专利名称：：一种具有良好低温冲击韧性的加硼h型钢及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及用作建筑构件的H型钢，特别涉及一种具有良好低温冲击韧性的加硼Q345H型钢及其制备方法。技术背景热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢，广泛应用于高层建筑、厂房、桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等领域，该产品具有截面形状经济合理，力学性能好等特点，与工字钢比较，H型钢截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属1015%，又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。H型钢钢结构与混凝土结构相比，能显著减轻工程结构自重，降低建筑结构基础处理要求，施工方便且不受季节影响，提高施工速度23倍，以上海浦东的"金贸大厦"为例，主体高达近400m的结构主体仅用不到半年时间就完成了结构封顶，而钢混结构则需要两年工期；造价降低，节约水泥等建材，环保效果好，与焊接H型钢相比，热轧H型钢能明显减少原材料、能源和人工的消耗，外观与表面质量好，节省投资。在低合金高强度结构钢中，Q345钢应用较广。其综合力学性能好，焊接性能、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢要求具有良好的低温韧性，例如GB/T1591-94要求Q345E钢纵向-4(TCAr》27J。目前，对Q345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Q345H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，-4(TCAr波动较大且合格率不高。H型钢由于形状比较复杂，成型过程基本确定，不易改变道次变形量，因而多采用控制轧制温度及轧后控制冷却，考虑到轧机负荷的限制和控制冷却的复杂性，通过控轧控冷工艺提高钢材性能的可操作性较低。GB/T1591-94规定了Q345化学成分(熔炼分析)，其中有良好低温冲击性能要求是C、D、E级钢，主要化学成份(余量为Fe和微量杂质)见表一(％)表一<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>注用Nb作为细化晶粒元素时，Mn含量下限可低于上表含量；上表中细化晶粒元素(V、Nb、Ti、Al)，钢中应至少含有其中一种，同时使用这些元素至少有一种元素的含量不低于规定的最小值。碳是钢中最重要的成分，碳量增加钢中珠光体量增加，会使50XFATT上升。因此在生产中为提高材料的韧性往往采用在该钢种允许的成分范围内降低碳含量，由此产生的强度下降则由增加成分中锰含量来弥补。锰是很重要的合金化元素。锰能扩大奥氏体相区，使A4点升高、A3点下降。由于A3温度下降，使先共析铁素体在更低的温度下析出而细化。同样，由于A3温度下降，抑制了碳化物在过冷奥氏体晶界上析出，使钢保持较高的塑性，并降低钢的韧性-脆性转变温度，因此，锰也是低温钢中的主要合金元素。硅是我国低合金钢中主加元素。硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体，固溶强化作用很强，仅次于碳、氮、磷而超过其他元素，从而显著地提高钢的强度和硬度，同时降低钢的韧性，提高脆性转化温度。磷是钢中的有害杂质。由于其偏析倾向严重，在比较少的含量状态就可以造成危害。磷对钢铁材料的低温性能非常有害，目前普遍认为磷是引起钢的低温脆性的主要元凶。磷在钢中的偏析倾向比较严重，造成带状组织，使钢的力学性能不均匀，特别是那些低温用钢、海洋用钢和抗氢致裂纹钢要求含磷量小于0.01%或者0.005%。硫是绝大多数钢种中(除易切削钢外)的有害杂质。硫在钢中的偏析系数在所有元素中最大，若偏析在晶界，会引起低温沿晶断裂和高温脆化。增加夹杂物颗粒，易于造成夹杂物裂纹，使工艺性能和使用性能都受到损害。对于航空用钢、石油和天然气输送管线钢、海上采油平台用钢等，必须严格控制硫含量，以保证必要的韧性。铌、钒、钛目前在控轧中大量使用的微合金元素，特别是铌对提高材料的强韧性有突出的作用。使之在钢中形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同的条件下产生溶解和析出机理起抑制晶粒长大以及产生沉淀强化作用，在控制轧制中，前者尤为重要。其作用表现在(l)加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大；(2)在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大；(3)在低温时起到析出强化的作用。铝作为脱氧剂使用。硼目前硼在钢中的应用主要集中在微量硼提高钢(ULCB钢和热处理钢)的淬透性上，通过获得均匀的具有良好的综合力学性能的组织(下贝氏体或回火索氏体等)来提高钢的韧性；微量硼提高耐热钢的高温强度和蠕变性能，改善不锈钢和耐热钢的热加工性能；在低碳钢中加硼，硼含量为传统硼钢的35倍，其轧钢控冷工艺采用缓冷，而未采用传统硼钢的强冷工艺，其目的是降低钢的加工硬化性能，而不是提高其强韧性；在高硼合金钢中则是利用硼形成的硼化物提高材料的耐磨性；硼对铸态组织、晶界结合力和夹杂物的形态和分布也有影响。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法，具体地说是提供一种具有良好低温冲击韧性的加硼Q345H型钢及其制备方法。通过改变Q345钢的化学成分，改善显微组织，从而提高Q345钢的力学性能，特别是低温冲击性能。以金属强韧化为目标，在Q345钢的基础成分上加入微量硼来改善Q345钢的低温冲击韧性。发明详述本发明以不需要专门热处理的Q345H型钢作为基础，结合实际炼钢控制能力和产品质量考虑，通过加硼及优化钢成分，获得一种具有良好低温冲击韧性的H型钢，技术方案如下一种具有良好低温冲击韧性的加硼Q345H型钢，钢成分重量百分比如下(％):C0.080.20，Mn1.001.60，Si0.100.55，P《0.025，S《0.025，Nb0.0150.035，B0.00050.0012，余量为Fe和微量杂质。优选的，一种加硼Q345H型钢，钢成分重量百分比如下(％):C0.100.18，Mn1.001.40，Si0.100.40，P《0.015，S《0.015，Nb0.0150.030，B0.00050.0010，余量为Fe和微量杂质。进-一步优选的，一种加硼Q345H型钢，钢成分重量百分比如下(％):C0.120.16，Mn1.201.35，Si0.150.30，P《0.010，S《0.010，Nb0.0150.030，B0.00050.0010，余量为Fe和微量杂质。一种具有良好低温冲击韧性的加硼Q345H型钢的制备方法，其特征在于，钢成分重量百分比为(％):CO.080.20，Mn1.001.60，Si0.100.55，P《0.025，S《0.025，Nb0.0150.035，B0.00050.0012,余量为Fe和微量杂质。冶炼工艺为铁水脱硫、脱硅、混铁炉、转炉、精炼、连铸，精炼炉出钢温度15601615'C。冶炼过程中，控制钢中气体含量〔N)《0.004%，(0)《0.0085%。优选的，冶炼过程中，控制钢中气体含量〔N)控制在《0.0035%，(〇〕控制在《0.0060%。均为重量百分比。钢中必须保持一定的酸溶铝含量，以保证钢水达到较好的脱氧效果，为有效发挥硼的作用创造条件。硼必须和铌或其他微合金化元素按一定的数量共同加入到钢水中，以发挥硼、铌的复合作用。经实验表明，通过加入极少量(0.0005%0.0030%)的硼，能显著影响材料的性能，微量硼对钢材韧性存在有利作用。为了尽量减小加入的硼对轧制工艺的影响，本发明将硼含量保守地限定在0.0005%0.0012%范围内。微量硼对钢材韧性的有利作用(1)抑制磷、硫偏析和沿晶断裂沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶断裂，显著提高低温韧性，这是由于硼抑制了磷、硫对晶界的弱化和硼自身能提高晶界结合力的结果。(2)改善夹杂物的形态和分布加硼处理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫化物、氧化物表面，阻止夹杂进一步长大，使夹杂变得细小、圆整，均匀分布于晶界，基本上消除了II型夹杂在晶界偏聚，强化了晶界，减小了局部应力集中，抑制了裂纹萌生，降低了裂纹扩展速度，使材料韧性提高。(3)增加铌的作用，进一步细化晶粒硼加入铌钢中，增加了对奥氏体再结晶的阻力，这主要来自于应变诱导的硼偏聚。由于硼可以减小铌的晶界扩散系数，所以硼加入铌钢后增加了铌对晶界的拖曳作用。硼和铌的微合金复合对再结晶的阻碍也来源于Nb、B复合物的形成，这样的复合物存在于新晶界上，增加了铌原子的溶质拖曳作用力，减小了界面迁移速度和再结晶驱动力。这将有利于进一步细化晶粒。(4)加硼有利于降低连铸坯的化学不均匀性、细化柱状晶体，最终形成最佳的金相组织(如细散珠光体)，同时减轻时效硬化作用。图1是实施例1各钢种4—t曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明做进一歩说明，但不限于此。实施例加硼Q345H型钢，钢成分重量百分比如下(％):CO.120.16，Mnl.201.35，Si0.150.30，P《0.015，S《0.015，Nb0.0150.035,B0.00050.0010，余量为Fe和微量杂质。按上述Q345钢优化成分冶炼试验用钢。把试验的原料加入真空感应炉冶炼，浇成三种不同成分的钢锭，经热锻成板，热锻温度参数参考Q345工业化热轧参数。试验钢实际化学成分如下表所示。冲击试验采用夏比V型冲击试样，长度方向沿钢板纵向，开槽方向垂直于锻造平面。用光学显微镜观察金相组织。用电子探针观察冲击断口形貌。表二、试验钢化学成分表(％)CSiMnPSCrCuAlNbB1#0.120,241.260.0120.0050.0130.0120.0060.0322#0.1440.1901.230.0070.0040.00970.01020扁20.02890.00043#0.1330.2241.290.0060扁O.OO卯0扁70.00270.02950扁854#0.1320.2181.240遍0.0040掘80.01030.00410.02800.0010注1#钢对比用，工业生产的无硼Q345钢。实验结果见图l，从图l可以看出，含微量硼的2#、3#、4#钢冲击功随温度变化的曲线都在无硼1#钢的曲线之上，无论是常温还是低温冲击功都得到了显著提高，特别是3#钢在-5(TC时冲击功仍在120J以上，脆性转变温度也进一步降低。另外，图1也显示2弁(w(B)0.0004%)、3#(w(B)0.00085%)、4#(w(B)0.0010%)钢的冲击功并不一直随总硼量的增加而增加，含硼量最高的4#钢反而明显低于3#钢，也略低于2#钢，3tt钢是最优选的。对2#、3#、4#钢的气体含量进行了测定，见表三。表三、试验钢气体含量表(1(T6)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>结果表明三炉钢(N)水平相当，其区别在〔O〕有较大差别。因此冶炼过程中，严格控制钢中气体含量显得尤为重要，以保证充分发挥硼的有益作用。推荐含量〔N〕控制在《0,0035%，(0〕控制在《0.0060%。如上所述，实施例冶炼的含硼Q345钢低温冲击性能良好，无论是常温还是低温冲击功都得到了显著提高，特别是3弁钢在-50'C时冲击功仍在120J以上。由此可见，在原来Q345钢成分基础上，通过加入0.0005%0.0010%的硼，并控制好气体含量，可以进一步降低Q345钢的脆性转变温度，从而有效地解决H型钢低温冲击韧性过低的问题。本发明可大幅提高Q345H型钢的低温冲击韧性，-4crcywv与国标要求相比有较大富余量，产品质量更易于保证，还可使Q345H型钢应用于条件更苛刻的区域。成分优化过程中已尽可能考虑了实际工业生产的控制能力，而且在当前一些贵重的合金元素价格不断上涨的情况下，用相对低廉的硼来代替贵重合金元素有更大的意义和吸引力。权利要求1、一种加硼Q345H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％)C0.08～0.20，Mn1.00～1.60，Si0.10～0.55，P≤0.025，S≤0.025，Nb0.015～0.035，B0.0005～0.0012，余量为Fe和微量杂质。2、如权利要求1所述的加硼Q345H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％):C0.100.18，Mn1.001.40，Si0.100.40，P《0.015，S《0.015，Nb0.0150.030，B0.00050.0010，余量为Fe和微量杂质。3、如权利要求1所述的加硼Q345H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％):C0.120.16，Mn1.201.35，Si0.150.30，P《0.010，S《0.010，Nb0.0150.030，B0.00050.0010，余量为Fe和微量杂质。4、一种加硼Q345H型钢的制备方法，其特征在于，钢成分重量百分比为(％):C0.080.20，Mn1.001.60，Si0.100.55，P《0.025'S《0.025,Nb0.0150.035，B0.00050.0012，余量为Fe和微量杂质；冶炼过程中，控制钢中气体含量〔N)《0.004%,(0〕《0細5%。5、如权利要求4所述的加硼Q345H型钢的制备方法，其特征在于,冶炼过程中，控制钢中气体含量(N)控制在《0.0035%，(0)控制在《0.0060%。全文摘要本发明涉及一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法，钢成分重量百分比为C0.08～0.20，Mn1.00～1.60，Si0.10～0.55，P≤0.025，S≤0.025，Nb0.015～0.035，B0.0005～0.0012，余量为Fe和微量杂质。冶炼过程中，控制钢中气体含量〔N〕≤0.004％，〔O〕≤0.0085％。本发明可大幅提高Q345H型钢的低温冲击韧性，-40℃A<sub>KV</sub>与国标要求相比有较大富余量，产品质量更易于保证，还可使Q345H型钢应用于条件更苛刻的区域。文档编号C22C38/12GK101255527SQ200810014488公开日2008年9月3日申请日期2008年3月17日优先权日2008年3月17日发明者浩任,伟冯,军刘,崔国涛,张公海,王作成,王学新,董昌兴,赵修领,陶登奎,高俊庆申请人:莱芜钢铁股份有限公司