專利名稱：抗拉強(qiáng)度≥600MPa的熱軋U型鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于抗拉強(qiáng)度> 600MPa的熱軋U 型鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋼板樁作為一種新型環(huán)保建筑鋼材，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于碼頭、提防護(hù)岸、擋土墻、 船塢、斷流、建橋圍堰等工程中。近年來(lái)，歐洲各國(guó)和韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家都積極開發(fā)和推廣應(yīng) 用，使鋼板樁生產(chǎn)得到快速發(fā)展，消費(fèi)量逐年增加。目前，全球鋼板樁的年消費(fèi)量已達(dá)到250 萬(wàn)-300萬(wàn)噸，其中日本約80萬(wàn)噸、歐美約140萬(wàn)噸。然而，這一新型環(huán)保建筑鋼材在我國(guó) 目前生產(chǎn)還是空白，與國(guó)外存在很大差距。有關(guān)專家認(rèn)為，推廣使用鋼板樁有利于適應(yīng)中國(guó) 水工及基礎(chǔ)施工建筑領(lǐng)域發(fā)展的新需求。鋼板樁的基本結(jié)構(gòu)一是鋼制板樁，二是兩邊系接頭結(jié)構(gòu)，三是在地里或水中構(gòu)成 墻壁。由于它的特殊結(jié)構(gòu)，因而具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)高強(qiáng)度、輕型、隔水性能好；耐久性強(qiáng)，使 用壽命達(dá)到20-50年；可重復(fù)使用，一般可使用3-5次；環(huán)保效果顯著，在施工中可大大減 少取土量和混凝土的使用量，有效保護(hù)土地資源；具有較強(qiáng)的救災(zāi)搶險(xiǎn)的功能，尤其是在防 洪、塌方、塌陷、流沙的搶險(xiǎn)救災(zāi)中，見效特別快；施工簡(jiǎn)單，工期縮短，建設(shè)費(fèi)用較省。此外， 鋼板樁能處理并解決挖掘過(guò)程中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題；使用鋼板樁能提供必要的安全性，而 且(救災(zāi)搶險(xiǎn)的)時(shí)效性較強(qiáng)；能降低對(duì)空間的要求；不受天氣條件的制約；在使用鋼板樁 的過(guò)程中，能簡(jiǎn)化檢查材料或系統(tǒng)性能的復(fù)雜程序；保證其適應(yīng)性，互換性良好。在做深基 坑支護(hù)及深海打樁時(shí)，其要承受巨大剪切力，因此要求鋼板樁具有高的強(qiáng)度及高的韌性。所 以，為了滿足深基坑支護(hù)及深海打樁時(shí)需求，開發(fā)高強(qiáng)高韌熱軋U型鋼板樁成為必須。在公開的標(biāo)準(zhǔn)BS EN 1993-5 :2007、美標(biāo) A 572/A 572M-07、JIS A 5528:2006 和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20933-2007最大抗拉強(qiáng)度只有430MPa，在做深基坑支護(hù)及深 海打樁時(shí)難以滿足要求。在本發(fā)明前，僅有日本申請(qǐng)的專利(JP20020123465:發(fā)明人 Y0K0YAMAHIR0YASU, etc) “一種具有良好性能的鋼板樁”。該專利公開其抗拉強(qiáng)度高于 510MPa,總延伸量高于17%，其不足之處在于，生產(chǎn)時(shí)采用了大量的貴重合金Mo、Ti、A1、 Nb、V等元素，無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本，削弱了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，不宜于推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述在此技術(shù)領(lǐng)域用鋼存在的不足，提供一種具有高的強(qiáng) 度及高的韌性，滿足了熱軋鋼板樁作為深基坑支護(hù)及深海打樁時(shí)需求，耐久性強(qiáng)，使用壽命 長(zhǎng)，并能重復(fù)使用的抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 31 0. 50%,Mn 1.0 2.0%、Si 0. 10 0. 60%、P 彡 0. 02%、S 彡 0. 02%、TA1 0.01 0.06%， Nb 0. 015 0. 035%，Ti 0. 005 0. 030%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
其在于Nb的重量百分比為0. 02 0. 03%。其在于Ti的重量百分比為0. 01 0. 025%。一種生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1660 1680°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在20 50分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前5 10分 鐘時(shí)，按照20 30公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1595°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸在280 380毫米X320 420毫米；4)將連鑄坯加熱到1150 1300°C ；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比在18 40，控制鋼的致密度不低于98%。本發(fā)明中各合金元素的作用及機(jī)理C:C是決定鋼強(qiáng)度的主要元素，是形成珠光體的主要物質(zhì)，碳化物在鋼中的形態(tài) 和多少?zèng)Q定鋼的硬度和強(qiáng)度，即隨著C含量的增加鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而鋼的塑性和韌性 下降。所以C含量不宜太高，而碳是提高強(qiáng)度最有效的元素，C含量不宜過(guò)低。因此，將C含 量控制在0. 20 0. 50%范圍內(nèi)。Mn:Mn主要固溶于鐵素體中以提高材料的強(qiáng)度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑， 含有一定量的錳可以消除或減弱鋼因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能。但當(dāng)錳含量 較高時(shí)，有使鋼晶粒粗化的傾向，冶煉澆鑄和軋后冷卻不當(dāng)時(shí)，容易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)，因此Mn 含量不易太高。故Mn含量控制在1.0 2.0%范圍內(nèi)。Si :Si在鋼中不形成碳化物，是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中，顯著 提高鋼的彈性極限，故Si含量不宜過(guò)高，其控制在0. 10 0. 60%范圍內(nèi)。S、P :S、P是強(qiáng)烈的裂紋敏感性元素，因而應(yīng)盡可能的低，S含量過(guò)高，會(huì)形成大量 的MnS，MnS在鋼液凝固時(shí)易在晶界析出，在熱軋時(shí)被軋成帶狀?yuàn)A雜，降低了鋼材的延展性 及韌性，因此S含量越低越好，S含量控制在< 0. 020%。P能夠提高低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，使 鋼的低溫沖擊性能大幅下降，因此一般要求P彡0. 020%。TA1 :TA1是用作煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?，A1與鋼中的N形成細(xì)小難熔A1N質(zhì)點(diǎn)，這些 細(xì)小彌散分布的難熔化合物起阻抑作用，進(jìn)而細(xì)化鐵素體晶粒，A1的含量過(guò)低，細(xì)化鐵素體 晶粒作用不明顯，A1的含量過(guò)高，會(huì)使鋼液的流動(dòng)性降低，形成的大量A1203會(huì)在水口處結(jié) 瘤，從而堵塞水口。因此將TA1含量控制0.010 0.060%范圍內(nèi)。Nb:鈮是本鋼中重要的微合金化元素，其提高強(qiáng)度的機(jī)理是細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化， 細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度但不降低鋼的低溫沖擊韌性，通過(guò)析出物的釘扎作用，抑制奧氏體在軋 制過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大。但鈮降低鋼的高溫?zé)崴苄?，從而增加了含鈮鋼鑄坯的熱裂傾向，因此 含量不宜過(guò)高，其控制含量在0. 015% 0. 35%。Ti 鈦可產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化及中等程度的晶粒細(xì)化作用。鈦的化學(xué)活性很強(qiáng)，易 與鋼中的C、N、0、S形成化合物，為了降低鋼中固溶N含量，通常采用微鈦處理固定鋼中的 N。TiN可有效組織奧氏體晶粒在加熱過(guò)程中的長(zhǎng)大，起直接強(qiáng)化作用。在含鈮鋼中加入微 量的鈦，可改善鈮的熱塑性，使鑄坯產(chǎn)生裂紋的敏感性減小。本發(fā)明采用微鈦處理，鈦控制 在0. 005 0. 030%范圍內(nèi)。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，完全滿足了熱軋鋼板樁作為深基坑支護(hù)及深海打樁時(shí)需求，耐久性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，即可達(dá)20 50年，并能重復(fù)使用，其生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，利于推廣。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 31%, Mnl. 0%,Si 0. 10%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 01%,Nb 0. 015%,Ti 0.005%，其余 為Fe及不可避免的雜質(zhì)?！N生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1660 1665°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在20分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前5分鐘時(shí)，按照 20公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1585°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸為280毫米X320毫米；4)將連鑄坯加熱到1150 1165°C ；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比為18，控制鋼的致密度為98%。實(shí)施例2抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 36%, Mnl. 2%, Si 0. 19%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 018%, Nb 0. 02%, Ti 0.01%，其余 為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1665 1670°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在30分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前6分鐘時(shí)，按照 22公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1585 1590°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸為300毫米X350毫米；4)將連鑄坯加熱到1180 1195°C ；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比為25，控制鋼的致密度為98. 5%。實(shí)施例3抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.41%, Mnl. 5%,Si 0. 3%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 031%,Nb 0. 025%,Ti 0.018%，其余 為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1670 1680°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在40分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前7分鐘時(shí)，按照 25公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1590 1595°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸為340毫米XX365毫米；4)將連鑄坯加熱到1205 1225°C ；
5)進(jìn)行軋制控制壓縮比為32，控制鋼的致密度為99%。實(shí)施例4 抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 46%, Mnl. 75%, Si 0. 45%, P ^ 0. 02%, S ^ 0. 02% , TA1 0. 049%, Nb 0. 03%, Ti 0.025%，其 余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1660 1670°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在45分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前8. 5分鐘時(shí)，按 照28公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1590°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸為360毫米X390毫米；4)將連鑄坯加熱到1255 1270°C ；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比為36，控制鋼的致密度為99. 3%。實(shí)施例5抗拉強(qiáng)度彡600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.5%, Mn 2. 0%,Si 0. 6%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 06%, Nb 0. 035%, Ti 0.03%，其余 為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1665 1675°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在50分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前10分鐘時(shí)，按照 30公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1590°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺 寸為380毫米X420毫米；4)將連鑄坯加熱到1290 1300°C ；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比為40，控制鋼的致密度為100%。本發(fā)明鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果列入表1。上述實(shí)施例的產(chǎn)品鋼經(jīng)檢測(cè)，其力學(xué)性能結(jié)果見下表1表1 產(chǎn)品的性能檢驗(yàn)結(jié)果 從表1中可以看出，本發(fā)明的產(chǎn)品完全能滿足熱軋鋼板樁作為深基坑支護(hù)及深海 打樁時(shí)強(qiáng)度及韌性需求。
權(quán)利要求
抗拉強(qiáng)度≥600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度>600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于Nb的重 量百分比為0. 02 0. 03%。
3.如權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度>600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于Ti的重 量百分比為0. 01 0. 025%。
4.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的抗拉強(qiáng)度> 600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉控制其出鋼溫度在1660 1680°C；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時(shí)間在20 50分鐘；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前5 10分鐘時(shí)， 按照20 30公斤/噸鋼加入Si-Ca線；3)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1595°C，電磁攪拌始終，控制連鑄坯端面尺寸為 280 380毫米X 320 420毫米；4)將連鑄坯加熱到1150 13000C；5)進(jìn)行軋制控制壓縮比在18 40，控制鋼的致密度不低于98%。
全文摘要
本發(fā)明涉及抗拉強(qiáng)度≥600MPa的熱軋U型鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法。其組分及重量百分為C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％；其步驟冶煉；轉(zhuǎn)爐精煉；在轉(zhuǎn)爐精煉結(jié)束前5～10分鐘時(shí)加入Si-Ca線；連鑄控制澆鑄溫度并攪拌，控制連鑄坯端面尺寸；將連鑄坯加熱；軋制控制壓縮比在18～40，控制鋼的致密度不低于98％。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度≥600MPa熱軋U型鋼板樁用鋼，完全滿足了熱軋鋼板樁作為深基坑支護(hù)及深海打樁時(shí)需求，耐久性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C22C38/14GK101838769SQ20101014776
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者任安超, 吉玉, 周劍華, 易衛(wèi)東, 朱敏, 蔣揚(yáng)虎, 韓斌 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司