深度耐低温热轧H型钢及其生产工艺的制作方法

本发明涉及一种冶金技术，具体说，涉及一种深度耐低温热轧h型钢及其生产工艺。
背景技术：
：我国西北、东北地区冬季气温寒冷，结构用钢对冲击韧性的要求需要达到-50℃左右；另外在海上石油平台建设、极地开发、等特殊使用方面，以及出口俄罗斯等国家要求热轧h型钢满足-50℃至-70℃冲击韧性技术要求。例如欧洲标准en10025-3生产的s275nl、s355nl、s420n、s460nl系列要求-50℃冲击功≥27j；日标sla325、sla365等钢号要求-55℃冲击功，俄标гост27772-88生产的с345、с345к、с375钢号要求-70℃冲击功≥29j。热轧h型钢保证低温冲击韧性的技术手段主要有两种途径：一种是通过轧钢过程中控轧控冷实现细晶强化，达到保证低温冲击韧性的目的；另一种是通过添加保证低温冲击韧性的镍、钼等合金成分达到低温冲击韧性高目的。这两种途径都存在明显不足，控轧控冷细晶强化工艺在生产中非常难以控制，对轧机要求高，温度控制难以实现而且合格率较低，同时对生产节奏影响大，不适合连续批量生产，另外采用控轧控冷细晶强化工艺后的型钢焊接后焊缝相对基体硬度低；第二种途径是添加大量镍、钼合金使低温冲击韧性大幅度降低，但是由于镍钼成本太高，经济生产难以实现。寻求生产一种低于-40℃至-60℃低温冲击韧性稳定而且生产成本低廉的h型钢非常重要，且具有重大经济与社会效益，对中国h型钢产品的完善，对我国由钢铁大国向钢铁强国转变具有重大现实意义。目前要求深度低温冲击韧性要求的热轧h型钢一般为低合金高强度结构钢，其中以q345级别应用较广泛。q345级别c、d、e级钢要求具有良好的低温韧性，gb/t1591-2008要求q345e钢纵向-40℃≥34j。目前，对q345级别低合金高强度结构钢主要采取铌、钒、钛微合金化和控轧控冷相结合的工艺提高钢材综合性能，特别是低温冲击韧性。其强化机制是沉淀强化和细晶强化，后者对韧性也是有益的。在q345级别h型钢的实际工业生产过程中，经铌、钒、钛单一或组合微合金化和控轧控冷工艺后，低于-40℃冲击功波动较大且合格率不高。技术实现要素：本发明所解决的技术问题是提供一种深度耐低温热轧h型钢及其生产工艺，通过添加微量合金元素nb、ti，并优化生产工艺方法使材料的力学性能达到深度低温冲击要求。技术方案如下：一种深度耐低温热轧h型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：c0.08-0.12％，si0.15-0.30％，mn1.45-1.60％，p≤0.02％，s≤0.020％，alt0.025～0.050％，ti0.01～0.02％，nb0.003～.005％，其余为铁和杂质。进一步：[n]≤40％，[o]≤20％，[h]≤2.5ppm。一种深度耐低温热轧h型钢的生产工艺，包括：转炉冶炼；采用硅锰和锰铁脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧，质量百分比计，转炉终点控制目标值包括：c≥0.06％，p＜0.010％，出钢温度≥1640℃；lf精炼过程中，全程底吹氩搅拌，精炼后期加入铌铁及钛铁；vd真空冶炼过程中，深真空时间≥15min，真空度≤0.1kpa，软吹时间≥15min；连铸异型坯；钢水过热度δt≤30℃，目标值δt≤20℃，采用恒拉速操作；h型钢的轧制；加热温度1150℃-1300℃，初轧温度1100℃-1280℃，终轧温度880℃-950℃；得到的深度耐低温热轧h型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：c0.08-0.12％，si0.15-0.30％，mn1.45-1.60％，p≤0.02％，s≤0.020％，alt0.025～0.050％，ti0.01～0.02％，nb0.003～.005％，其余为铁和杂质。优选的：精炼后钢水成分的质量分数目标值，c0.10％，si0.20％，mn1.50％，p≤0.015％，s≤0.010％，nb0.004％，alt0.03％，ti0.01％。优选的：转炉冶炼时，采用挡渣出钢，挡渣失败必须扒渣；轧制完成后进行高压水除鳞。与现有技术相比，本发明技术效果包括：1、从成分上本专利严格控制b含量加入上限为0.002％，在实际工业生产中有数据显示b元素的过多加入直接影响钢材的延性及冲击性，当b含量加入超过0.003％时延性及冲击性能明显下降。本发明采用低碳、低硅、高猛，严格控制硼含量上限，控铝、控制气体含量的冶炼工艺。2、本发明可实现万能轧机终轧最后一道次机前温度在880℃-950℃内进行h型钢高温终轧，轧制过程不进行控制冷却，以热轧态进行交货使用，钢材具有良好的综合力学性能。3、本发明产品成分设计合理，通过添加微量合金元素nb、ti，并优化生产工艺方法使材料力学性能达到深度低温冲击要求，又能以最简便、高效的方法生产和制造，降低了生产成本。本发明首次采用异型坯冶炼过程中添加nb+ti复合微合金生产深度低温热轧h型钢，生产成本远低于镍元素的使用。4、本发明实现了异型坯生产深度低温热轧h型钢的规模化工业生产。可满足销售h型钢品种的多元化，为包钢实现欧标、美标、英标、日标、俄罗斯标准的中度低温用h型钢(0℃、-20℃)及深度低温(-40℃)用h型钢系列产品奠定基础。5、包晶含nb钢冶炼的同时，钢中al含量控制在0.025％以上，异型坯水口易产生蓄死现象，加大了连铸坯的浇注及拉钢难度。在本发明成分设计下，执行上述工艺生产的钢材产品深度低温性能凸显优异，铸坯内部组织细密，无缺陷，热轧后产品获得了优异的深度低温性能。附图说明图1是本发明中不同温度与v型冲击功间的关系图；图2是本发明中不同温度与u型冲击功间的关系图；图3是本发明中金相组织(f+b+p)图；图4是本发明中sem下观察组织(f+b+p)图；图5是本发明中断口扩展区为解理+韧窝的微观组织图；图6是本发明中位错与析出物的微观组织图；图7是本发明中能谱分析析出物成分的微观组织图。具体实施方式下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。深度耐低温热轧h型钢的生产工艺，包括：铁水预处理、转炉冶炼、lf精炼、vd真空冶炼、连铸异型坯、h型钢的轧制、矫直、入库，具体包括以下步骤：步骤1：转炉冶炼；采用硅锰和锰铁脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧。采用挡渣出钢，挡渣失败必须扒渣。转炉终点控制目标值(质量百分比)：c≥0.06％，p＜0.010％，出钢温度≥1640℃步骤2：lf精炼；全程底吹氩搅拌，根据情况吹大氩气量，精炼造白渣，精炼后期加入铌铁及钛铁。步骤3：vd真空冶炼；深真空时间≥15min，真空度≤0.1kpa，软吹时间≥15min；精炼后钢水成分目标值(质量分数％)，c0.10％，si0.20％，mn1.50％，p≤0.015％，s≤0.010％，nb0.004％，alt0.03％，ti0.01％。步骤4：连铸异型坯；液相线温度tl＝1518℃；钢水过热度：δt≤30℃，目标值δt≤20℃；采用恒拉速操作。步骤5：h型钢的轧制；在保证型钢尺寸的基础上采用轧制规程中的下限温度进行轧制，加热温度1150℃-1300℃，初轧温度1100℃-1280℃，终轧温度880℃-950℃。轧制完成后进行高压水除鳞，取生产样进行夹杂物、组织、晶粒度评定及性能检验。成品深度耐低温热轧h型钢，其化学成分按照质量百分比计，包括：c0.08-0.12％，si0.15-0.30％，mn1.45-1.60％，p≤0.02％，s≤0.020％，alt0.025～0.050％，ti0.01～0.02％，nb0.003～.005％，[n]≤40％，[o]≤20％，[h]≤2.5ppm。技术指标1、铸坯表面质量要求：铸坯表面无裂纹、结疤、砂眼、夹杂、气孔及针孔等缺陷。2、非金属夹杂物钢材的非金属夹杂物应按gb/t10561标准评定，夹杂物评级见表1。表1夹杂物要求单位级abcdds≤1.5≤1.0≤1.5≤2.0≤2.03、晶粒度晶粒度不小于7级，晶粒不均匀性应在三个级别范围内，金相组织为珠光体+铁素铁。4、力学性能表2力学性能实施例1炼钢厂冶炼含铝钢，三流拉钢，拉速较低(0.6m/min～0.9m/min)，过热度20℃～22℃，铸坯温度低，拉钢过程出现蓄水口现象，炼钢厂为保生产及时更换水口，以较低的拉速获得了良好的铸坯质量。表3为化学成分，表4为冶炼过程参数。轨梁厂轧制h300х150х6.5х9规格型钢，对含nb钢不进行控制轧制，ccs机前不进行待温，q345e(低碳含nb)轧制温度测温枪测定如下：入bd1温度：1139℃、1133℃最后一道次机前温度：1128℃最后一道次机后温度：1066℃入ccs温度：1008℃最后一道次机前温度：872℃、858℃最后一道次机后温度：904℃、889℃、880℃、885℃、887℃、858℃表3工业试制成分(质量分数)％熔炼号csimnpsalnbti153005880.110.281.470.0100.0100.0440.0470.015表4冶炼过程参数如图1所示，是本发明中不同温度与v型冲击功间的关系图；如图2所示，是本发明中不同温度与u型冲击功间的关系图。从轧制h型钢生产线的热锯处取样，h型钢自然冷却至室温后从翼板处取样进行力学性能及金相组织检测，力学性能见表5、表6，组织、夹杂、晶粒度评定见表7。表5拉力三项炉号relrm延伸冷弯(d＝2a)15300583457.68583.0830.10合格表6不同温度冲击韧性如图3所示，是本发明中金相组织(f+b+p)图；如图4所示，是本发明中sem下观察组织(f+b+p)图；如图5所示，是本发明中断口扩展区为解理+韧窝的微观组织图；如图6所示，是本发明中位错与析出物的微观组织图；如图7所示，是本发明中能谱分析析出物成分的微观组织图。表7高倍组织评定本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。当前第1页12