专利名称：：热轧u型钢板桩及其微合金化生产方法
技术领域：
：本发明涉及一种热轧u型钢板桩及其微合金化生产方法，属于钢铁冶金及材料领域。技术背景钢板桩于20世纪初在欧洲开始生产，1903年，日本首次通过进口在三井本馆的挡土施工中采用，基于钢板桩特殊的使用性能，1923年，日本在关东大震灾修复工程中大量进口采用。由于钢板桩具有较大的市场潜力和发展前景，1931年，日本国内开始生产。目前，全球钢板桩的年消费量已达到250万-300万吨，其中日本约80万吨、欧美约140万吨。20世纪50年代，我国首次在铁路桥梁围堰施工中，由铁道部大桥局从原苏联引进使用。由于受廉价土地资源及人力资源的影响，加之国内生产基本处于空白状态，作为金属建材的钢板桩，在我国的应用与发展仍然十分缓慢。随着我国经济的快速发展，各类快捷、高效、环保的建筑工法得以认可并发展，20世纪末，我国的钢板桩应用工程己有一定的发展。目前国内没有任何厂家生产，全部依赖进口。U型钢板桩(见图l)有冷弯型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧U型钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。热轧U型钢板桩作为一种新型环保建筑钢材，在国外广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、船坞、断流、建桥围堰等工程中。近年来，欧洲各国和韩国、美国等国家都积极开发和推广应用，使钢板桩生产得到快速发展，消费量逐年增加。热轧U型钢板桩的翼缘x的厚度是不一样的，与冷弯U型钢板桩相比这样就节约了材料。而且热轧U型钢板桩锁扣厚度也是不一样的，其锁扣咬合要比冷弯U型钢板桩更为紧密，所以其止水以及止沙性能要优于冷弯U型钢板桩。在本发明前，中国国家标准GB/T20933-2007中给出了热轧U型钢板桩的相关内容，其化学成分(max)要求见表l:表l:热轧U型钢板桩化学成分(Wt/%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由以上化学成分可以看出，如果要想达到预期的力学性能，需要加入较多的昂贵合金，势必增加了生产成本，而且增加了生产过程复杂性，难以控制，此外由于热轧U型钢板桩要求一定的焊接性，标准GB/T20933-2007没有规定N含量，势必会引起其焊接性不稳定。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种微合金化热轧U型钢板桩及其生产方法，本发明产品合理设计成分、添加微量合金元素V，并通过优化生产工艺方法使其力学性能完全满足用户使用要求，又能以最简便、高效的方法生产和制造，降低了生产成本。本发明的技术方案是这样实现的本发明钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0扁、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明优选的技术方案是其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.170.22、Mn0.81.2、Si0.250.50、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.040、V0.030.10、N《0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明更优选的技术方案是其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mn1.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.020、V0.095、N0.028，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明热轧U型钢板桩微合金化生产方法是其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005，它依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热和轧制几个步骤。本发明比较好的生产方法是冶炼时，控制冶炼出刚温度为1660°C1680°C;炉外精炼时，控制炉外精炼时间^30min;加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理；喂Si-Ca线进行钙处理的目的是为了对钢中的夹杂物进行变性处理；连铸时，浇注温度1570°C1580。C，连铸过热度控制在1535°C，拉速为1.02.0m/min之间；加热时，钢坯加热温度腦1150。C;轧制时，开轧温度10501120°C，终轧温度85090(TC。以下详述本发明中C、Si、Mn、P、S、Als、V、N限定量的基本原理。C:C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的硬度和强度，即随着C含量的增加钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降。但在实际设计成分时还从连铸工艺、焊接性等方面考虑了c含量，首先因为c含量在0.09%0.17%时，钢的相变在包晶反应区，铸坯易产生裂纹，甚至造成裂纹漏钢；从钢板桩要求具有一定的焊接性方面，C含量不宜太高，从用户要求钢板桩要具有较高的抗拉强度方面，C含量不宜过低。因此，将(含量目标值控制在0.12%0.26%范围内，优化目标0.17%0.22%。Mn:Mn具有固溶强化和细化晶粒强化的作用，在非调质钢的设计中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以达到提高强度的同时韧性不致降低过快的目的，但其含量过多时，会大大降低相变临界点，工艺控制不当，组织中会出现贝氏体，强度升高，韧性下降。另外，从热轧U型钢板桩的焊接方面考虑(碳当量)，Mn含量也不易太高。因此，实际Mn含量目标值控制在0.6%1.80%范围内，优化目标0.8%1.2%。V:V是沉淀强化元素，在热轧钢板桩冷却过程中与C、N结合，形成V(ON)x的沉淀物，提高钢板桩的硬度和强度，部分V(C、N)质点成为铁素体核心，促进晶内铁素体的产生，使钢的晶粒得到细化，在钢板桩焊接的加热过程中，组织晶粒长大，细化奥氏体晶粒，从而提高钢板桩的强度、延性和韧性。另外，当钢板桩由奥氏体向珠光体转变过程中，V(C*N)x先沉淀析出，降低奥氏体的碳浓度，促进含碳量极低的铁素体的形成，但当v含量小于o.oiy。时作用不明显，当V含量超过0.20。/。时不再有进一步的作用。因此，实际V含量目标值控制在0.01%0.20°/。范围内，优化目标0.03%0.10%。S和P:S、P是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的机械性能，因此S含量越低越好。P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此一般要求P《0.020%。N:N是钢中有害气体元素，其主要影响铸坯的表面质量、成品的焊接性及时效性等，因此，实际控制中N《0.005。/。。本发明的微合金化热轧U型钢板桩及其生产方法具有如下优点1)本发明通过只添加一种V微合金化，提高了钢板桩的综合性能，生产工艺简单，利于推广。2)本发明严格控制了N元素的含量，改善了钢板桩的焊接性能，提高了钢板桩的利用率。3)本发明填补了国内没有生产钢板桩的空白，其优越的性能完全可以替代目前进口产品。图1是热轧U型钢板桩断面图具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步说明实施例1钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.17、Mn0.91、Si0.40、P0.018、S0.012、Als0.020、V0.073、N0.0029，其余为Fe及不可避免的杂质。生产方法依次包括120t转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、万能轧制，各歩骤的参数为冶炼时，控制冶炼出刚温度为1660°C1680°C;炉外精炼时，控制炉外精炼时间》30min;加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂A1线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理；喂Si-Ca线进行钙处理的目的是为了对钢中的夹杂物进行变性处理；连铸时，浇注温度1570°C1580°C，连铸过热度控制在1535°C，拉速为1.02.0m/min之间；加热时，钢坯加热温度U001150。C;轧制时，开轧温度1050U2(TC，终轧温度850900。C。生产出的产品(本发明微合金化热轧U型钢板桩的生产方法实施例13)的实际化学成分见表2，表中所列化学成分的余量为Fe及不可避免的杂质，本发明钢的性能试验结果列入表3。实施例2钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mn1.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.030、V0.095、N0.0028，其余为Fe及不可避免的杂质。制备方法同实施例1。钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.21、Mn1.04、Si0.32、P0.008、S0.017、Als0.030、V0.030、N0.0025，其余为Fe及不可避免的杂质。表2:产品的力学性能检验实施例<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1、一种热轧U型钢板桩，其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.12～0.26、Mn0.6～1.8、Si0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als0.010～0.050、V0.01～0.20、N≤0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。2、根据权利要求1所述的一种热轧U型钢板桩，其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.170.22、Mn0.81.2、Si0.250.50、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.040、V0.030.10、N《0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。3、根据权利要求1或2所述的一种热轧U型钢板桩，其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mnl.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.020、V0.095、N0.0028，其余为Fe及不可避免的杂质。4、一种热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005,它依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热和轧制。5、根据权利要求4所述的热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其中冶炼时，控制冶炼出刚温度为1660°C1680°C。6、根据权利要求4所述的热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其中炉外精炼时，控制炉外精炼时间^30min;加铝、锰、铁进行予脱氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al线进行终脱氧，喂Si-Ca线进行钙处理。7、根据权利要求4所述的热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其中连铸时，浇注温度157(TC158(TC，连铸过热度控制在1535°C，拉速为1.02.0m/min之间。8、根据权利要求4所述的热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其中加热时，钢坯加热温度11001150°C。9、根据权利要求4所述的热轧U型钢板桩微合金化生产方法，其中轧制时，开轧温度10501120°C，终轧温度850900。C。全文摘要本发明涉及一种热轧U型钢板桩及其微合金化生产方法，属于钢铁冶金及材料领域。其钢的化学成分按重量百分比的配比如下C0.12～0.26、Mn0.6～1.8、Si0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als0.010～0.050、V0.01～0.20、N≤0.005，它依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热和轧制。本发明提高了钢板桩的综合性能，改善了钢板桩的焊接性能，提高了钢板桩的利用率，而且生产工艺简单。文档编号C22C38/12GK101403069SQ200810197630公开日2009年4月8日申请日期2008年11月13日优先权日2008年11月13日发明者任安超,玉吉,勇周,周桂峰,敏朱,罗德信,斌韩,鲁明正申请人:武汉钢铁(集团)公司