專利名稱：耐低溫沖擊的熱軋u型鋼板樁用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼板樁用鋼及其生產方法，具體屬于耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板 樁用鋼及其生產方法。
背景技術：
鋼板樁于20世紀初在歐洲開始生產，1903年，日本首次通過進口在三井本館的擋 土施工中采用。由于鋼板樁具有較大的市場潛力和發展前景，1931年，日本于國內開始生 產。鋼板樁有冷彎薄壁輕型和熱軋型，由于前者具有較大的加工、使用局限性，因而，熱軋鋼 板樁成為鋼板樁產品發展的主流。熱軋U型鋼板樁一是作為永久性使用，另一種為重復使用，鋼板樁具有很多的獨 特功能和優勢，因而它的用途非常廣泛，比如在永久性結構建筑上，可用于碼頭、卸貨場、提 防護岸、護墻、檔土墻、防波提、導流提、船塢、間門等等；在臨時性結構物上，可用于封山、臨 時擴岸、斷流、建橋圍堰、大型管道鋪設臨時溝渠開挖的擋土、擋水、擋沙墻等；在抗洪搶險 上，可用于防洪、防塌方、防塌陷、防流沙等。鋼板樁是用作護岸、岸壁和港口、河流的固定設 施。對于重復使用鋼板樁存在反復被錘打及撞擊現象，因此為了保證在嚴寒地區或南、北極 地區施工安全，就要求材料具有優良的低溫沖擊韌性。歐洲最新熱軋鋼板樁標準BS EN 1993-5 :2007和美標A572/A 572M-07中規定了 鋼板樁的型號、鋼板樁的抗拉強度及屈服強度等指標，沒有提及低溫沖擊功。中國國家標準 GB/T20933-2007同樣也只是給出了熱軋鋼板樁的化學成分、截面參數、抗拉強度及屈服強 度等指標，也沒有提及低溫沖擊功。日本標準JIS A 5523:2006只提到了 0°C時沖擊功大 于42J，-40°C沖擊功沒有提及。因此，為了滿足用戶個性化需求，開發耐低溫沖擊熱軋U型 鋼板樁迫在眉睫。
發明內容
本發明的目的在于解決上述在此技術領域用鋼存在的不足，提供一種熱軋鋼板樁 鋼在嚴寒地區用作護岸、岸壁和港口、河流的固定設施使施工安全，并經得起反復使用時經 被錘打及撞擊后綜合性能仍然優良的耐低溫沖擊熱軋U型鋼板樁用鋼及其生產方法。實現上述目的的技術措施耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0. 15 0. 20 MnO. 8 1. 5 %、Si 0. 26 0. 46 %、P ≤ 0. 02 %、S ≤ 0. 02 %、Als 0. 015 0. 05%,Nb 0. 015 0. 035%，B 0. 0005 0. 0012%，Ca 0. 001 0. 005%，
^ 0. 005%, N^ 0. 004%，其余為Fe及不可避免的雜質。其在于B的重量百分比為0. 0006 0. 001%。其在于Ca的重量百分比為0. 002 0. 005%。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1620 1650°C ；
2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在15 35分鐘；3)用VD或RH進行真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量彡0. 005% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 1280°C ；6)分兩段進行控制軋制即在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行軋制；在奧氏體 再結晶區控制每道次壓下率為8 12%，其累計壓下率為30 60%;在奧氏體未再結晶區， 控制每道次壓下率為10 25%，其累計壓下率為40 70%，精軋開軋溫度控制在850 950°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度不低于8級。本發明中各合金元素的作用及機理C:C是傳統的強化元素，是形成珠光體的主要物質，具有成本低，調控敏感性好的 優點，隨著C含量的增加鋼的強度、硬度增加，而鋼的塑性和韌性下降，尤其是鋼的沖擊韌 性明顯下降。所以C含量不宜太高，而碳是提高強度最有效的元素，C含量不宜過低。因此， 將C含量控制在0. 15 0.20%范圍內。Mn:Mn主要固溶于鐵素體中以提高材料的強度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑， 含有一定量的錳可以消除或減弱鋼因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能。但當錳含量 較高時，有使鋼晶粒粗化的傾向，冶煉澆鑄和軋后冷卻不當時，容易使鋼產生白點，因此Mn 含量不易太高。多年的科研及生產實踐表明，在微合金結構鋼中錳含量多少和強度成正比 關系，其沖擊韌性下降率較少，還不影響其脆性轉變溫度，為了彌補碳含量過低造成的強度 損失，其含量不宜過低，故Mn含量控制在0.8 1.5%范圍內。Si :Si在鋼中不形成碳化物，是以固溶體的形態存在于鐵素體或奧氏體中，顯著 提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比，嚴重損害鋼的低溫韌性，故Si含量盡不宜過高，其 控制在0. 20 0. 46%范圍內。S、P :S、P是強烈的裂紋敏感性元素，因而應盡可能的低，S含量過高，會形成大量 的MnS，MnS在鋼液凝固時易在晶界析出，在熱軋時被軋成帶狀夾雜，降低了鋼材的延展性 及韌性，因此S含量越低越好，S含量控制在< 0. 020% ；P能夠提高低溫脆性轉變溫度，使 鋼的低溫沖擊性能大幅下降，因此一般要求P彡0. 020%。Nb:鈮是本鋼中重要的微合金化元素，其提高強度的機理是細晶強化和沉淀強化， 細化晶粒，提高強度但不降低鋼的低溫沖擊韌性，通過析出物的釘扎作用，抑制奧氏體在軋 制過程中的晶粒長大。但鈮降低鋼的高溫熱塑性，從而增加了含鈮鋼鑄坯的熱裂傾向，因此 含量不宜過高，其含量為0. 015% 0. 35%。Als :A1是用作煉鋼時的脫氧定氮劑，A1與鋼中的N形成細小難熔A1N質點，這些 細小彌散分布的難熔化合物起阻抑作用，進而細化鐵素體晶粒，鐵素體晶粒細小有利于提 高鋼的低溫沖擊性能，故控制鐵素體晶粒度應大于8級，A1的含量過低，細化鐵素體晶粒作 用不明顯，A1的含量過高，會使鋼液的流動性降低，形成的大量A1203會在水口處結瘤，從而 堵塞水口。因此將Als含量控制0. 015% 0. 050%范圍內。B 鋼中加入極少量的硼能夠顯著影響材料的性能，微量硼對材料的韌性存在有利 作用，抑制磷、硫偏析和沿晶斷裂，沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶 斷裂，顯著提高低溫韌性，這是由于硼抑制了磷、硫對晶界的弱化和硼自身能提高晶界結合 力的結果。硼可改善夾雜物的形態和分布，加硼處理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫
4化物、氧化物表面，阻止夾雜物進一步長大，使夾雜物變得細小、圓整，均勻分布于晶界，強 化了晶界，減小了局部應力集中，抑制了裂紋萌生，降低了裂紋擴展速率，使材料的韌性提 高。當硼加入Nb鋼中，增加了對奧氏體再結晶的阻力，這主要來自于應變誘導的硼偏聚。由 于硼可以減少鈮的晶界擴散系數，所以硼加入鈮鋼后增加了鈮對晶界的拖拽作用。硼和鈮 的微合金復合對再結晶的阻礙也來源與Nb、B復合物的形成，這樣的復合物存在于新晶界 上，增加了鈮原子的溶質拖拽作用力，減小了界面的遷移速度和再結晶驅動力，這將有利于 進一步細化晶粒。加硼還有利于減少連鑄坯的化學成分不均勻性、細化柱狀晶體，最終形成 最佳的組織，同時減輕時效硬化作用。為了盡量較少加入的硼對軋制工藝的影響，本發明將 硼含量控制在0. 0005 0. 0012%。Ca 可以凈化鋼液，提高鋼的純凈度，使鋼中的MnS球化，發揮材料的潛能，其含量 過高時，易形成粗大的非金屬夾雜物。故Ca含量控制在0.001 0.007%范圍內。本發明Akv(-40°C ) (J)(縱向)達到80J及以上，晶粒度級別達到8級及以上，其 屈服強度等力學性能優良，完全滿足了熱軋鋼板樁在嚴寒地區用作護岸、岸壁和港口、河流 的固定設施的施工安全性能的要求。
具體實施例方式實施例1耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0. 15%, Mn 0. 8%, Si 0. 26%, P≤ 0. 02%, S ≤ 0. 02%, Als 0. 015%, Nb 0. 015%, B 0. 0005%, Ca 0. 001%,
0. 0048%, NO. 004%,其余為Fe及不可避免的雜質。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1620 1630°C ；2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在15分鐘；3)用VD進行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 0048% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1575°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 1190°C ；6)在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行控制軋制在奧氏體再結晶區控制每道 次壓下率為8%，其累計壓下率為30% ；在奧氏體未再結晶區，控制每道次壓下率為10%， 其累計壓下率為40%，精軋開軋溫度控制在850 860°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為8級。實施例2耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0. 165%, Mn 0. 93%, Si 0. 33%, P≤ 0.02%, S≤ 0.02%, Als 0. 026%, Nb 0. 018%, B 0. 0006%, Ca 0. 0025%,
0. 0047%, N 0. 00385%，其余為Fe及不可避免的雜質。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1625 1635°C ；2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在20分鐘；3)用RH進行真空脫氧處理，鋼液中的氧含量0. 00475% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1580°C，電磁攪拌始終；
5)將連鑄坯加熱到1195 1200°C ；6)在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行控制軋制在奧氏體再結晶區控制每道 次壓下率為11%，其累計壓下率為40%;在奧氏體未再結晶區，控制每道次壓下率為15%， 其累計壓下率為50%，精軋開軋溫度控制在870 880°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為8. 5級。實施例3耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0. 18%, Mn 1. 2%, Si 0. 39%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 02%, Als 0. 032%, Nb 0. 025%, B 0. 0009%, Ca 0. 0033%,
0. 0049%, N 0. 0038%，其余為Fe及不可避免的雜質。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1630 1635°C ；2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在25分鐘；3)用RH進行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 00482% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1580 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1220 1230°C ；6)在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行控制軋制在奧氏體再結晶區控制每道 次壓下率為12.5%，其累計壓下率為52% ；在奧氏體未再結晶區，控制每道次壓下率為 22%，其累計壓下率為60%，精軋開軋溫度控制在900 910°C，控制軋制后鋼中的鐵素體 晶粒度為11級。實施例4耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0. 185%, Mn 1. 4%, Si 0. 42%, P^ 0.02%, S^ 0.02%, Als 0. 041%, Nb 0. 03%, B 0. 001%, Ca 0. 0043%,
0. 0048%, N 0. 004%，其余為Fe及不可避免的雜質。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1635 1645°C ；2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在30分鐘；3)用VD進行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 00494% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1580°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1250 1260°C ；6)在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行控制軋制在奧氏體再結晶區控制每道 次壓下率為14%，其累計壓下率為58% ；在奧氏體未再結晶區，控制每道次壓下率為18%， 其累計壓下率為68%，精軋開軋溫度控制在910 920°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為10. 5級。實施例5耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0.2%,Mn 1.5%、Si 0. 46%, P ^ 0. 02%, S ^ 0. 02%, Als 0. 05%, Nb 0. 035%, B 0. 0012%, Ca 0. 005%,
0. 0048%, N 0. 0036%，其余為Fe及不可避免的雜質。一種生產耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1645 1650°C ；
2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在35分鐘；3)用VD進行真空脫氧處理，鋼液中的全氧含量0. 0049% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1575 1583°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1270 1280°C ； 6)在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行控制軋制在奧氏體再結晶區控制每道 次壓下率為15%，其累計壓下率為60% ；在奧氏體未再結晶區，控制每道次壓下率為25%， 其累計壓下率為70%，精軋開軋溫度控制在940 950°C，控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度 為9. 5級。本發明實施例鋼的力學性能試驗結果列入表1。表1 產品的性能檢驗結果 從表1中可以看出，本發明的產品完全滿足在嚴寒地區用作護岸、岸壁和港口、河 流的固定設施使施工安全性要求，并經得起反復使用時被錘打及撞擊。
權利要求
耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其化學成分及重量百分比為C 0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％、Nb 0.015～0.035％、B 0.0005～0.0012％、Ca 0.001～0.005％、[O]≤0.005％、N≤0.004％，其余為Fe及不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于B的重量百分 比為 0. 0006 0. 001%。
3.如權利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼，其特征在于Ca的重量百 分比為0. 002 0. 005% ο
4.一種生產權利要求1所述的耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼的方法，其步驟1)進行冶煉控制其出鋼溫度在1620 1650°C；2)進行轉爐精煉控制其精煉時間在15 35分鐘；3)用VD或RH進行真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量彡0.005% ；4)進行連鑄控制澆鑄溫度在1570 1585°C，電磁攪拌始終；5)將連鑄坯加熱到1180 12800C；6)分兩段進行控制軋制即在奧氏體再結晶區和未再結晶區進行軋制；在奧氏體再結 晶區控制每道次壓下率為8 12%,其累計壓下率為30 60% ；在奧氏體未再結晶區，控制 每道次壓下率為10 25%，其累計壓下率為40 70%，精軋開軋溫度控制在850 950°C， 控制軋制后鋼中的鐵素體晶粒度不低于8級。
全文摘要
本發明涉及耐低溫沖擊的熱軋U型鋼板樁用鋼及生產方法。其組分及重量百分比C0.15～0.20％、Mn 0.8～1.5％、Si 0.26～0.46％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.015～0.05％，Nb 0.015～0.035％，B 0.0005～0.0012％，Ca 0.001～0.005％，[O]≤0.005％，N≤0.004％；步驟冶煉；轉爐精煉；真空脫氧處理，控制鋼液中的全氧含量≤0.005％；連鑄；將鑄坯加熱到1180～1280℃；在奧氏體再結晶區和未再結晶區分兩段軋制。本發明Akv(-40℃)(縱向)達到80J以上，晶粒度級別達到8級以上，其屈服強度等力學性能優良。
文檔編號C21C7/06GK101838768SQ20101014768
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者任安超, 吉玉, 周劍華, 周桂峰, 朱敏, 桂美文, 褚雙學 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司