CN104004957B - 利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用h型钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法，该方法依次包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、异形坯连铸、加热、轧制和冷却工序，其中：在所述转炉冶炼工序中，在出钢前将Si成分的含量调整到0.05-0.25wt％；在所述LF精炼工序中，钢包进精炼工位后即加入锆铁、喂入钛线。本发明通过合理的氧化物冶金技术，控制钢中非金属夹杂物，在不改变原有的小压缩比低温用H型钢生产工艺的情况下改善铸坯及产品组织的均匀性和致密性，从而改善异型坯轧制小压缩比低温用H型钢常出现的低温性能及力学性能较差甚至不合格问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种热轧H型钢生产技术领域，特别涉及一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法。
背景技术
H型钢力学分布合理、断面截面系数大、承载能力大，便于拼装与铆焊，是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，已得到了广泛应用。随着社会进步及科技发展，各种建筑、结构对钢材的各项性能要求也越来越高，特别是在保证结构的稳定性、安全性方面提出了极高的要求。目前的低温钢产品主要是板材，对于要求具有耐低温冲击性能的H型钢产品大多采取焊接方法获得，而在焊接过程中，焊接热影响区及焊缝的性能指标的降低在所难免，另外加工焊接过程也要产生一定的费用，同时焊缝位置的性能测定、探伤均需要费用，施工工期也被延长了。
现代H型钢生产为显著提高生产效率、提高收得率，常采用异型坯连铸或近终型异型坯连铸技术。采用异型坯轧制型钢产品能够提高轧机的轧制能力从而提高产量，但对于生产厚规格产品，由于受铸坯尺寸的影响，往往压缩比偏低，从而导致铸坯偏析和中心疏松等缺陷得不到有效减轻或改善。此外，由于型钢产品形状的复杂性要均匀的控冷尚缺乏有效的手段。因此，业界在生产耐低温冲击型钢或小压缩比耐低温冲击型钢的产品时都存在性能不稳定、合格率低的缺陷。
为了解决上述问题，业界提出了各种解决方案，比如在冶金过程中添加Ni、B,通过微合金化弥补性能的不足，但该方案因Ni的添加使热轧过程中的氧化铁皮难以去除而影响产品表面质量；亦有厂商在生产线上增设控制冷却装备，通过控轧控冷改善组织从而提高产品性能，但该方案投资大、后期维护成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法。
本发明的生产方法针对型钢产品生产特点，通过合理选择和添加微量合金元素，控制钢中非金属夹杂物，使其作为新相非均匀形核的核心或起到钉扎晶界的作用，从而利用钢中的非金属夹杂物控制钢材的组织、提高性能。将氧化物冶金技术应用于改善小压缩比低温用H型钢，获得所需的氧化物种类、大小及其分布是关键，细小而弥散分布的氧化物质点有利于促进新相形核和钉扎晶界。小压缩比低温用H型钢生产工艺依次包括铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-异形坯连铸机等，氧化物的最终产物与钢液中C、O等含量有关，其中氧含量通过转炉控Si含量可间接反映，而且与脱氧元素、合金元素及添加顺序有关。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法，依次包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、异形坯连铸、加热、轧制和冷却工序，其中：
在所述转炉冶炼工序中，在出钢前将Si成分的含量调整到0.05-0.25wt％；
在所述LF精炼工序中，钢包进精炼工位后即加入锆铁、喂入钛线，加入锆铁的量控制在0.07-0.1kg/吨钢水，喂入钛线的量控制在0.4-0.8m/吨钢水；
所述方法得到的H型钢按重量百分比由以下化学成分组成：C0.12-0.20％、Si0.10-0.30％、Mn1.15-1.70％、P≤0.025％、S≤0.010％、Nb≤0.02％、Cu≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明采用转炉将铁水熔炼并在出钢前将Si的成分调整到0.05wt％-0.25wt％，在钢包进精炼工位后即喂线，喂入上述成分后即生成弥散细小分布的复合夹杂物，如图7所示，这些细小的夹杂物，一方面可以促进奥氏体形核，另一方面可以钉扎晶界阻止组织长大。通过本发明氧化物冶金工艺获得的氧化物类型是细小而弥散分布的氧化物质点，有利于促进新相形核和钉扎晶界，为保证氧化物冶金工艺获得优良效果，需在转炉、精炼工序中有针对性的实施生产过程。在本发明中，由于是微量的Zr和Ti，因此在成分检测时对二者不做要求，甚至无法检测到。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述铁水预处理工序中，将铁水送到脱硫站，脱硫后保证铁水中含硫量≤0.008wt％(比如0.005wt％、0.006wt％、0.007wt％)。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述异形坯连铸工序中，所述连铸坯翼缘厚度为60-80mm、拉速为≤1.0m/min(比如0.7m/min、0.8m/min、0.9m/min)。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述加热工序中，所述连铸钢坯的均热温度为1200℃-1300℃(比如1210℃、1230℃、1250℃、1260℃、1280℃、1295℃)。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述轧制工序中，开坯轧制的开轧温度为1150℃以上(比如1150℃、1180℃、1200℃、1240℃、1260℃、1280℃)，万能连轧机组的开轧温度不低于970℃(比如970℃、1000℃、1020℃、1050℃、1070℃、1090℃)，成品终轧温度不高于920℃(比如800℃、820℃、850℃、880℃、900℃、910℃)。更优选地，所述开坯轧制的开轧温度为1150-1250℃，万能连轧机组的开轧温度970-1100℃，成品终轧温度850-920℃。
本发明通过弥散强化和细晶强化的综合作用，改善钢材性能尤其是耐低温冲击性能。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述小压缩比是指压缩比不大于3.5(比如2、2.5、3、3.4)。
本发明中未涉及的工艺步骤采用本领域常规工艺。
与现有技术相比，本发明通过合理的氧化物冶金技术，控制钢中非金属夹杂物，在不改变原有的小压缩比低温用H型钢生产工艺的情况下改善铸坯及产品组织的均匀性和致密性，从而改善异型坯轧制小压缩比低温用H型钢常出现的低温性能及力学性能较差甚至不合格问题。尤其使小压缩比低温用H型钢获得优异的耐低温冲击性能较业界为解决此类问题常采用的添加Ni合金的方法具有操作简单、成本低、不影响产品表面质量且不增加轧钢过程除鳞难度等优势，是现有装备技术条件下，异型坯实现稳定生产小压缩比低温用H型钢的有效方法。本发明还具有以下优点：易于在生产现场实施；操作过程简单、直接；合金成分控制精确；成本较低。
附图说明
图1是实施例所述连铸异型坯的低倍组织照片；
图2是对比例所述连铸异型坯的低倍组织照片；
图3是实施例所述连铸异型坯的金相组织照片；
图4是对比例所述连铸异型坯的金相组织照片；
图5是实施例所述连铸异型坯的夹杂物分布图；
图6是对比例所述连铸异型坯的夹杂物分布图；
图7是实施例所述连铸异型坯的夹杂物扫描电镜图，其中，(a)夹杂物分布图；(b)ZrO2-TiOX；(c)TiOX-ZrO2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例、对比例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例
采用本领域常用的120吨冶炼设备，异型坯连铸设备，按表1中相应成分及合金含量，采用氧化物冶金技术进行冶炼，并连铸为异型坯，然后经加热炉加热、轧制、冷却和矫直获得本发明的小压缩比低温用H型钢。具体生产方法如下：
1)铁水预处理：将铁水送到脱硫站，脱硫后保证铁水中含硫量≤0.008wt％；
2)转炉冶炼：在出钢前将Si成分的含量调整到≤0.15wt％；转炉出钢过程中加入碳化钙进行脱氧，并在转炉出钢过程中加入锰铁合金、铌铁合金；在转炉中随废钢加入Cu；
3)LF精炼：钢包进站，先接氩气管，氩气吹开后，测温、定氧后，加锆铁10KG/炉、喂钛线70m/炉，喂线速度为4m/s；
4)异形坯连铸工序中，连铸钢坯尺寸为555×440×90×70(腹板高度×翼缘宽度×腹板厚度×翼缘厚度)，拉速为0.9m/min，获得的连铸异型坯低倍组织见图1、金相照片见图3、夹杂物整体分布情况见图5；
5)加热：连铸钢坯的均热温度为1250℃，加热时间为3h；
6)轧制：所述开坯轧制的开轧温度为1200℃，万能连轧机组的开轧温度1000℃，成品终轧温度900℃；
7)冷却和矫直：水冷后送至冷床上进行自然冷却，产品温度降至80-120℃后进矫直机进行矫直，轧材成品规格为H428×407×20×20(单位：mm)，压缩比为3.5，力学性能见表2。
从图7中可知，复合夹杂物中含有Ti、Zr的含量，尺寸小于1μm，形貌呈球形，复合夹杂物内部以ZrO2为主，而外部则以TiOX为主。
采用本实施例的方法共生产30个H型钢成品，其表2中的低温性能及力学性能均100％合格。
对比例
采用与实施例中相同的冶炼、异型坯连铸设备，按表1中相应成分及合金含量，采用业界为解决小压缩比低温用H型钢耐低温冲击性能不稳定而使用的Ni-B微合金化冶炼方案(具体如下)，连铸出与实施例中规格相同的异型坯，然后经与实施例中相同的加热炉加热、轧制制度以及冷却和矫直工序。
该对比例中冶炼和精炼工序如下：
1)铁水预处理：将铁水送到脱硫站，脱硫后保证铁水中含硫量≤0.008wt％；
2)转炉冶炼：在出钢前将Si成分的含量调整到≤0.15wt％；出钢过程中添加适量的Ni合金；
3)LF精炼：软吹之前喂入适量B线；
4)异形坯连铸工序中，连铸钢坯尺寸为555×440×90×70(腹板高度×翼缘宽度×腹板厚度×翼缘厚度)拉速为0.9m/min。
本实施例得到H型钢成品的规格与实施例相同，力学性能见表2，其连铸坯低倍组织见图2、金相照片见图4、夹杂物整体分布情况见图6。
表1实施例和对比例钢的化学成分
| 成分 | C | Si | Mn | P | S | Nb | Ni | Cu | Ti | Zr | B |
| 实施例 | 0.12 | 0.13 | 1.25 | 0.011 | 0.008 | 0.015 | - | 0.02 | 0.007 | 0.004 | - |
| 对比例 | 0.14 | 0.14 | 1.24 | 0.014 | 0.005 | 0.018 | 0.437 | 0.019 | - | - | 0.006 |
表2实施例和对比例钢的力学性能
其中，表2中力学性能所用的试样取样位置在H型钢翼缘上，由边部到心部1/3处，参照标准为GB/T2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》；屈服强度、抗拉强度、延伸率的试验方法参照标准国标GB/T228-2010；冲击功试验方法参照标准国标GB/T229-2007。
采用对比例的方法共生产30个H型钢成品，其表2中的低温性能及力学性能仅60％合格。
通过图1和图2的对比可知，通过实施锆钛处理工艺，本发明实施例的铸坯中心疏松和偏析缺陷得到明显改善、均匀性和致密性显著提高。
通过图3和图4的对比可知，本发明实施例的产品带状组织明显改善，晶粒更细小。
通过图5和图6的对比可知，本发明实施例的产品夹杂物尺寸更小，分布弥散。
综合对比例与实施例，本发明可以改善铸坯质量、细化晶粒组织，并且明显提高H型钢耐低温冲击性能。通过合理的氧化物冶金技术克服型钢轧制尤其是异型坯轧制、小压缩比或耐低温的H型钢难以克服的低温性能不稳定等问题，是有效、便捷而实用的方案，在H型钢生产领域具有重要的意义。
Claims (6)
1.一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法，其特征在于，依次包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、异形坯连铸、加热、轧制和冷却工序，其中：
在所述转炉冶炼工序中，在出钢前将Si成分的含量调整到0.05-0.25wt％；
在所述LF精炼工序中，钢包进精炼工位后即加入锆铁、喂入钛线，加入锆铁的量控制在0.07-0.1kg/吨钢水，喂入钛线的量控制在0.4-0.8m/吨钢水；
所述方法得到的H型钢按重量百分比由以下化学成分组成：C0.12-0.20％、Si0.10-0.30％、Mn1.15-1.70％、P≤0.025％、S≤0.010％、Nb≤0.015％、Cu≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述小压缩比是指压缩比小于3.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述铁水预处理工序中，将铁水送到脱硫站，脱硫后保证铁水中含硫量≤0.008wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述异形坯连铸工序中，所述连铸坯翼缘厚度为60-80mm、拉速为≤1.0m/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热工序中，所述连铸钢坯的均热温度为1200℃-1300℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述轧制工序中，开坯轧制的开轧温度为1150℃以上，万能连轧机组的开轧温度不低于970℃，成品终轧温度不高于920℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，更优选地，所述开坯轧制的开轧温度为1150-1250℃，万能连轧机组的开轧温度970-1100℃，成品终轧温度850-920℃。
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