一種h型鋼及其生產方法
【技術領域】
[0001 ]本申請涉及一種金屬材料，具體而言涉及一種Η型鋼及其制備方法。
【背景技術】
[0002] Η型鋼是一種新型經濟建筑用鋼，其截面形狀合理，力學性能好，與普通工鋼相比， 具有截面模數大，重量輕，節省金屬的優點，可使建筑結構重量減輕，常用于承載大，截面穩 定性好的大型建筑。而隨著現代建筑不斷向超高層、超大結構發展，Η型鋼在高層建筑，超大 結構建筑的應用方面發揮出越來越重要的地位。
【發明內容】
[0003] 本申請提供一種Η型鋼，其化學成份組成為:C:不超過0.015 %，Si : 0.20-0.35 %， 皿11:不超過1.00%，〇1:不超過0.20%，1^、恥、￥中的至少一種，(>、]\1〇、附中的至少一種，？仝 0.015%，S< 0.015%，其余為鐵及不可避免的雜質元素。本領域技術人員應當明了，上述部 分對含量的限定均為質量百分比，同理，在下文中所有出現的含量均為質量百份比。
[0004] 由于一般建筑用鋼采用不同冷卻速度所得到的組織變化較大，可形成多種組織形 貌，而當采用超低碳鋼，尤其是超低碳貝氏體鋼，其顯微組織隨冷卻速度變化不大，以細顆 粒狀貝氏體為主，從而可以保證型鋼的高強度。本申請提供的Η型鋼具有超低碳貝氏體的微 觀組織結構。
[0005] 日本川崎制鐵早期采用調整鋼材成份得到貝氏體Η型鋼以解決強度不高的問題， 然而，其所采用的〇. 020 %的碳含量并不能完全解決強度穩定的問題，因此本申請采用碳含 量不超過0.015%的技術，以進一步提高其強度的均勻性。究其原因在于所得到碳含量對于 貝氏體的均勻分布具有較明顯的作用，且優選碳含量不超過0.013%，不低于0.009%。本領 域技術人員明了由于技術條件，鋼材中碳含量不可能為零。
[0006] 由于碳含量的減少可導致屈服點和抗拉強度的降低，為穩定其屈服比及抗拉強 度，適當對Μη含量進行調整，即將Μη含量降低，控制范圍不超過1.00%，優選0.50-1.00%。 另外，對于錳碳比，應控制在50-70范圍之內為佳，在此范圍更有利于保持型材的高強度。
[0007] 對于元素 Si來說，可提高鋼材的硬度，其用量限定在0.20-0.35 %為宜。
[0008] 根據川崎制鐵的研究，Η型鋼中添加適當量的Cu元素，可通過析出強化來進一步提 高型鋼的強度，但銅作為殘余元素，對于鋼材的熱脆性以及循環利用產生不利影響，因此本 申請在其研究基礎上降低了鋼中銅的用量，將其含量控制不超過0.20 %，優選0.15-0.20%，以提尚廢鋼的循環利用率。
[0009] 但隨著Cu含量的減少，Η型鋼不可避免地會產生強度降低的問題。為避免強度的降 低，本申請采用提高合金元素的方法來保證Η型鋼的高強度。目前國內常見的Η型鋼的合金 化元素包括在鋼中僅添加 Ti或Nb或V，以形成碳化物或氮化物或碳氮化物來提高強度，也有 部分廠家例如長治和日照鋼鐵采用添加兩種或三種合金化元素來提高強度的。而本研究表 明，采用單一或兩種的合金化元素雖然可以提高強度，但也會產生部分其它不利影響，首先 不可避免的是使用一種元素導致合金的用量增加，提高生產成本，其次任何一種元素的過 量使用均會對鋼材產生負面影響。舉例來說，過多的元素 Ti會形成粗大的碳氮化鈦夾雜物， 影響鋼結構的韌性，過多的元素 Nb會使鋼材的塑性和韌性下降，過多的元素 V影響鋼結構的 加工性能。
[0010] 因此，本申請采用多種合金化元素混合加入的方式，其各合金化元素的用量相對 于現有技術相比，具有用量少的明顯區別。
[0011] 具體來說，本申請所采用的技術方案中采用同時添加11、^3、￥。更詳細地說，1^: 0.01-0.02%，Nb:0.05-0.10%，V:0.03-0.05%，優選的方案為11:0.01-0.015%，恥：0.06-0.08%，V: 0.035-0.045 %。采用上述用量，不但可以保證所得到的Η型鋼具有與現有技術例 如馬鋼的Η型鋼相同的性能，另外由于合金化元素用量的減少，其產品的成本可得到進一步 降低。
[0012] 還可以在Η型鋼中進一步添加可形成復雜點陣結構的合金化元素，例如元素 Cr，可 以進一步地提高Η型鋼的性能，本申請中元素 Cr含量限定為0-0.20 %，優選為0.10-0.20 %。 [0013]還可以在Η型鋼中進一步添加元素 Mo,由于元素 Mo具有晶粒強化的作用，且可提高 其脆性，因此可抑制多種合金元素對韌性的影響，其用量為〇-〇. 10%，優選為〇. 02-0.03%。
[0014]還可以在Η型鋼中進一步添加元素 Ni，其除了對強度產生積極影響外，還可以提高 Η型鋼的耐蝕性，其用量為0-0.10%，優選為0.05-0.08%。
[0015]對于Η型鋼來說，鋼中元素 Ρ和元素 S屬于有害元素。元素 S-般以MnS或FeS的形式 存在，元素 P可明顯降低韌性。因此，對于本申請，元素 S的含量限定不高于0.015%，元素 P的 含量限定不高于0.015%，超過此用量，Η型鋼的性能會產生下降。
[0016] 另外，對于合金化元素來說，過量的合金化也會產生負面影響，其影響在前文已經 闡述在此不重復，因此，對于Ti和Nb和V來說，其用量之和所占質量百分比應控制在0. Ιο. 12% 的范圍之內 。對于 Cr 和 Mo 和 Ni 來說 ，其用量之和所占 質量百分比應控制在 0.20-0.25%的范圍之內。
[0017] 另外，實驗表明，對于合理控制合金化元素的用量，例如對于Ti和Nb和V來說，其用 量之比優選為1:6-7:3-4，可保證Η型鋼性能的優化。另外對于Cr和Mo和Ni來說，其用量之比 優選為5-6:1:2-4,在上述比例范圍內，可保證Η型鋼性能達到更佳。
[0018] 另外，本申請相對于川崎制鐵的技術，各合金化元素用量大幅減少，而不必添加稀 土或鈣或硼等元素，而得到的產品性能優于川崎制鐵的產品，因此具有顯著的進步。
[0019] 本申請還提供一種Η型鋼的生產方法，其步驟包括:預處理，冶煉，精煉，連鑄，乳 制，后處理。
[0020] 所述預處理為鐵水脫硫預處理，所述冶煉為頂吹轉爐冶煉，并在冶煉過程中調節 各合金化元素的含量，所述精煉為LF精煉，所述連鑄為連鑄保護澆注;所述乳制的均熱溫度 為1150-1290 °C，鑄坯在爐內時間為180-360min，所述后處理為矯直處理。
[0021] 采用上述方法及配比所得到的Η型鋼屈服強度大于480-500MPa，抗拉強度為620-670MP，且具有良好的韌性和焊接性能。
[0022]另外，根據制鋼所所披露的技術資料，元素錸(Re)對于對超低碳鋼的性能具有明 顯強化的作用，其僅以極其微量的添加量即可對固溶強化發揮重要作用，尤其針對馬氏體 鋼來說，由于馬氏體鋼中元素錸的濃度變化通常極小，因此對于基體組織的穩定性，以及材 料的韌性方面可發揮重要作用，但由于其成本高，出于降低成本的目的，一般不宜使用。本 研究僅在下文所述的實施例9和10的基礎上添加了少量的元素錸，結果表明所得材料的性 能仍可進一步提升，出于成本考慮，元素錸的用量基本上等于元素碳的含量即可達到較佳 的效果，但過量的使用會導致型材加工性能的降低。
[0023]將本申請得到的Η型鋼與現有技術相比，具有良好的屈服強度和抗拉強度，特別適 用于高層建筑及超大結構建筑;鋼材所使用的合金化元素用量少，減少生產成本;并且工藝 簡單，合金回收利用率高，生產效率良好，適于大規模生產。
【具體實施方式】
[0024]如下為本申請的【具體實施方式】，其僅用于對本發明進行解釋而非進行限制。
[0025]表1示出實施例1-12的型鋼的化學成分重量百分比，余量鐵及不可避免的雜質未 在表中示出。
[0026]表1:鋼的化學成分重量百分比％。
[0027]其中實施例1-12的型鋼的制備方法為：首先對鐵水進行脫硫預處理，然后進入轉 爐進行冶煉，冶煉過程添加合金控制成品的元素含量，然后進行鑄造工序，鑄造過程采用全 程保護澆注，接下來進行乳制處理，控制加熱溫度在1150-1290°C范圍內，在加熱爐中加熱 時間控制在180_360min，最后進行矯直處理得到成品。本申請并未對制備工藝進行詳述，上 述技術工藝對本領域技術人員來說顯而易見是容易實現的。
[0028] 對實施例1-12得到的Η型鋼測量其力學性能：其中實施例1-3的材料屈服強度為 4831〇^、481]\〇^、4801〇^，抗拉強度為627]\〇^、6231〇^、6251〇^ ;實施例4-6的材料屈服強度為 486MPa、485MPa、490MPa，抗拉強度為643MPa、639MPa、639MPa;實施例7-8的材料屈服強度為 494MPa、492MPa，抗拉強度為650MPa、655MPa;實施例9-10的材料屈服強度為497MPa、 499MPa，抗拉強度為664MPa、668MPa，實施例11-12的材料屈服強度為503MPa、505MPa，抗拉 強度為680MPa、686MPa。
[0029] 從表1中各實施例的成份及力學性能來看，對材料力學性能具有影響的首先在于 鋼材料元素的組成，其次在于各元素的含量，再次對于各元素用量的比例或用量和，例如實 施例7-8對于Ti、Nb和V的用量之和及比例進行調節，實施例9-10對Cr、Mo和Ni的用量之和以 及比例進彳丁調節，可以進一步提尚型材的力學性能。
[0030] 以上實施例僅用于說明而非限制本申請的技術方案，本領域技術人員應當理解， 依然可以對本申請進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局 部替換，均應涵蓋在本申請的權利要求范圍之中。
【主權項】
1. 一種Η型鋼，其化學成份組成為：C:不超過0.015%，Si :0.20-0.35%，Mn:不超過 1.00%，Cu:不超過0.20%，Ti、Nb、V中的至少一種，Cr、Mo、Ni中的至少一種，PS0.015%，S <0.015%，其余為鐵及不可避免的雜質元素。2. -種權利要求1所述的Η型鋼的生產方法，其特征在于生產步驟包括:預處理，冶煉， 精煉，連鑄，乳制，后處理。
【專利摘要】本申請提供一種H型鋼，其化學成份組成為：C：不超過0.015％，Si：0.20-0.35％，Mn：不超過1.00％，Cu：不超過0.20％，Ti、Nb、V中的至少一種，Cr、Mo、Ni中的至少一種，P≤0.015％，S≤0.015％，其余為鐵及不可避免的雜質元素。本申請得到的H型鋼與現有技術相比，具有良好的屈服強度和抗拉強度，特別適用于高層建筑及超大結構建筑；鋼材所使用的合金化元素用量少，減少生產成本；并且工藝簡單，合金回收利用率高，生產效率良好，適于大規模生產。
【IPC分類】C22C33/04, C22C38/14, C22C38/02, C22C38/16, C22C38/04, C22C38/12, C22C38/18, C22C38/08
【公開號】CN105568139
【申請號】CN201610116574
【發明人】馬林軍, 楊海西, 曹喜兵, 李宏亮
【申請人】河北敬業鋼結構有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年3月2日