％，Cu、Ni、Cr、Mo含量分别＜0.5wt.％。所述步骤1中，调整Al含量通过添加铝粒、铝线或铝粉来实现。所述步骤1中，LF精炼采用铝粒、碳化钙或硅铁粉进行调渣。所述步骤1中，深脱氧后，钢中溶解氧为1～10ppm。所述步骤1中，喂入的Ti-Mg-O包芯线由钛铁合金粉、硅镁合金粉和氧化铁粉混匀填充制成，其中钛铁合金占20～30wt.％、硅镁合金占35～45wt.％、氧化铁占30～40wt.％，喂入速度150～200m/min，使钢水总氧量为20～60ppm。所述步骤1中，LF精炼后，钢中尺寸为5μm以上的夹杂物数量＜105个/cm3，LF终点溶解氧在1～10ppm。所述步骤1中，精炼周期为50～70min。所述步骤1中，精炼结束后向钢水中喂入100～300m钙线进行钙处理，喂线后软吹惰性气体或氮气6～15min。所述步骤1中，精炼后钢水中氧化物含有尺寸为0.1～5μm的MgAl2O4、TiOx以及两者的复合氧化物，且MgAl2O4、TiOx以及两者的复合氧化物数量占氧化物数量的50％以上。所述步骤3中，采用粗轧机进行粗轧，采用万能精轧机进行精轧，轧制过程不待温冷却。上述的低温用高强韧性热轧H型钢的制备方法，技术方案的设计思想为：本专利技术从热轧H型钢的生产工艺特点和强韧性能改善的难点出发，进行成分减量化设计和关键组分的控制，采用不同于常规的组织性能调控机制，通过全工艺流程的协同改进，既充分发挥冶炼和轧制工序的生产能力，又可获得性能优良的H型钢产品。本方案采用较低C和中等的Mn含量，利用廉价元素强化基体，并保证较低碳当量以改善焊接性；利用MgAl2O4、TiOx氧化物起到钉扎奥氏体晶粒和促进晶内铁素体相变的主要作用，并规定尺寸在0.2～5μm和5μm以上夹杂物的数量比例，以发挥微细氧化物对组织的细化作用，避免对基体的不利影响；当Ti、Mg、O、N满足所要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温用高强韧性热轧H型钢，其特征在于，钢的化学成分按质量分数为：C：0.05～0.17％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.0～2.0％，P：0.005～0.015％，S：0.005～0.015％，N：0.003～0.007％，O：0.002～0.005％，Ti：0.01～0.02％，Al：0.005～0.015％，Mg：0.001～0.005％，B：0.001～0.002％，Cr：0～0.5％，Mo：0～0.5％，余量为Fe和杂质元素，其中Ti、Mg、O和N的质量分数满足关系式：2N≤Ti+1.3×Mg‑2×O≤4N；所述的低温用高强韧性热轧H型钢，钢中尺寸为0.2～5μm的夹杂物数量是钢中尺寸大于5μm的夹杂物数量的50倍以上，钢中尺寸为0.1～1μm且含有MgAl2O4氧化物的夹杂物数量＞1000个/mm2，钢中尺寸为0.3～3μm且含有TiOx氧化物的夹杂物数量＞500个/mm2。

【技术特征摘要】
1.一种低温用高强韧性热轧H型钢，其特征在于，钢的化学成分按质量分数为：C：0.05～0.17％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.0～2.0％，P：0.005～0.015％，S：0.005～0.015％，N：0.003～0.007％，O：0.002～0.005％，Ti：0.01～0.02％，Al：0.005～0.015％，Mg：0.001～0.005％，B：0.001～0.002％，Cr：0～0.5％，Mo：0～0.5％，余量为Fe和杂质元素，其中Ti、Mg、O和N的质量分数满足关系式：2N≤Ti+1.3×Mg-2×O≤4N；所述的低温用高强韧性热轧H型钢，钢中尺寸为0.2～5μm的夹杂物数量是钢中尺寸大于5μm的夹杂物数量的50倍以上，钢中尺寸为0.1～1μm且含有MgAl2O4氧化物的夹杂物数量＞1000个/mm2，钢中尺寸为0.3～3μm且含有TiOx氧化物的夹杂物数量＞500个/mm2。2.根据权利要求1所述的一种低温用高强韧性热轧H型钢，其特征在于，所述H型钢的屈服强度为400～600MPa，-50℃冲击韧性≥100J，显微组织为晶内铁素体和/或晶内贝氏体型组织。3.权利要求1所述的一种低温用高强韧性热轧H型钢的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，冶炼：(1)将铁水和/或废钢料熔炼成钢水，出钢过程中使用Si和Mn进行预脱氧合金化，使用硅钙或Al进行深脱氧；(2)对脱氧后钢水进行LF精炼，精炼过程中造出白渣，白渣脱硫保持时间为10～20min；脱硫后调整Al含量至0.005～0.015wt.％，喂入Ti-Mg-O包芯线，软吹惰性气体或氮气10～20min，在钢水中生成微米级的氧化物；(3)按低温用高强韧性热轧H型钢的要求精调钢水成分，精炼结束后，进行异型坯连铸，得到连铸坯；步骤2，加热：将连铸坯加热至1250～1300℃，保温时间为30～240min；步骤3，轧制：对加热后的连铸坯进行粗轧和精轧，粗轧开轧温度为1200～1250...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，袁国，康健，李振垒，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21