專利名稱：具有抗層狀撕裂性能的熱軋h型鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓力加工領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
抗層狀撕裂性能鋼又稱Z向鋼，它主要采用鋼板厚度方向拉伸試驗的斷面收縮率 Z來評價抗層狀撕裂能力。為保證鋼構(gòu)件的安全性，對于厚度大于15mm的鋼材，只要結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生沿板厚方向的拉力或疲勞應(yīng)力，一般都需要進(jìn)行Z向性能檢查，即對厚度方向上的抗層狀撕裂能力進(jìn)行檢驗。對于H型鋼而言，其力學(xué)分布合理、斷面截面系數(shù)大、承載能力大，便于拼裝與鉚焊，因此，H型鋼作為一種截面面積分配更加優(yōu)化、強(qiáng)重比更加合理的經(jīng)濟(jì)斷面高效型材，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著社會進(jìn)步及科技發(fā)展，各種高層建筑、超高層建筑及各種特殊用途的建筑物越來越多，由此對建筑用鋼的各項性能要求也越來越高，特別是在建筑物受力情況復(fù)雜時，對建筑用鋼的Z向性能提出了要求，以保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。目前的抗層狀撕裂鋼產(chǎn)品主要是板材，對于要求具有抗層狀撕裂性能要求的H型鋼產(chǎn)品全部采取焊接方法獲得。然而，在焊接過程中，焊接熱影響區(qū)及焊縫的性能指標(biāo)的降低在所難免。而且，加工焊接過程也要產(chǎn)生一定的費用，同時焊縫位置的性能測定、探傷均需要費用，同時延長了施工工期。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種滿足抗層狀撕裂性能要求的熱軋H型鋼及其生產(chǎn)方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼的制造方法，該方法包括的步驟為采用轉(zhuǎn)爐或電弧爐將鐵水、廢鋼或者鐵水和廢鋼經(jīng)熔煉后出鋼， 其中，在出鋼過程中向鋼液中添加Si以將鋼液中的Si調(diào)整至占鋼液總重量的0. 10% 0. 15%來進(jìn)行硅鎮(zhèn)靜脫氧；然后，向鋼液中加入預(yù)定量的Ti和ττ中的至少一種，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)鋼種成分的需要補(bǔ)加Si，隨后通過連鑄制得鑄坯；然后，將鋼坯加熱到 1150°C 1300°C并保溫一段時間；利用萬能軋機(jī)將鑄坯熱軋成H型鋼，最后空冷，從而得到所述熱軋H型鋼。根據(jù)本發(fā)明，僅使用Si鎮(zhèn)靜脫氧，以保持鋼的熔煉化學(xué)成分Als < 0. 010wt%。根據(jù)本發(fā)明，使用Si鎮(zhèn)靜脫氧后加入的Ti和^ 中的至少一種的含量占鋼水總重量的 0. 0001%— 0. 030% O根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種根據(jù)上面所述的制造方法制造的具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼，其中，所述熱軋H型鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為0. 06 % 0. 20%的C、0. 10% 0. 50%的Si、0. 4% 1. 6%的Mn、少于等于0. 025%的P、少于等于 0. 010%的S、少于等于0. 06%的Nb、少于等于0. 15%的V、0. 0001% 0. 030%的Ti和/或^ 、少于0.010%的Als，余量為!^e及不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的熱軋H型鋼具有優(yōu)異的抗層狀撕裂性能，能夠滿足一定的厚度方向的Z向性能要求，可應(yīng)用于高層建筑、大跨度場館等鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，H型鋼中的主要合金元素含量的設(shè)定及制造方法依據(jù)以下原理由于鑄坯中心偏析、夾雜物或有害元素的影響會導(dǎo)致鋼材厚度方向抗層狀撕裂性能降低，因此，本發(fā)明解決鋼板撕裂缺陷的關(guān)鍵在于采用Si鎮(zhèn)靜法調(diào)整冶煉過程的鋼液中溶解氧的含量，然后添加適量Ti、a 或合金進(jìn)行處理，對鋼中不可避免存在的雜質(zhì)進(jìn)行有效變質(zhì)，以形成顆粒細(xì)小、彌散分布且呈圓形的夾雜物，并且消除集中分布、顆粒較大(一般直徑> 5μπι)的有害夾雜物，同時，降低鋼坯中心偏析程度、提高鋼材質(zhì)量，避免鋼材使用過程中出現(xiàn)厚度方向的層狀撕裂現(xiàn)象。另外，本發(fā)明利用硅鎮(zhèn)靜鋼液，且通過在精煉開始將Si的前含量控制在 0. IOwt% -0. 15wt%以調(diào)節(jié)鋼液中的溶解氧含量，使之與加入的Ti、^ 或合金鋼反應(yīng)形成細(xì)的足夠多的復(fù)合氧化物粒子，作為晶內(nèi)鐵素體形核的質(zhì)點加以利用；同時對鋼中硫化物進(jìn)行有效變質(zhì)，變有害夾雜物為無害夾雜物，提高鋼的抗撕裂性能。因此，根據(jù)本發(fā)明的制造H型鋼的方法，與現(xiàn)有的方法不同，不采用Al脫氧，而是僅使用Si鎮(zhèn)靜脫氧，即， 在出鋼過程中通過添加Si來鎮(zhèn)靜鋼水進(jìn)行脫氧。此外，鋼種需要的Si含量可以在精煉時補(bǔ)加。下面將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼的制造方法。根據(jù)本發(fā)明，具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼的制造方法包括順序執(zhí)行的以下步驟采用轉(zhuǎn)爐或電弧爐將鐵水、廢鋼或者鐵水與廢鋼經(jīng)熔煉后出鋼，其中，在出鋼過程中向鋼液中添加Si以將鋼液中的Si調(diào)整至占鋼液總重量的0. 10% 0. 15%來進(jìn)行硅鎮(zhèn)靜脫氧，然后，向鋼液中加入預(yù)定量的Ti和ττ中的至少一種，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)鋼種成分的需要補(bǔ)加Si，隨后通過連鑄制得鑄坯；然后，將鋼坯加熱到1150°C 1300°C并保溫一段時間；利用萬能軋機(jī)將鑄坯熱軋成H型鋼，最后空冷，從而得到根據(jù)本發(fā)明的H型鋼。根據(jù)本發(fā)明，使用Si鎮(zhèn)靜脫氧合金化，不采用含Al材料進(jìn)行脫氧與合金化， 保持鋼的熔煉化學(xué)成分Als < 0. OlOwt %。根據(jù)本發(fā)明，使用Si鎮(zhèn)靜脫氧，出鋼過程按 0. IOwt0.熔煉成分加入 Si，然后加入 0. OOOlOwt% 0. 030wt%&Ti、Zr 或 Ti-^ 合金，鋼種的Si可根據(jù)需要在精煉過程補(bǔ)加。這里，可以分別以Ti線和ττ線中的至少一種的形式加入Ti和ττ中的至少一種，然而，本發(fā)明不限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以分別以I^e-Ti合金、Fe-a·合金或!^-TiIr合金的形式向Si鎮(zhèn)靜脫氧后的鋼中加入Ti和ττ中的至少一種。此外，根據(jù)本發(fā)明，將鑄坯的均熱溫度控制在1150°C 1300°C，時間約為2小時。 在利用萬能軋機(jī)將鑄坯熱軋成H型鋼的過程中，開軋溫度控制為1100士50°C，終軋溫度控制在830°C 950°C。根據(jù)本發(fā)明，在軋后空冷的步驟中，軋后自然冷卻至常溫的時間約為 2小時。通過本發(fā)明的上述方法制造的H型鋼，能夠滿足抗層狀撕裂性能的要求，其中，這種熱軋H型鋼的腹板、翼緣沿厚度方向的拉伸斷面收縮率Z可以達(dá)30%以上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過上述制造的H型鋼的翼緣沿厚度方向的拉伸斷面收縮率Z可以在33% 51%之間。根據(jù)本發(fā)明的具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計為0. 06% 0. 20% 的 C、0. 10% 0. 50% 的 Si、0. 4% 1. 6% 的 Mn、少于等于 0. 025% 的 P、少于等于0. 010%的S、少于等于0. 06%的Nb、少于等于0. 15%的V、0. 0001% 0. 030% 的Ti和/或Zr、少于0. 010%的Als，余量為！^及不可避免的雜質(zhì)。下面將說明根據(jù)本發(fā)明的熱軋H型鋼的化學(xué)成分限定在上述范圍內(nèi)的原因。本發(fā)明的H型鋼在使用過程中對力學(xué)性能、沖擊韌性、焊接性能和Z向性能(即抗層狀撕裂性能)有較高的要求。根據(jù)這些使用要求，本發(fā)明對鋼種成分、生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)低合金高強(qiáng)度鋼的設(shè)計理念，現(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)要求低合金高強(qiáng)度鋼有較低的碳當(dāng)量。為了控制碳當(dāng)量，保證良好的焊接性能，碳含量控制在0.06wt% 0.20wt%的范圍內(nèi)，錳含量控制在0. % 1. 6wt %的范圍內(nèi)。這樣既可以達(dá)到以較低成本實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的H型鋼的力學(xué)性能要求，又可以保證良好的焊接性能。P含量主要影響鋼的塑性，容易形成“冷脆”，S主要影響鋼的沖擊韌性和韌-脆轉(zhuǎn)變溫度，另外，鋼中硫化物夾雜影響鋼的各向異性，導(dǎo)致Z向性能的降低。因此，將S含量嚴(yán)格控制在0. 0 IOwt %以下，將P含量嚴(yán)格控制在0. 025wt %以下，從而減少夾雜物，提高鋼的塑韌性。Nb、V是強(qiáng)碳、氮化合物形成元素，能夠起到強(qiáng)烈的強(qiáng)化作用。同時Nb可以延遲變形奧氏體再結(jié)晶，細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼板的強(qiáng)韌性。因此，根據(jù)本發(fā)明的H型鋼中根據(jù)鋼材的強(qiáng)韌性能要求可以添加少于等于0. 150wt%的V、少于等于0. 060wt%的Nb中的至少一種，從而提高H型鋼產(chǎn)品的各項性能。鋁(Al)是煉鋼過程常用的脫氧元素，具有脫氧能力強(qiáng)的特點，同時具有細(xì)化晶粒的作用。為了提高鋼的純凈度和調(diào)整晶粒度，通常對鋼液進(jìn)行鋁脫氧時，在熔煉過程的早期階段添加鋁進(jìn)行脫氧并使產(chǎn)生的Al2O3上浮分離，從而提高鋼液的潔凈度，這主要是以降低鋼液的氧濃度和還原作為初始脫氧產(chǎn)物的氧化物為目的。然而，其中作為脫氧產(chǎn)物的部分 Al2O3仍會殘存于鋼液中，由于Al2O3容易團(tuán)聚，造成產(chǎn)品探傷不合格；而且，鋁脫氧的鋼液在澆鑄成型過程容易造成水口堵塞。因此，根據(jù)本發(fā)明，使用Si鎮(zhèn)靜脫氧合金化，而不采用含 Al材料進(jìn)行脫氧與合金化，并且保持鋼的熔煉化學(xué)成分Als < 0. 010wt%，以使鋼液中的溶解氧保持在合理的水平，而不是過低。下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。這些示例只是出于舉例說明的目的，而非意圖限制本發(fā)明的范圍。實施例1利用近終型異型坯生產(chǎn)熱軋H型鋼，該近終型異型坯的化學(xué)成分為0. Ilwt % 的 C、0. 19wt % 的 Si、l. 33wt % 的 Mn、0. 007wt % 的 Ti、0. 004wt % 的 Zr、0. 036wt % 的 Nb、 0. 012wt%^ P、0. 006wt%^ S、小于0. 003wt%^ Als，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實施例的生產(chǎn)工藝如下采用轉(zhuǎn)爐將鐵水經(jīng)煉鋼后出鋼，在出鋼過程中將鋼液中的Si調(diào)整到0. 12wt% ；然后，向鋼液中加入預(yù)定量的i^e-Ti-a·合金，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)近終型異型坯的化學(xué)成分及其含量補(bǔ)加部分硅鐵，將鋼水溫度調(diào)整到出鋼溫度進(jìn)行連鑄，然后進(jìn)行熱軋。熱軋工藝是，將鑄坯加熱至1250°C 士30°C，均熱約2小時后進(jìn)行熱軋，軋制出規(guī)格為H900 X 300 X 14 X 26mm的H型鋼，軋后空冷。本實施例所制造的H型鋼的屈服強(qiáng)度為420MPa，翼緣位置的Z向性能大于39%。實施例2利用近終型異型坯生產(chǎn)熱軋H型鋼，該近終型異型坯化學(xué)成分及其含量是 0. 16wt%&C、0. 27wt%&Si、l. 49wt%&Mn、0. 010wt%&Ti、0. 013wt%&V、0.
P、0.S、小于0.Als，余量為！^和不可避免的雜質(zhì)。本實施例的生產(chǎn)工藝如下采用轉(zhuǎn)爐將鐵水經(jīng)煉鋼后出鋼，在出鋼過程中將鋼液中的Si調(diào)整到0. IOwt% ；然后，向鋼液中加入預(yù)定量的Fe-Ti合金，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)近終型異型坯的化學(xué)成分及其含量補(bǔ)加部分硅鐵，將鋼水溫度調(diào)整到出鋼溫度進(jìn)行連鑄，然后進(jìn)行熱軋。熱軋工藝是，鑄坯加熱至1250士30°C，均熱約2小時后進(jìn)行熱軋，軋制出規(guī)格為 H600 X 300 X 14X 23mm的H型鋼，軋后空冷。本實施例所制造的H型鋼的屈服強(qiáng)度為365MPa，翼緣位置的Z向性能大于36%。實施例3利用矩形坯生產(chǎn)熱軋H型鋼，該矩形坯化學(xué)成分及其含量是0. 15wt %的C、 0. 34wt%&Si、l. 41wt%&Mn、0. 011wt%&Ti、0. 032wt%&Nb、0. 015wt%&P、0. 009wt% 的S、痕跡量的Als，余量為！^和不可避免的雜質(zhì)。本實施例的生產(chǎn)工藝如下采用轉(zhuǎn)爐將鐵水經(jīng)煉鋼后出鋼，在出鋼過程中將鋼液中的Si調(diào)整到0. 15wt% ；然后，向鋼液中加入預(yù)定量的Ti線，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)近終型異型坯的化學(xué)成分及其含量補(bǔ)加部分硅鐵，將鋼水溫度調(diào)整到出鋼溫度進(jìn)行連鑄，然后進(jìn)行熱軋。熱軋工藝是，鑄坯加熱至1260士30°C，均熱約2小時后進(jìn)行熱軋，軋制規(guī)格為 H400X200X8X13mm的H型鋼，軋后空冷。本實施例所制造的H型鋼的屈服強(qiáng)度為465MPa，翼緣位置的Z向性能33%以上。因此，根據(jù)本發(fā)明的H型鋼具有化學(xué)成分簡單、易于控制、生產(chǎn)成本低、工藝過程簡單的特點，所制造的這種熱軋H型鋼具有抗層狀撕裂性能，能夠滿足一定的厚度方向的Z 向性能要求，可應(yīng)用于高層建筑、大跨度場館等鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。本發(fā)明不限于上述實施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實施例進(jìn)行各種變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟采用轉(zhuǎn)爐或電弧爐將鐵水、廢鋼或者鐵水和廢鋼經(jīng)熔煉后出鋼，其中，在出鋼過程中向鋼液中添加Si且將鋼液中的Si調(diào)整至占鋼液總重量的0. 10% 0. 15%，以進(jìn)行硅鎮(zhèn)靜脫氧；然后，向鋼液中加入預(yù)定量的Ti和ττ中的至少一種，接著進(jìn)行鋼包精煉并根據(jù)鋼種成分的需要補(bǔ)加Si，隨后通過連鑄制得鑄坯；然后，將鋼坯加熱到1150°C 1300°C并保溫一段時間；利用萬能軋機(jī)將鑄坯熱軋成H型鋼，最后空冷，從而得到所述熱軋H型鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于僅使用Si鎮(zhèn)靜脫氧，以保持鋼的熔煉化學(xué)成分 Als < 0. 010wt%o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于使用Si鎮(zhèn)靜脫氧后加入的Ti和Ir中的至少一種的含量占鋼水總重量的0. 0001% 0. 030%。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項權(quán)利要求所述的制造方法制造的具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼，其特征在于所述熱軋H型鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為0. 06% 0. 20%的C、0. 10% 0. 50%的Si、0. 4% 1. 6%的Mn、少于等于0. 025%的P、少于等于 0. 010%的S、少于等于0. 06%的Nb、少于等于0. 15%的V、0. 0001% 0. 030%的Ti和/ 或^ 、少于0.010%的Als，余量為!^e及不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有抗層狀撕裂性能的熱軋H型鋼及其生產(chǎn)方法。根據(jù)本發(fā)明的制造H型鋼的方法，不采用Al脫氧，而是在出鋼過程中向鋼液中添加Si以將鋼液中的Si調(diào)整至占鋼液總重量的0.10％～0.15％來進(jìn)行硅鎮(zhèn)靜脫氧，然后向鋼液中加入預(yù)定量的Ti和Zr中的至少一種，其中，鋼種需要的Si含量可以在精煉時補(bǔ)加。根據(jù)本發(fā)明的熱軋H型鋼具有抗層狀撕裂性能，能夠滿足一定的厚度方向的Z向性能要求，可應(yīng)用于高層建筑、大跨度場館等鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。
文檔編號C21D8/00GK102418037SQ20111039458
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者張思勛, 王博, 韓文習(xí) 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司