专利名称：抗拉强度≥600MPa的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种钢板桩用钢及其生产方法，具体属于抗拉强度> 600MPa的热轧U 型钢板桩用钢及其生产方法。
背景技术：
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、提防护岸、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。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。然而，这一新型环保建筑钢材在我国 目前生产还是空白，与国外存在很大差距。有关专家认为，推广使用钢板桩有利于适应中国 水工及基础施工建筑领域发展的新需求。钢板桩的基本结构一是钢制板桩，二是两边系接头结构，三是在地里或水中构成 墙壁。由于它的特殊结构，因而具有独特的优点高强度、轻型、隔水性能好；耐久性强，使 用寿命达到20-50年；可重复使用，一般可使用3-5次；环保效果显著，在施工中可大大减 少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；具有较强的救灾抢险的功能，尤其是在防 洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快；施工简单，工期缩短，建设费用较省。此外， 钢板桩能处理并解决挖掘过程中出现的一系列问题；使用钢板桩能提供必要的安全性，而 且(救灾抢险的)时效性较强；能降低对空间的要求；不受天气条件的制约；在使用钢板桩 的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序；保证其适应性，互换性良好。在做深基 坑支护及深海打桩时，其要承受巨大剪切力，因此要求钢板桩具有高的强度及高的韧性。所 以，为了满足深基坑支护及深海打桩时需求，开发高强高韧热轧U型钢板桩成为必须。在公开的标准BS EN 1993-5 :2007、美标 A 572/A 572M-07、JIS A 5528:2006 和中国国家标准GB/T 20933-2007最大抗拉强度只有430MPa，在做深基坑支护及深 海打桩时难以满足要求。在本发明前，仅有日本申请的专利(JP20020123465:发明人 Y0K0YAMAHIR0YASU, etc) “一种具有良好性能的钢板桩”。该专利公开其抗拉强度高于 510MPa,总延伸量高于17%，其不足之处在于，生产时采用了大量的贵重合金Mo、Ti、A1、 Nb、V等元素，无疑增加了生产成本，削弱了产品市场竞争力，不宜于推广。
发明内容
本发明的目的在于解决上述在此技术领域用钢存在的不足，提供一种具有高的强 度及高的韧性，满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强，使用寿命 长，并能重复使用的抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。实现上述目的的技术措施抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 31 0. 50%,Mn 1.0 2.0%、Si 0. 10 0. 60%、P 彡 0. 02%、S 彡 0. 02%、TA1 0.01 0.06%， Nb 0. 015 0. 035%，Ti 0. 005 0. 030%，其余为Fe及不可避免的杂质。
其在于Nb的重量百分比为0. 02 0. 03%。其在于Ti的重量百分比为0. 01 0. 025%。一种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1660 1680°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在20 50分钟；在转炉精炼结束前5 10分 钟时，按照20 30公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1580 1595°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸在280 380毫米X320 420毫米；4)将连铸坯加热到1150 1300°C ；5)进行轧制控制压缩比在18 40，控制钢的致密度不低于98%。本发明中各合金元素的作用及机理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。所以C含量不宜太高，而碳是提高强度最有效的元素，C含量不宜过低。因此，将C含 量控制在0. 20 0. 50%范围内。Mn:Mn主要固溶于铁素体中以提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂， 含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。但当锰含量 较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，冶炼浇铸和轧后冷却不当时，容易使钢产生白点，因此Mn 含量不易太高。故Mn含量控制在1.0 2.0%范围内。Si :Si在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，显著 提高钢的弹性极限，故Si含量不宜过高，其控制在0. 10 0. 60%范围内。S、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，降低了钢材的延展性 及韧性，因此S含量越低越好，S含量控制在< 0. 020%。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彡0. 020%。TA1 :TA1是用作炼钢时的脱氧定氮剂，A1与钢中的N形成细小难熔A1N质点，这些 细小弥散分布的难熔化合物起阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，A1的含量过低，细化铁素体 晶粒作用不明显，A1的含量过高，会使钢液的流动性降低，形成的大量A1203会在水口处结 瘤，从而堵塞水口。因此将TA1含量控制0.010 0.060%范围内。Nb:铌是本钢中重要的微合金化元素，其提高强度的机理是细晶强化和沉淀强化， 细化晶粒，提高强度但不降低钢的低温冲击韧性，通过析出物的钉扎作用，抑制奥氏体在轧 制过程中的晶粒长大。但铌降低钢的高温热塑性，从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向，因此 含量不宜过高，其控制含量在0. 015% 0. 35%。Ti 钛可产生强烈的沉淀强化及中等程度的晶粒细化作用。钛的化学活性很强，易 与钢中的C、N、0、S形成化合物，为了降低钢中固溶N含量，通常采用微钛处理固定钢中的 N。TiN可有效组织奥氏体晶粒在加热过程中的长大，起直接强化作用。在含铌钢中加入微 量的钛，可改善铌的热塑性，使铸坯产生裂纹的敏感性减小。本发明采用微钛处理，钛控制 在0. 005 0. 030%范围内。本发明抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢，完全满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强，使用寿命长，即可达20 50年，并能重复使用，其生 产工艺简单，利于推广。
具体实施例方式实施例1抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 31%, Mnl. 0%,Si 0. 10%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 01%,Nb 0. 015%,Ti 0.005%，其余 为Fe及不可避免的杂质。—种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1660 1665°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在20分钟；在转炉精炼结束前5分钟时，按照 20公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1580 1585°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸为280毫米X320毫米；4)将连铸坯加热到1150 1165°C ；5)进行轧制控制压缩比为18，控制钢的致密度为98%。实施例2抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 36%, Mnl. 2%, Si 0. 19%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 018%, Nb 0. 02%, Ti 0.01%，其余 为Fe及不可避免的杂质。一种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1665 1670°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在30分钟；在转炉精炼结束前6分钟时，按照 22公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1585 1590°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸为300毫米X350毫米；4)将连铸坯加热到1180 1195°C ；5)进行轧制控制压缩比为25，控制钢的致密度为98. 5%。实施例3抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0.41%, Mnl. 5%,Si 0. 3%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 031%,Nb 0. 025%,Ti 0.018%，其余 为Fe及不可避免的杂质。一种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1670 1680°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在40分钟；在转炉精炼结束前7分钟时，按照 25公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1590 1595°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸为340毫米XX365毫米；4)将连铸坯加热到1205 1225°C ；
5)进行轧制控制压缩比为32，控制钢的致密度为99%。实施例4 抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 46%, Mnl. 75%, Si 0. 45%, P ^ 0. 02%, S ^ 0. 02% , TA1 0. 049%, Nb 0. 03%, Ti 0.025%，其 余为Fe及不可避免的杂质。一种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1660 1670°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在45分钟；在转炉精炼结束前8. 5分钟时，按 照28公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1580 1590°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸为360毫米X390毫米；4)将连铸坯加热到1255 1270°C ；5)进行轧制控制压缩比为36，控制钢的致密度为99. 3%。实施例5抗拉强度彡600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0.5%, Mn 2. 0%,Si 0. 6%,P ^ 0. 02%,S ^ 0. 02%,TA1 0. 06%, Nb 0. 035%, Ti 0.03%，其余 为Fe及不可避免的杂质。一种生产抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1665 1675°C ；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在50分钟；在转炉精炼结束前10分钟时，按照 30公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1580 1590°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺 寸为380毫米X420毫米；4)将连铸坯加热到1290 1300°C ；5)进行轧制控制压缩比为40，控制钢的致密度为100%。本发明钢的力学性能试验结果列入表1。上述实施例的产品钢经检测，其力学性能结果见下表1表1 产品的性能检验结果 从表1中可以看出，本发明的产品完全能满足热轧钢板桩作为深基坑支护及深海 打桩时强度及韧性需求。
权利要求
抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的抗拉强度>600MPa热轧U型钢板桩用钢，其特征在于Nb的重 量百分比为0. 02 0. 03%。
3.如权利要求1所述的抗拉强度>600MPa热轧U型钢板桩用钢，其特征在于Ti的重 量百分比为0. 01 0. 025%。
4.一种生产权利要求1所述的抗拉强度> 600MPa热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤1)进行冶炼控制其出钢温度在1660 1680°C；2)进行转炉精炼控制其精炼时间在20 50分钟；在转炉精炼结束前5 10分钟时， 按照20 30公斤/吨钢加入Si-Ca线；3)进行连铸控制浇铸温度在1580 1595°C，电磁搅拌始终，控制连铸坯端面尺寸为 280 380毫米X 320 420毫米；4)将连铸坯加热到1150 13000C；5)进行轧制控制压缩比在18 40，控制钢的致密度不低于98%。
全文摘要
本发明涉及抗拉强度≥600MPa的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。其组分及重量百分为C 0.31～0.50％、Mn 1.0～2.0％、Si 0.10～0.60％、P≤0.02％、S≤0.02％、TAl 0.01～0.06％，Nb 0.015～0.035％，Ti 0.005～0.030％；其步骤冶炼；转炉精炼；在转炉精炼结束前5～10分钟时加入Si-Ca线；连铸控制浇铸温度并搅拌，控制连铸坯端面尺寸；将连铸坯加热；轧制控制压缩比在18～40，控制钢的致密度不低于98％。本发明抗拉强度≥600MPa热轧U型钢板桩用钢，完全满足了热轧钢板桩作为深基坑支护及深海打桩时需求，耐久性强。
文档编号C22C38/14GK101838769SQ20101014776
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者任安超, 吉玉, 周剑华, 易卫东, 朱敏, 蒋扬虎, 韩斌 申请人:武汉钢铁(集团)公司