专利名称：一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧h型钢用钢及其轧制方法
技术领域：
本发明涉及低合金钢领域，尤其涉及一种经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢及其轧制方法。
背景技术：
高强度耐候钢是指屈服强度^ 450MPa的耐候钢，这类钢主要用在特种集装箱、桥梁及高速火车车箱的制造上，在减重、提速、增加货运量、延长设备使用寿命和降低物流成本方面都起着重要的作用。特别是随着国民经济的快速发展，铁路运输行业向客运高速化、货运重载化方向迈进，迫切需要高强度、高韧性、高耐候性的热轧H型钢。由于高耐候钢在要求高的耐候性的同时，还要求高的强度级别、优良的低温冲击韧性和焊接性能，因此对冶金工艺过程和设备控制水平要求很高。 国外，美国钢铁公司最早于1913年开发出了耐大气腐蚀的Corten A钢，它相当于我国的高耐候钢。但这种钢由于含有相当高的磷，对韧性有不良影响。当钢材的厚度增加时不利于焊接。为了适应厚板结构焊接的需要，美国开发了把磷控制到0.04%以下的Corten B钢，它相当于我国的焊接结构用耐候钢。ASTM A588属于焊接结构用耐候钢类，其中Grade C钢化学成分的质量百分比(wt% )为C《0. 15， Mn :0. 80 1. 35， Si :0. 15 0. 40，P《0. 04，S《0. 05，Cu :0. 20 0. 50，Cr :0. 30 0. 50，Ni :0. 25 0. 50，V :0. 01 0. 10 ;要求屈服强度^ 345MPa，抗拉强度^ 485MPa，冲击韧性未规定。ASTM A242属于高耐候钢类，化学成分的质量百分比(wt% )为C《0. 15， Mn《1. 00， P《0. 15， S《0. 05，Cu > 0. 20，要求屈服强度^ 345MPa，抗拉强度^ 485MPa，冲击韧性未规定。在美国ASTM标准中耐候钢作为低合金高强度结构钢进行规定，而且不管高磷、低磷，要求耐候性相同。
我国从20世纪60年代起广泛研制耐候钢，已开发出一批钢号，其中有Cu-P系列、Cu-P-Re系列、Cu-P-Cr-Ni系列。国内的耐大气腐蚀用钢有GB/T4172《焊接结构用耐候钢》和GB/T4171《高耐候结构钢》两个标准中的Q235NH、 Q295NH、 Q355NH、 Q460NH和Q295GNH、 Q295GNHL、 Q345GNH、 Q345GNHL、 Q390GNH等9个牌号，质量等级分别有C级、D级和E级。其中焊接结构用耐候钢屈服强度级别最高为460MPa，高耐候结构钢屈服强度级别最高为390MPa。焊接结构用耐候钢质量等级最高为E级，规定-4(TC纵向V型缺口冲击功Q235NH Q355NH不小于27J， Q460NH不小于31J。而高耐候结构钢没有细分质量等级，V型缺口冲击试验为可选项，只有用户要求时才做检验，冲击试验的温度有ot:和_201:两种，具体试验温度在合同中约定，冲击功的平均值要求不小于27J。 近年，国内鞍钢、宝钢、武钢和攀钢等已开发出400MPa 550MPa级高强度耐大气腐蚀钢板和310乙字型钢，并已在国内铁路车辆上得到广泛应用。但平车大梁采用的耐大气腐蚀H型钢的强度级别仍然维持在345MPa级，其钢种有09CuPTiRE和09CuPCrNi ，主要耐大气腐蚀的指标为与普通Q235B钢相比，相对腐蚀速率《65X。与一般建筑用钢不同的是，我国铁路车辆运行时南北四季温差大，运行时冲击载荷大，因此造车用钢材对低温韧性提出了较高的要求，如目前大量使用的09CuPTiRE和09CuPCrNi要求_40°C V型缺口冲击功> 21J，硫化物类和氧化铝类夹杂物的级别分别不大于2. 5级和2级。 综上所述，高强耐候钢的研究与开发生产在国内外板材等生产流程上，从成分设计的种类到生产工艺控制技术已基本成熟，已开发生产出不同成分系列的高强耐候钢，强度级别已达到450MPa以上。但基于热轧H型钢轧制工艺采用钒氮微合金化技术生产屈服强度450MPa以上的高强耐候热轧H型钢的成分设计和工艺在国内外还未见报道，特别是经济型高强度耐候钢。由于H型钢轧制变形非常不均匀，轧制钒氮微合金化耐候钢时非常容易出现混晶，从而导致低温冲击韧性偏低，因此需要在冶金成分设计以及工艺控制上采取新的设计和工艺路线；同时，需要通过冶金成分优化设计以及工艺优化控制，以较低成本生产适合于热轧H型钢轧制工艺的经济型高强度高韧性高耐候热轧H型钢，以满足市场需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用钒氮微合金化技术生产屈服强度450MPa以上的经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢及其轧制方法。 本发明的技术方案是在保证一定的P含量的基础上，适当降低C、Cr、Ni含量，提高Si、 Mn含量，加入适量的铝、钒和氮，通过控制轧制工艺获得经济型高强度高韧性高耐候热轧H型钢。 本发明一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，化学成分的质量百分比(wt% )为C :0. 07 0. 12， Si :0. 30 0. 55， Mn :1. 30 1. 55， P :0. 020 0. 045 ;S :0. 001 0. 010， Cu :0. 25 0. 35， Cr :0. 20 0. 30， Ni :0. 15 0. 30， V :0. 07 0. 12， N :0. 010 0. 015， Als :0. 006 0. 030，其余为铁和残余的微量杂质。 本发明一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢的轧制工艺为铸坯步进式加热炉加热、"开坯机BD-三机架万能连轧机组(即万能粗轧机UK1+轧边机E+万能粗轧机Uj-万能精轧机Uf"串列可逆轧制、热锯、冷却、矫直、堆垛。工艺参数为铸坯均热温度1190 122CTC ;开坯机开轧温度1100 U5(TC ;开坯机终轧温度1000 1050°C ;万能精轧机终轧温度800 870°C。 本发明通过合理的化学成分设计，加上控制H型钢轧制时的工艺参数，根据氮化铝、碳氮化钒等纳米尺寸析出物对晶粒的细化作用与析出强化的原理，可获得高强度、高韧性、高耐候性和良好的焊接性能的热轧H型钢。同时，由于钢的冶金成分较简单，合金化生产成本较低，经济实用，是用于制作铁道车辆、货运半挂车和其它需要高强度耐候钢的工业设施建设的理想热轧H型钢。
具体实施例方式
下面对本发明做进一步详细的说明。 本发明一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，化学成分的质量百分比(wt% )为C :0. 07 0. 12， Si :0. 30 0. 55， Mn :1. 30 1. 55， P :0. 020 0. 045 ;S :0. 001 0. 010， Cu :0. 25 0. 35， Cr :0. 20 0. 30， Ni :0. 15 0. 30， V :0. 07 0. 12， N :0. 010 0. 015， Als :0. 006 0. 030，其余为铁和残余的微量杂质。 从以上的化学成分的质量百分比可以看出，本发明钢的成分在保证一定的P含量的基础上，适当降低Cr、Ni含量；同时通过铝、钒的加入提高其耐候性。既保证了经济性，又保证了耐候性。另外，在适当降低C含量的基础上，适当提高Si、 Mn含量，同时加入适量的铝、钒和氮，以保证其强度、低温韧性和焊接性能。 为了进一步保证此种钢有良好的焊接性能，在以上化学成分范围的基础上增加了Ceq的控制，Ceq = C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15， Ceq的范围《0. 47%，其中的C、Mn、Cr、V、Mo、Cu、Ni是指七种元素的质量百分比。 本发明一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢的轧制工艺为铸坯步进式加热炉加热、"开坯机BD-三机架万能连轧机组(即万能粗轧机UK1+轧边机E+万能粗轧机UK2)-万能精轧机Uf"串列可逆轧制、热锯、冷却、矫直、堆垛。 利用H型钢生产线轧机呈"开坯机BD-三机架万能连轧机组(即万能粗轧机"1+轧边机E+万能粗轧机UK2)-万能精轧机Uf"三列布置特点，采用的轧制工艺为
根据保证该钢原始奥氏体晶粒不严重粗化并保证钒的碳氮化物充分溶解、同时保证含铜钢不产生表面龟裂的原则，确定合适的加热制度；BD开坯区采用再结晶区控轧，使奥氏体晶粒不混晶并一次细化；万能轧制区不控轧。 H型钢轧制工艺参数为铸坯均热温度1190 1220°C ;开坯机开轧温度1100
1150°C ;开坯机终轧温度1000 1050°C ;万能精轧机终轧温度800 870°C 。 以下的实施例用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。 本发明热轧H型钢的成分、主要生产工艺参数与性能的实施例如下 实施例1 : 钢水化学成分的质量百分比(Wt% )为:C :0. 07 ;Si :0. 40 ;Mn :1. 52 ;P :0. 030 ;S :0. 003 ;CU :0. 28 ;Cr :0. 27 ;Ni :0. 24 ;V :0. 11 ;N :0. 014 ;Als :0. 012。 H型钢轧制工艺参数为铸坯均热温度1210°C ;开坯机开轧温度1115°C ;开坯机终
轧温度IOI(TC ;万能精轧机终轧温度82(TC。 H型钢(规格为600mmX 200mmX llmmX 17mm)性能指标是ReL为470MPa， Rm为570MPa， A为27%， -4(TC纵向AKV为205J，实际晶粒度为9. 5级，相对腐蚀率是Q345B钢的
53. 3%。
实施例2 : 钢水化学成分的质量百分比(Wt% )为:C :0. 10 ;Si :0. 45 ;Mn :1. 46 ;P :0. 034 ;S :0. 002 ;CU :0. 30 ;Cr :0. 29 ;Ni :0. 19 ;V :0. 10 ;N :0. 013 ;Als :0. 023。 H型钢轧制工艺参数为铸坯均热温度1215°C ;开坯机开轧温度1120°C ;开坯机终轧温度1020°C ;万能精轧机终轧温度835t:。 H型钢(规格为600mmX200mmX 11mmX 17mm)性能指标是ReL为480MPa， Rm为590MPa， A为29%， -4(TC纵向AKV为210J，实际晶粒度为9. 5级，相对腐蚀率是Q345B钢的
54. 0%。 实施例3 : 钢水化学成分的质量百分比(Wt% )为:C :0. 11 ;Si :0. 47 ;Mn :1. 37 ;P :0. 025 ;S :0. 007 ;CU :0. 34 ;Cr :0. 23 ;Ni :0. 22 ;V :0. 09 ;N :0. 011 ;Als :0. 009。 H型钢轧制工艺参数为铸坯均热温度1190°C ;开坯机开轧温度1105°C ;开坯机终
轧温度1000°C ;万能精轧机终轧温度81(TC。
H型钢(规格为630mmX200mmX 13mmX20mm)性能指标是ReL为470MPa， Rm为580MPa，A为26X，-40。C纵向AKV为205J，实际晶粒度为10. 0级，相对腐蚀率是Q345B钢的54. 5%。
实施例4 : 钢水化学成分的质量百分比(Wt% )为:C :0. 12 ;Si :0. 38 ;Mn :1. 42 ;P :0. 041 ;S :0. 004 ;CU :0. 29 ;Cr :0. 30 ;Ni :0. 19 ;V :0. 11 ;N :0. 013 ;Als :0. 019。 H型钢轧制工艺参数为铸坯均热温度1200°C ;开坯机开轧温度1135°C ;开坯机终
轧温度1020°C ;万能精轧机终轧温度86(TC。 H型钢(规格为630mmX200mmX 13mmX20mm)性能指标是ReL为475MPa， Rm为580MPa， A为26%， -4(TC纵向AKV为240J，实际晶粒度为9. 5级，相对腐蚀率是Q345B钢的53. 6%。 在轧制工艺控制稳定的情况下，采用本发明的钢种成分和方法可获得铁素体晶粒度在8级以上的细晶粒钢，热轧H型钢的性能指标是屈服强度> 450MPa，抗拉强度Rm > 550MPa，断后伸长率A > 21%，_40"纵向AKV > 80J，相对腐蚀率《55% (对比钢种为Q345B钢)。H型钢翼缘厚度范围为10 30mm。 采用本发明生产的热轧H型钢，由于强度较高、低温韧性和焊接性能良好、耐候性高，所以可节省钢材、降低建造成本、增加建筑的安全性，同时绿色环保。
权利要求
一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，其特征在于化学成分的质量百分比(wt％)为C0.07～0.12，Si0.30～0.55，Mn1.30～1.55，P0.020～0.045；S0.001～0.010，Cu0.25～0.35，Cr0.20～0.30，Ni0.15～0.30，V0.07～0.12，N0.010～0.015，Als0.006～0.030，其余为铁和残余的微量杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，其特征在于碳当量Ceq的范围为《0. 47X，碳当量Ceq = C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，其中的C、Mn、Cr、V、Mo、Cu、Ni是指七种元素的质量百分比。
3. 权利要求1、2所述的一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢的轧制工艺为铸坯步进式加热炉加热、"开坯机BD-三机架万能连轧机组UK1EUK2-万能精轧机U/，串列可逆轧制、热锯、冷却、矫直、堆垛，其特征在于铸坯均热温度1190 1220°C ;开坯机开轧温度1100 1150°C ;开坯机终轧温度1000 1050°C ;万能精轧机终轧温度800 870°C 。
全文摘要
本发明公开了一种含钒氮经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，化学成分的质量百分比(wt％)为C0.07～0.12，Si0.30～0.55，Mn1.30～1.55，P0.020～0.045；S0.001～0.010，Cu0.25～0.35，Cr0.20～0.30，Ni0.15～0.30，V0.07～0.12，N0.010～0.015，Als0.006～0.030，其余为铁和残余的微量杂质。本发明还公开了此种H型钢用钢的轧制方法，铸坯均热温度1190～1220℃；开坯机开轧温度1100～1150℃；开坯机终轧温度1000～1050℃；万能精轧机终轧温度800～870℃。通过此方法可获得高强度、高韧性、高耐候性和良好的焊接性能的热轧H型钢。同时，由于钢的冶金成分较简单，合金化生产成本较低，经济实用，是用于制作铁道车辆、货运半挂车和其它需要高强度耐候钢的工业设施建设的理想热轧H型钢。
文档编号C22C38/58GK101760704SQ20091025158
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者吴保桥, 吴坚, 吴结才, 孙维, 汪开忠, 程鼎 申请人:马鞍山钢铁股份有限公司