CN101845587B - 屈强比≤0.8的热轧u型钢板桩用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法，其化学成分及重量百分比为：C 0.12～0.20％、Mn 1.0～1.8％、Si 0.22～0.5％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.01～006％、V 0.02％～0.18％、Ca 0.001～0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质，其生产方法，步骤：进行冶炼；进行转炉精炼；在转炉精炼结束前5-10分钟时按照3-5米/吨钢开始加入Al线；在转炉精炼结束前2.5～7分钟时按照3-10米/吨钢开始加入Si-Ca线；进行连铸；将连铸坯加热到1150-1250℃；进行轧制。

Description

屈强比≤0.8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，具体属于屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

背景技术

钢板桩于20世纪初在欧洲开始生产，1903年，日本首次通过进口在三井本馆的挡土施工中采用，基于钢板桩特殊的使用性能，1923年，日本在关东大震灾修复工程中大量进口采用。由于钢板桩具有较大的市场潜力和发展前景，1931年，日本于国内开始生产。钢板桩有冷弯薄壁轻型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。

钢板桩具有很多的独特功能和优势，因而它的用途非常广泛，比如在永久性结构建筑上，可用于码头、卸货场、堤防护岸、护墙、档土墙、防波堤、导流堤、船坞、闸门等等；在临时性结构物上，可用于封山、临时扩岸、断流、建桥围堰、大型管道铺设临时沟渠开挖的挡土、挡水、挡沙墙等；在抗洪抢险上，可用于防洪、防塌方、防塌陷、防流沙等。钢板桩是用作护岸、岸壁和港口、河流的固定设施。1995年，日本发生了兵库县南部地震。地震中，各种基础设施受到了严重的损坏，包括港口和河流的设备。损害也成为了机遇，此后，有关基础设施在抗震的安全性方面受到了人们的重视，钢板桩作为固定设施在抗震性能方面没有受到重视。因此为了提高固定设施的抗震性，就要求热轧钢板桩具有较低的屈强比。在严酷的变形负荷下，热轧钢板桩的塑性变形一致性是关键，而提高塑性变形性能的有效方法是降低钢的屈强比。屈强比越低，材料从开始塑性变形到最终断裂所需要的形变量越大，因而提高了其塑性变形能力，可有效缓解因过载而产生的应力集中，使建筑构件吸收较多的地震能。反之若屈强比过高则会导致由于局部大变形而造成的超载失稳。从这个角度出发，屈强比越低就越安全，因此开发低屈强比热轧钢板桩已是当务之急。

欧洲最新热轧钢板桩标准BS EN 1993-5：2007和美标A 572/A 572M-07中规定了钢板桩的型号、钢板桩的抗拉强度及屈服强度等指标。日本标准JIS A 5528：2006和中国国家标准GB/T20933-2007同样也只是给出了热轧钢板桩的化学成分、截面参数、抗拉强度及屈服强度等指标。

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，提供一种屈强比小于0.8、用作护岸、岸壁和港口、河流固定设施，尤其用于固定建筑物防震及抗震救助固定建筑物的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.12～0.20％、Mn 1.0～1.8％、Si 0.22～0.50％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.01～0.06％、V 0.02～0.18％、Ca 0.001～0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于：Ca的重量百分比为0.002～0.005％。

一种屈强比小于的热轧钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1640～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在30～55分钟；在开始转炉精炼时，按照60～120公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前5～10分钟时按照3～5米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前2.5～7分钟时按照3～10米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为0.5～4％；

6)将连铸坯加热到1150～1250℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在10～20％，控制粗轧累计压下率为50～80％，控制精轧累计压下率为25～45％。

本发明中每个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0.12～0.20％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1.0～1.8％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、屈服强度和屈强比，故Si含量尽不宜过高，故控制在0.22～0.50％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≤0.020％。

V：钒的碳氮化物在铁素体中以细小弥散的形式均匀析出，可显著提高材料的抗拉强度而屈服强度增加不明显，有效降低了材料的屈强比。

Als：Al是用作炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难熔AlN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，Al的含量过低，细化铁素体晶粒作用不明显，Al的含量过高，会使钢液的流动性降低，形成的大量Al₂O₃会在水口处结瘤，从而堵塞水口。因此将Als含量控制在0.01～0.06％范围内。

Ca：Ca既可以脱氧也可以脱硫，可以净化钢液，提高钢的纯净度，使钢中的MnS球化，发挥材料的潜能，同时Ca可以增加C在晶界的偏聚，从而降低S的偏聚，有效减少了由于S的偏聚对冲击性能的影响，此外微量的钙可以阻止有害组织魏氏体的生成，但其含量过高时，易形成粗大的非金属夹杂物。故Ca含量控制在0.001～0.008％范围内。

本发明通过优化成分及生产工艺，屈强比小于0.8，晶粒度≥6级，有效提高了热轧钢板桩作为固定设施的抗震性，是用作护岸、岸壁和港口、河流等固定设施，尤其用于固定建筑物防震的钢种，其生产工艺简单，利于推广。

具体实施方式

实施例1

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.12％、Mn 1.0％、Si 0.22％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.01％、V 0.02％、Ca 0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产屈强比小于0.8的热轧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1640～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在30分钟；在开始转炉精炼时，按照60公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前5分钟时按照3米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前2.5分钟时按照3米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为0.5％；

6)将连铸坯加热到1150～1165℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在10％，控制粗轧累计压下率为50％，控制精轧累计压下率为25％。

实施例2

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.145％、Mn1.2％、Si 0.28％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.019％、V 0.093％、Ca 0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产屈强比小于0.8的热轧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1650～1665℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在40分钟；在开始转炉精炼时，按照75公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前6.5分钟时按照4.5米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前4分钟时按照5米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为1.5％；

6)将连铸坯加热到1170～1185℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在12％，控制粗轧累计压下率为60％，控制精轧累计压下率为30％。

实施例3

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.165％、Mn1.45％、Si 0.36％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.038％、V 0.12％、Ca 0.0046％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产屈强比小于0.8的热轧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1650～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在50分钟；在开始转炉精炼时，按照93公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前7分钟时按照4.0米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前5分钟时按照6.5米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为2.5％；

6)将连铸坯加热到1185～1200℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在15％，控制粗轧累计压下率为70％，控制精轧累计压下率为36％。

实施例4

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.186％、Mn1.6％、Si 0.42％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.049％、V 0.156％、Ca 0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产屈强比小于0.8的热轧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1645～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在48分钟；在开始转炉精炼时，按照110公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前8.5分钟时按照4.5米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前6分钟时按照8米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为3.2％；

6)将连铸坯加热到1205～1220℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在18％，控制粗轧累计压下率为75％，控制精轧累计压下率为42％。

实施例5

屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.2％、Mn 1.8％、Si 0.5％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.06％、V 0.18％、Ca 0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产屈强比小于0.8的热轧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1650～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在55分钟；在开始转炉精炼时，按照120公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前10分钟时按照5米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前7分钟时按照10米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为3.2％；

6)将连铸坯加热到1235～1250℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在20％，控制粗轧累计压下率为80％，控制精轧累计压下率为45％。

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

实施例	屈强比(ReL/Rm)	A(％)	晶粒度(级)
				1	0.62	30	8
2	0.68	25	6.5
				3	0.65	28	7
4	0.70	26	7.5
				5	0.71	24	7

Claims (2)

1.屈强比小于0.8的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.12～0.20％、Mn 1.0～1.8％、Si 0.22％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.06％、V 0.02～0.18％、Ca 0.006～0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.一种生产权利要求1所述的屈强比小于0.8的热轧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1640～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在30～55分钟；在开始转炉精炼时，按照60～120公斤/吨钢加入铝锰铁合金；

3)在转炉精炼结束前5～10分钟时按照3～5米/吨钢开始加入Al线；

4)在转炉精炼结束前2.5～7分钟时按照3～10米/吨钢开始加入Si-Ca线；

5)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1585℃，并电磁搅拌始终；连铸坯的动态压下量为0.5～4％；

6)将连铸坯加热到1150～1250℃；

7)进行轧制：控制每道次压下率在10～20％，控制粗轧累计压下率为50～80％，控制精轧累计压下率为25～45％。