高强度热轧h型钢的工艺优化

高强度热轧h型钢的工艺优化

1高强h型钢的工程特点h钢是截面优化的安全经济钢。它的优越性体现在以下方面：与普通工业钢相比，金属可节省10%15%。结构重量比混凝土重量轻1.2.1.3。增加建筑物的有效面积4%6%。该项目的实施速度很快。减少对施工环境的污染。它对自然灾害有很强的抵抗力，易于连接和安装螺母、结构、拆除和重新安置。随着工业技术的进步,工程各方面都急需高强度H型钢。在此背景下,马钢加速了高强度热轧H型钢新产品开发。2高炉bh型钢高强度H型钢结构件不仅受力大而复杂,而且还要抵抗各种外力(比如震动、冲击、地震、飓风等)的破坏。因此从安全性要高,寿命要长的角度,新开发的高强度H型钢必须满足下列性能要求:(1)优良的力学性能。钢材强度是结构件选材的主要参数,较高的强度或高强度H型钢,要求钢材屈服强度≥345MPa,抗拉强度450～630MPa。较低的屈强比(σs/σb≤0.8),可使钢材有良好的冷变形能力和高的塑性变形功,即便在特殊情况下局部超载,也不至于发生突然的断裂。较好的塑性与韧性能抵抗过载能力,改善抗疲劳性能。这不仅能提高高强度H型钢构件的安全性,而且使钢材有良好的加工性能。δ5≥21%、Akv(20℃)≥34J。H型钢要求较均匀的成分和性能,防止钢材各部分间因屈服强度不平衡而导致断裂。(2)良好的焊接性能。3新产品战略3.1高强度h型钢为了使高强度H型钢钢材屈服强度达到≧345MPa,决定选用低碳、低合金、Nb微合金的技术方针。马钢开发高强度H型钢采用的钢号是GB/T1951-94标准中Q345B和ASTM,A572/A572M—97C标准中G50。考虑到国内外两个市场,经研究后(详见本文5.1),化学成分设计见表1。3.2型异形坯连铸铸坯和uf串列冷床顶底复吹转炉→挡渣出钢→Nb微合金化→LF钢包精炼,成分微调→H型异形坯连铸→铸坯表面清理→步进式加热炉→高压水除鳞→BD-UR1EUR2-UF串列可逆万能轧机→高精度热锯→步进式冷床→九辊变节距悬臂式矫直机→成品。这条生产工艺线,已通过IS09002认证。3.3合金化学和双组合作技术优良的H型钢力学性能来自两方面:通过在炼钢、连铸工艺的关键环节上实施控制,除降低硫、磷含量外,化学成分保持稳定,着重铌微合金化对细化晶粒的作用,保护浇注技术使钢中氮含量不再增加,异型坯连铸机的专利技术使铸坯机械性能和表面质量有了可靠的保证。通过在万能型钢轧机工艺的关键节点上实施控制,除控制加热温度外,控制整根H型坯在BD-UR1EUR2-UF串列可逆轧制的终轧温度,采用自动控制燃烧、高压水除鳞、辊缝零位自调,防止中心偏移,弯曲控制技术,使H型钢表面质量和尺寸精度有了可靠的保证。4拉伸性能马钢公司开发生产的Q345高强度H型钢实物质量,不仅完全符合有关标准中各种要求,并且在某些方面,明显高于标准要求。钢材不仅强度较高,屈强比较低,塑性与韧性较好(见表1、表2),组织细密均匀,晶粒度平均9.5级,夹杂物总量较低,波动在0.0021%～0.0058%,平均0.0040%,氮含量波动在33.9×10-6～54.3×10-6,平均44.6×10-6。钢材表面质量优良,尺寸精度很高(见表3)。该产品荣获国家经贸委颁发的2000年国家级新产品证书。5讨论5.1我国马钢开发高强h型钢的目对钢结构件而言,脆性破坏是十分危险的。H型钢主要用作钢结构件。因此在提高强度的同时,还应使钢的塑性和韧性保持在较高的水平上。通常钢材随强度的提高,其塑性、韧性下降,钢的韧脆转变温度提高。对于铁素体(F)+珠光体(P)型低合金钢,可以用下述公式(1)来表示提高钢强度的各种方法及效果:σ0.2=σ0+Δσ位错+ΔσF+ΔσP+Δσ沉淀+Δσ晶粒(1)式中σ0.2——允许残留塑性变形量小于0.2%的屈服极限σ0——铁晶格流动阻抗(低碳钢约为39MPa)ΔσF——铁素体的强化增值ΔσP——珠光体的强化增值不同强化方法引起钢韧脆转变温度的变化,可以用下述公式(2)来表示:TK=T0+4Δσ位错+(4-6)ΔσF+9ΔσP+3Δσ沉淀-7Δσ晶粒(2)在各种强化钢的方法中,以提高碳含量,升高韧脆转变温度的破坏最为严重,而以合金化方法细化晶粒,降低韧脆转变温度,则达到即提高强度和提高塑韧性双重功效。马钢开发高强度H型钢的重大对策是:一方面在成分设计减少脆性破坏的影响,降低碳含量(≤0.16%),按GB/T1591-94标准中限控制锰在1.10%～1.40%,控制硅在0.15%～0.30%。另一方面,用铌微合金化,细化晶粒增大Δσ晶粒,结合先进H型钢轧机控轧技术,解决了低碳低合金钢高强度与良好塑韧性的矛盾。5.2颗粒细化对钢强度的影响铌和氮、碳有极强的亲和力,与之形成相应极为稳定的NbN,NbC化合物,这种稳定性高的粒子,细化了钢的晶粒,一般随铌含量增加,晶粒进一步细化。马钢产品通过IBAS图象分析,晶粒平均截距与铌含量关系见图1。随着晶粒的细化,钢的强度会不断提高,其关系见图2。铌在提高钢强度方面,除了Δσ晶粒以外,还有碳化铌、氮化铌沉淀强化(Δσ沉淀)和固溶入铁素体强化(ΔσF)。因为我们所开发的高强化H型钢,金相结构83%～92%为铁素体,所以在铌微合金化时,随铁素体晶粒的细化,韧脆转变温度呈线性降低(见图3)。铌微合金化还能降低钢材的屈强比,因为低碳钢随着晶粒的细化,不仅屈服强度提高,相应抗拉强度提高的幅度更大(见图4)。因此对屈服强度≥345MPa的低碳低合金结构钢,采用铌微合金化(与控制轧制相结合),不仅提高钢材强度,同时降低钢材的屈强比,马钢的产品检验也证实了这一点。5.3热处理和焊接的应用钢的焊接性包括两方面的内容。第一是控制焊接碳当量Ceq(见式3)。对厚度<20mm的钢材,只要Ceq<0.40%即可。Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5(3)高强度H型钢,碳≤0.16%、Mn≤1.40%的低碳钢,焊接的结合性能很好。第二是已焊成的焊接接头使用的安全性。化学成分对钢焊接接头使用性能的综合影响,对碳≤0.16%和σb在400～700MPa的钢材,可用焊接裂纹敏感指数(Pcm)来表示:Pcm=C+Si30+Mn20+Cu20+Ni60+Cr20+Mo15+V10+5B(4)Ρcm=C+Si30+Μn20+Cu20+Νi60+Cr20+Μo15+V10+5B(4)对于屈服强度≥345MPa的钢材,要求Pcm≤0.29%,高强度H型钢的Pcm≤0.25%,完全可以确保焊接接头的使用性能。5.4h型钢生产技术的进步为了生产高质量的H型钢,马钢从美国康卡斯特公司(CONCAST)引进并建成了我国第一台H型异形坯连铸机。H型钢生产采用H型异形坯,除了减少开坯道次,轧件变形小,切头切层少,从而节省资源和能源,降低生产成本,提高生产率以外,尤为重要的是有利于H型钢品种的扩大和质量的提高,降低了H型钢腹部中心偏差,减少H型钢弯曲变形,有利于H型钢产品品种扩大。通过对H型异形坯定心特性和腰部腿部展宽,延伸轧制的研究开发,用两种不同断面尺寸的异形坯,轧制H型钢轧机能力范围内的各种不同规格的H型钢。6h型钢生长和力学性能产品最终性能要求结合起来(1)分析了铌细化晶粒后钢的强度及韧脆指标,通过IBAS图象研究了铌含量,晶粒截距及钢强化之间的关系,把优化