專利名稱：一種屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法
技術領域：
本發明涉及低合金鋼領域，具體涉及一種屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法。
背景技術：
熱軋H型鋼是一種經濟斷面型材，具有優良的力學性能和優越的使用性能，主要表現為1)截面模數大，在承載條件相同時，可節約金屬10-15%，從而降低造價；2)造型美觀，加工方便，它的翼緣內外側平行，各種不同規格的H型鋼可以很方便地組合成許多不同形狀和尺寸的構件，聯接方便，便于機械加工，能提高生產效率和減輕生產者的勞動強度；3)提高了結構強度，同普通工字鋼相比，在截面積或重量大致相同時，其抗彎能力、抗壓能力較高。可廣泛應用于建筑業、電力、水利、能源、化工、交通運輸、石油平臺、輕工等領域，國外已普遍采用H型鋼代替普通工字鋼。隨著全球工業化的進展，在鋼鐵原燃料日趨緊張，環境壓力日趨增大的情況下，工程結構特別是超大跨度、超高層、重載工程結構等需要向輕量化、節約化、功能化方向發展，因而工程結構用熱軋H型鋼需在保證有足夠塑韌性的前提下，大幅提高強度、功能性和安全服役性能，因此對冶金工藝過程和設備控制水平要求很高。目前我國的H型鋼生產企業已開發出420MPa、460MPa等級別的H型鋼，但都是采用添加合金元素的熱軋方法生產，且其合金元素的用量較高，如屈服強度為420MPa級的BS55C熱軋H型鋼，采用Nb、V復合微合金化，V含量為0. 08 0. 12wt %，Nb含量為0. 040 0. 060wt% ;而500MPa級別H型鋼的生產其合金元素含量更高，導致煉鋼成本很高；且由于合金元素含量、碳含量等偏高，導致焊接性能惡化；另外，為獲得較好的沖擊韌性，要求很低的終軋溫度，這既增大了軋機的負荷和能耗，又降低了生產效率。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種大幅度降低合金元素的用量，滿足高強度性能要求的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法；本發明進一步的目的在于提供生產工藝更加簡易、節能、高效，低成本的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C:0. 08 0. 14，Si :0. 30 0. 50，Mn :1. 20 I. 40，P S 0. 025，S S 0. 020，Nb :0. 025 0. 050，Als :0. 003 0. 030，其余
為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1210 1250°C ;開坯機軋制階段開軋溫度1100 1150°C，、終軋溫度990 1030°C ;萬能軋機的開軋溫度920 960°C，萬能軋機的終軋溫度850 900°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為840 890°C，冷卻結束時溫度為645 690°C，冷卻速度75 150°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為645 690°C，冷卻結束時溫度為500 600°C，冷卻速度為20 45°C /s ;對鑄坯進行兩段式快速冷卻時，對H型鋼翼緣及腹板采用噴常溫水冷卻的冷卻方式，冷卻水通過噴嘴噴到H型鋼翼緣及腹板上；實際操作時，根據H型鋼規格，在H型鋼翼緣及腹板外側設置一組或多組噴嘴，使用水泵來控制從噴嘴噴出的冷卻水壓力及流量，進而控制兩段式快速冷卻時的冷卻速度。所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，采用的技術方案，具有以下優點 首先，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，通過在H型鋼熱軋后采用兩段式快速冷卻方法，能在較短時間內將具有較高溫度的H型鋼冷卻到適當的溫度；該冷卻方法利用細晶強化、析出強化和相變強化機制，得到具有細小晶粒和復相組織的H型鋼組織狀態，大幅減少了合金元素的添加量，可顯著降低生產成本；其次，所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法制造的H型鋼，表層為細貝氏體組織，心部為多邊形鐵素體、珠光體、針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體的復相組織，該H型鋼在不顯著降低鋼材的沖擊韌性和延伸性能的同時，滿足高強度性能要求；再其次，所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法制造的H型鋼，由于合金元素含量較低，改善了鋼的焊接性能；最后，所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，終軋溫度較高，既減小了軋機的負荷和能耗，又提高了生產效率。
具體實施例方式下面通過對最優實施例的描述，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。實施例I所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C 0. 14 ；Si 0. 42 ；Mn1.38 ；P 0. 025 ；S 0. 018 ；Nb 0. 026 ；Als :0. 006，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1250°C ;開坯機軋制階段開軋溫度1150°C，終軋溫度990°C ；萬能軋機的開軋溫度920°C，萬能軋機的終軋溫度860°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為850°C，冷卻結束時溫度為670°C，冷卻速度80°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為670°C，冷卻結束時溫度為550°C，冷卻速度為35°C /sH 型鋼(規格為 588mmX300mmXl2mmX20mm)性能參數是ReL 為 53OMPa, Rni 為640MPa，A為23%，_20°C縱向沖擊吸收能量KV2為143J。
實施例2所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C 0. 11 ；Si 0. 35 ；Mn1.23 ；P 0. 021 ；S 0. 009 ；Nb 0. 035 ；Als :0. 017，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1210°C;開坯機軋制階段開軋溫度1100°C，終軋溫度1000°C;萬能軋機的開軋溫度930°C，萬能軋機的終軋溫度880°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第 一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為870°C，冷卻結束時溫度為690°C，冷卻速度110°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為690°C，冷卻結束時溫度為580°C，冷卻速度為40°C /sH 型鋼(規格為 600mmX200mmXllmmXl7mm)性能參數是ReL 為 55OMPa, Rni 為660MPa，A為22%，_20°C縱向沖擊吸收能量KV2為105J。實施例3所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C 0. 08 ；Si :0.41 ；Mn 1. 30 ；P 0. 020 ；S 0. 005 ；Nb 0. 048 ；Als :0. 026，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1230°C;開坯機軋制階段開軋溫度1130°C，終軋溫度1020°C;萬能軋機的開軋溫度960°C，萬能軋機的終軋溫度900°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為890°C，冷卻結束時溫度為650°C，冷卻速度130°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為650°C，冷卻結束時溫度為500°C，冷卻速度為25°C /s。H 型鋼(規格為 600mmX200mmXllmmXl7mm)性能參數是ReL 為 S35MPa, Rni 為645MPa, A為20. 5%，_20°C縱向沖擊吸收能量KV2為167J。實施例4所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C :0.012 ；Si 0. 30 ；Mn :1.40 ；P 0. 019 ；S 0. 010 ；Nb 0. 050 ；Als :0. 030，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1240°C;開坯機軋制階段開軋溫度1120°C，終軋溫度1030°C;萬能軋機的開軋溫度940°C，萬能軋機的終軋溫度850°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為840°C，冷卻結束時溫度為660°C，冷卻速度150°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為660°C，冷卻結束時溫度為600°C，冷卻速度為20°C /s。H 型鋼(規格為 600mmX200mmXllmmXl7mm)性能參數是ReL 為 545MPa，Rni 為685MPa，A為22. 5%，_20°C縱向沖擊吸收能量KV2為189J。實施例5 所述屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計(wt% )，成分為C :0.013 ；Si 0. 50 ；Mn :1. 20 ；P
0.018 ；S 0. 008 ；Nb 0. 025 ；Als :0. 003，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為鑄坯經加熱爐加熱至1220°C;開坯機軋制階段開軋溫度1110°C，終軋溫度1000°C;萬能軋機的開軋溫度950°C，萬能軋機的終軋溫度890°C;軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為880°C，冷卻結束時溫度為645°C，冷卻速度75V /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為645°C，冷卻結束時溫度為510°C，冷卻速度為45°C /s。H 型鋼(規格為 600mmX200mmXllmmXl7mm)性能參數是ReL 為 545MPa，Rni 為620MPa, A為21 %，-20°C縱向沖擊吸收能量KV2為117J。實施例I到實施例5中，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼的軋后冷卻方法，軋后采用兩段式快速水冷卻，對H型鋼翼緣及腹板采用噴常溫水冷卻的冷卻方式，常溫水冷卻方式不會額外增加生產成本，冷卻水通過噴嘴噴到H型鋼翼緣及腹板上；實際操作時，根據H型鋼規格，在H型鋼翼緣部分及腹板外側設置一組或多組噴嘴，使用水泵來控制從噴嘴噴出的冷卻水壓力及流量，進而控制兩段式快速冷卻時的冷卻速度；如規格為600mmX200mmX IlmmX 17mm的H型鋼，冷卻速度為75 150°C /s時，在H型鋼翼緣部分及腹板兩側各設置兩組噴嘴，每組噴嘴噴出冷卻水壓力為I. 0 I. 5MPa，流量為500 1000L/min ;冷卻速度為20 45°C /s時，在H型鋼翼緣部分及腹板兩側各設置一組噴嘴，冷卻水壓力為I. 0 I. 5MPa，流量為300 800L/min。本發明的原理主要有(1)利用難溶的金屬顆粒控制原始奧氏體晶粒尺寸，使高溫奧氏體靜態再結晶所需臨界變形量降低，再結晶更容易進行，也使再結晶后的奧氏體晶粒不易長大，同時降低了 Nb(CN)在高溫奧氏體區的析出量；通過奧氏體低溫區間的變形，使Nb (CN)在低溫奧氏體中部分析出，從而在變形奧氏體中形成大量形變帶和高密度位錯。(2)H型鋼軋后立即進行第一段快速冷卻，由于激冷是在鋼材終軋后立即進行，因此使變形奧氏體靜態再結晶受到抑制，從而在未再結晶的變形奧氏體中保留更多的位錯和靜態回復亞晶界等，使之成為過冷奧氏體轉變的新相形核地點；激冷還會阻止相變前奧氏體晶粒長大；同時，鋼材表面激冷過程中，由于冷卻水帶走大量熱量，因此使鋼材表面和芯部產生更大的過冷度，從而使鐵素體轉變的晶界形核自由能減小，促進其形核，實現組織細化，并增加了 Nb(CN)析出驅動力；從而充分發揮細晶強化和沉淀強化的作用。(3)第一段快速冷卻在鋼的貝氏體相變前結束，隨后立即進行第二段快速冷卻，通過快速冷卻，珠光體片間距減小，起到一定的強化效果；同時，此時適當降低冷卻速率，可以保證形成適量、細化的貝氏體組織，避免形成嚴重影響鋼的韌塑性的粗大貝氏體組織等，起到了一定的相變強化效果，其韌性仍然可以滿足要求，對鋼的綜合性能是有利的。從而本發明中有效地利用各種強化機制，在采用較低的合金含量條件下，達到屈服強度500MPa級H型鋼的力學性能要求。本發明對屈服強度500MPa級高強度H型鋼提供了一種新的組織狀態，即表層為
0.5-lmm厚的細貝氏體組織,心部為多邊形鐵素體、珠光體、針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體的復相組織。而常規生產方式形成的組織均為鐵素體和珠光體組織。采用該復相組織的依據是多邊形和針狀鐵素體晶粒尺寸小，基體位錯密度高，具有很好的強化效果；珠光體中滲碳體片層間距小，并出現退化現象，使珠光體強化效果增強，少量粒狀貝氏體對強度的提高有一定作用，同時不顯著降低鋼材的沖擊韌性和延伸性倉泛。上面對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發 明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計，成分為C 0. 08 0. 14，Si :0. 30 0. 50，Mn :1. 20 I.40，P S 0. 025，S S 0. 020，Nb :0. 025 0. 050，Als :0. 003 0. 030，其余為鐵和殘余的微量雜質； 該H型鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一萬能軋機軋制一軋后兩段式快速冷卻；具體為 鑄坯經加熱爐加熱至1210 1250°C ;開坯機軋制階段開軋溫度1100 1150°C，終軋溫度990 1030°C;萬能軋機的開軋溫度920 960°C，萬能軋機的終軋溫度850 900°C ；軋后立即采用兩段式快速冷卻，第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板部開始冷卻時溫度為840 890°C，冷卻結束時溫度為645 690°C，冷卻速度75 150°C /s ;第一段快速冷卻后，立即進行第二段快速冷卻，第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為645 690°C，冷卻結束時溫度為500 600°C，冷卻速度為20 45°C /So
2.按照權利要求I所述的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，其特征在于其中，鑄坯經加熱爐加熱至1210 1240°C ;開坯機軋制階段開軋溫度1100 1130°C，終軋溫度990 1000°C;萬能軋機的開軋溫度920 940°C，終軋溫度860 880°C ；第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為850 880°C，冷卻結束時溫度為650 670°C，冷卻速度為75 110°C /s ;第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為650 670°C，冷卻結束時溫度為500 550°C，冷卻速度為25 35°C /s。
3.按照權利要求I所述的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，其特征在于其中，鑄坯經加熱爐加熱至1210 1220°C ;開坯機軋制階段開軋溫度1100 1120°C，終軋溫度990 1000°C;萬能軋機的開軋溫度940 960°C，終軋溫度880 890°C ；第一段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為870 890°C，冷卻結束時溫度為670 690°C，冷卻速度為130 150°C /s ;第二段快速冷卻工藝參數為H型鋼翼緣及腹板開始冷卻時溫度為670 690°C，冷卻結束時溫度為550 580°C，冷卻速度為35 45°C /s。
4.按照權利要求I或2或3所述的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，其特征在于屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼中Mn及Nb的含量，按質量百分比計為Mn :1. 20 I. 30，Nb :0. 025 0. 026。
5.按照權利要求I或2或3所述的屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，其特征在于屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼中Mn及Nb的含量，按質量百分比計為Mn 1. 20 I. 23，Nb :0. 025 0. 035。
全文摘要
本發明公開了一種屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼軋后冷卻方法，屈服強度500MPa級低合金熱軋H型鋼，按質量百分比計，成分為C0.08～0.14，Si0.30～0.50，Mn1.20～1.40，P≤0.025，S≤0.020，Nb0.025～0.050，Als0.003～0.030，其余為鐵和殘余的微量雜質；該H型鋼軋制工藝為鑄坯加熱爐加熱→開坯機軋制→萬能軋機軋制→軋后兩段式快速冷卻；本發明通過在H型鋼熱軋后采用兩段式快速冷卻方法，能在較短時間內將具有較高溫度的H型鋼冷卻到適當的溫度；該軋后冷卻方法能得到具有細小晶粒和復相組織的H型鋼組織狀態，大幅減少了合金元素的添加量，在滿足高強度性能要求的同時，可顯著降低生產成本，改善鋼的焊接性能，又提高了生產效率。
文檔編號C22C38/12GK102644020SQ20121011200
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者奚鐵, 孫維, 張衛斌, 汪開忠, 程鼎 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司