耐低溫沖擊的熱軋u型鋼板樁用鋼及其生產(chǎn)方法

專利名稱：耐低溫沖擊的熱軋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，具體屬于耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板 樁用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋼板樁于20世紀(jì)初在歐洲開始生產(chǎn)，1903年，日本首次通過進(jìn)口在三井本館的擋 土施工中采用。由于鋼板樁具有較大的市場潛力和發(fā)展前景，1931年，日本于國內(nèi)開始生 產(chǎn)。鋼板樁有冷彎薄壁輕型和熱軋型，由于前者具有較大的加工、使用局限性，因而，熱軋鋼 板樁成為鋼板樁產(chǎn)品發(fā)展的主流。熱軋U型鋼板樁一是作為永久性使用，另一種為重復(fù)使用，鋼板樁具有很多的獨(dú) 特功能和優(yōu)勢，因而它的用途非常廣泛，比如在永久性結(jié)構(gòu)建筑上，可用于碼頭、卸貨場、提 防護(hù)岸、護(hù)墻、檔土墻、防波提、導(dǎo)流提、船塢、間門等等；在臨時性結(jié)構(gòu)物上，可用于封山、臨 時擴(kuò)岸、斷流、建橋圍堰、大型管道鋪設(shè)臨時溝渠開挖的擋土、擋水、擋沙墻等；在抗洪搶險 上，可用于防洪、防塌方、防塌陷、防流沙等。鋼板樁是用作護(hù)岸、岸壁和港口、河流的固定設(shè) 施。對于重復(fù)使用鋼板樁存在反復(fù)被錘打及撞擊現(xiàn)象，因此為了保證在嚴(yán)寒地區(qū)或南、北極 地區(qū)施工安全，就要求材料具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性。歐洲最新熱軋鋼板樁標(biāo)準(zhǔn)BS EN 1993-5 :2007和美標(biāo)A572/A 572M-07中規(guī)定了 鋼板樁的型號、鋼板樁的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度等指標(biāo)，沒有提及低溫沖擊功。中國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T20933-2007同樣也只是給出了熱軋鋼板樁的化學(xué)成分、截面參數(shù)、抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng) 度等指標(biāo)，也沒有提及低溫沖擊功。日本標(biāo)準(zhǔn)JIS A 5523:2006只提到了 0°C時沖擊功大 于42J，-40°C沖擊功沒有提及。因此，為了滿足用戶個性化需求，開發(fā)耐低溫沖擊熱軋U型 鋼板樁迫在眉睫。

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，提供一種熱軋鋼板樁 鋼在嚴(yán)寒地區(qū)用作護(hù)岸、岸壁和港口、河流的固定設(shè)施使施工安全，并經(jīng)得起反復(fù)使用時經(jīng) 被錘打及撞擊后綜合性能仍然優(yōu)良的耐低溫沖擊熱軋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)措施耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 15 0. 20 MnO. 8 1. 5 %、Si 0. 26 0. 46 %、P ≤ 0. 02 %、S ≤ 0. 02 %、Als 0. 015 0. 05%,Nb 0. 015 0. 035%，B 0. 0005 0. 0012%，Ca 0. 001 0. 005%，
^ 0. 005%, N^ 0. 004%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其在于B的重量百分比為0. 0006 0. 001%。其在于Ca的重量百分比為0. 002 0. 005%。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1620 1650°C ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在15 35分鐘；3)用VD或RH進(jìn)行真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量彡0. 005% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 1280°C ；6)分兩段進(jìn)行控制軋制即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行軋制；在奧氏體 再結(jié)晶區(qū)控制每道次壓下率為8 12%，其累計壓下率為30 60%;在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)， 控制每道次壓下率為10 25%，其累計壓下率為40 70%，精軋開軋溫度控制在850 950°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度不低于8級。本發(fā)明中各合金元素的作用及機(jī)理C:C是傳統(tǒng)的強(qiáng)化元素，是形成珠光體的主要物質(zhì)，具有成本低，調(diào)控敏感性好的 優(yōu)點(diǎn)，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，尤其是鋼的沖擊韌 性明顯下降。所以C含量不宜太高，而碳是提高強(qiáng)度最有效的元素，C含量不宜過低。因此， 將C含量控制在0. 15 0.20%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，有使鋼晶粒粗化的傾向，冶煉澆鑄和軋后冷卻不當(dāng)時，容易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)，因此Mn 含量不易太高。多年的科研及生產(chǎn)實(shí)踐表明，在微合金結(jié)構(gòu)鋼中錳含量多少和強(qiáng)度成正比 關(guān)系，其沖擊韌性下降率較少，還不影響其脆性轉(zhuǎn)變溫度，為了彌補(bǔ)碳含量過低造成的強(qiáng)度 損失，其含量不宜過低，故Mn含量控制在0.8 1.5%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、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，嚴(yán)重?fù)p害鋼的低溫韌性，故Si含量盡不宜過高，其 控制在0. 20 0. 46%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含量過高，會形成大量 的MnS，MnS在鋼液凝固時易在晶界析出，在熱軋時被軋成帶狀夾雜，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%。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，通過析出物的釘扎作用，抑制奧氏體在軋 制過程中的晶粒長大。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 含量不宜過高，其含量為0. 015% 0. 35%。Als :A1是用作煉鋼時的脫氧定氮劑，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，鐵素體晶粒細(xì)小有利于提 高鋼的低溫沖擊性能，故控制鐵素體晶粒度應(yīng)大于8級，A1的含量過低，細(xì)化鐵素體晶粒作 用不明顯，A1的含量過高，會使鋼液的流動性降低，形成的大量A1203會在水口處結(jié)瘤，從而 堵塞水口。因此將Als含量控制0. 015% 0. 050%范圍內(nèi)。B 鋼中加入極少量的硼能夠顯著影響材料的性能，微量硼對材料的韌性存在有利 作用，抑制磷、硫偏析和沿晶斷裂，沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶 斷裂，顯著提高低溫韌性，這是由于硼抑制了磷、硫?qū)Ы绲娜趸团鹱陨砟芴岣呔Ы缃Y(jié)合 力的結(jié)果。硼可改善夾雜物的形態(tài)和分布，加硼處理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫
4化物、氧化物表面，阻止夾雜物進(jìn)一步長大，使夾雜物變得細(xì)小、圓整，均勻分布于晶界，強(qiáng) 化了晶界，減小了局部應(yīng)力集中，抑制了裂紋萌生，降低了裂紋擴(kuò)展速率，使材料的韌性提 高。當(dāng)硼加入Nb鋼中，增加了對奧氏體再結(jié)晶的阻力，這主要來自于應(yīng)變誘導(dǎo)的硼偏聚。由 于硼可以減少鈮的晶界擴(kuò)散系數(shù)，所以硼加入鈮鋼后增加了鈮對晶界的拖拽作用。硼和鈮 的微合金復(fù)合對再結(jié)晶的阻礙也來源與Nb、B復(fù)合物的形成，這樣的復(fù)合物存在于新晶界 上，增加了鈮原子的溶質(zhì)拖拽作用力，減小了界面的遷移速度和再結(jié)晶驅(qū)動力，這將有利于 進(jìn)一步細(xì)化晶粒。加硼還有利于減少連鑄坯的化學(xué)成分不均勻性、細(xì)化柱狀晶體，最終形成 最佳的組織，同時減輕時效硬化作用。為了盡量較少加入的硼對軋制工藝的影響，本發(fā)明將 硼含量控制在0. 0005 0. 0012%。Ca 可以凈化鋼液，提高鋼的純凈度，使鋼中的MnS球化，發(fā)揮材料的潛能，其含量 過高時，易形成粗大的非金屬夾雜物。故Ca含量控制在0.001 0.007%范圍內(nèi)。本發(fā)明Akv(-40°C ) (J)(縱向)達(dá)到80J及以上，晶粒度級別達(dá)到8級及以上，其 屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能優(yōu)良，完全滿足了熱軋鋼板樁在嚴(yán)寒地區(qū)用作護(hù)岸、岸壁和港口、河流 的固定設(shè)施的施工安全性能的要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 15%, Mn 0. 8%, Si 0. 26%, P≤ 0. 02%, S ≤ 0. 02%, Als 0. 015%, Nb 0. 015%, B 0. 0005%, Ca 0. 001%,
0. 0048%, NO. 004%,其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1620 1630°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在15分鐘；3)用VD進(jìn)行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 0048% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1575°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 1190°C ；6)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制每道 次壓下率為8%，其累計壓下率為30% ；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制每道次壓下率為10%， 其累計壓下率為40%，精軋開軋溫度控制在850 860°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為8級。實(shí)施例2耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 165%, Mn 0. 93%, Si 0. 33%, P≤ 0.02%, S≤ 0.02%, Als 0. 026%, Nb 0. 018%, B 0. 0006%, Ca 0. 0025%,
0. 0047%, N 0. 00385%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1625 1635°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在20分鐘；3)用RH進(jìn)行真空脫氧處理，鋼液中的氧含量0. 00475% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1580°C，電磁攪拌始終；
5)將連鑄坯加熱到1195 1200°C ；6)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制每道 次壓下率為11%，其累計壓下率為40%;在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制每道次壓下率為15%， 其累計壓下率為50%，精軋開軋溫度控制在870 880°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為8. 5級。實(shí)施例3耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 18%, Mn 1. 2%, Si 0. 39%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%, Als 0. 032%, Nb 0. 025%, B 0. 0009%, Ca 0. 0033%,
0. 0049%, N 0. 0038%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1630 1635°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在25分鐘；3)用RH進(jìn)行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 00482% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1220 1230°C ；6)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制每道 次壓下率為12.5%，其累計壓下率為52% ；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制每道次壓下率為 22%，其累計壓下率為60%，精軋開軋溫度控制在900 910°C，控制軋制后鋼中的鐵素體 晶粒度為11級。實(shí)施例4耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 185%, Mn 1. 4%, Si 0. 42%, P^ 0.02%, S^ 0.02%, Als 0. 041%, Nb 0. 03%, B 0. 001%, Ca 0. 0043%,
0. 0048%, N 0. 004%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1635 1645°C ；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在30分鐘；3)用VD進(jìn)行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 00494% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1580°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1250 1260°C ；6)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制每道 次壓下率為14%，其累計壓下率為58% ；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制每道次壓下率為18%， 其累計壓下率為68%，精軋開軋溫度控制在910 920°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為10. 5級。實(shí)施例5耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.2%,Mn 1.5%、Si 0. 46%, P ^ 0. 02%, S ^ 0. 02%, Als 0. 05%, Nb 0. 035%, B 0. 0012%, Ca 0. 005%,
0. 0048%, N 0. 0036%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種生產(chǎn)耐低溫沖擊的熱軋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1645 1650°C ；
2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在35分鐘；3)用VD進(jìn)行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 0049% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1583°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1270 1280°C ； 6)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制每道 次壓下率為15%，其累計壓下率為60% ；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制每道次壓下率為25%， 其累計壓下率為70%，精軋開軋溫度控制在940 950°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為9. 5級。本發(fā)明實(shí)施例鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果列入表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)品完全滿足在嚴(yán)寒地區(qū)用作護(hù)岸、岸壁和港口、河 流的固定設(shè)施使施工安全性要求，并經(jīng)得起反復(fù)使用時被錘打及撞擊。
權(quán)利要求
耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％、Nb 0.015～0.035％、B 0.0005～0.0012％、Ca 0.001～0.005％、[O]≤0.005％、N≤0.004％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于B的重量百分 比為 0. 0006 0. 001%。
3.如權(quán)利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于Ca的重量百 分比為0. 002 0. 005% ο
4.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋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1620 1650°C；2)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐精煉控制其精煉時間在15 35分鐘；3)用VD或RH進(jìn)行真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量彡0.005% ；4)進(jìn)行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 12800C；6)分兩段進(jìn)行控制軋制即在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行軋制；在奧氏體再結(jié) 晶區(qū)控制每道次壓下率為8 12%,其累計壓下率為30 60% ；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)，控制 每道次壓下率為10 25%，其累計壓下率為40 70%，精軋開軋溫度控制在850 950°C， 控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度不低于8級。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼及生產(chǎn)方法。其組分及重量百分比C0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％，Nb 0.015～0.035％，B 0.0005～0.0012％，Ca 0.001～0.005％，[O]≤0.005％，N≤0.004％；步驟冶煉；轉(zhuǎn)爐精煉；真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量≤0.005％；連鑄；將鑄坯加熱到1180～1280℃；在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)分兩段軋制。本發(fā)明Akv(-40℃)(縱向)達(dá)到80J以上，晶粒度級別達(dá)到8級以上，其屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能優(yōu)良。
文檔編號C21C7/06GK101838768SQ20101014768
公開日2010年9月22日 申請日期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, 周桂峰, 朱敏, 桂美文, 褚雙學(xué) 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司