專利名稱：一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋h型鋼用鋼及其軋制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低合金鋼領域，尤其涉及一種經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼及 其軋制方法。
背景技術：
高強度耐候鋼是指屈服強度^ 450MPa的耐候鋼，這類鋼主要用在特種集裝箱、橋 梁及高速火車車箱的制造上，在減重、提速、增加貨運量、延長設備使用壽命和降低物流成 本方面都起著重要的作用。特別是隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鐵路運輸行業(yè)向客運高速化、 貨運重載化方向邁進，迫切需要高強度、高韌性、高耐候性的熱軋H型鋼。由于高耐候鋼在 要求高的耐候性的同時，還要求高的強度級別、優(yōu)良的低溫沖擊韌性和焊接性能，因此對冶 金工藝過程和設備控制水平要求很高。 國際標準組織ISO 4952標準中牌號S355WP為熱軋板或型鋼，化學成分的質(zhì)量 百分比(wt% )為C《0. 12， Si :0. 20 0. 75， Mn《1. 00， P :0. 06 0. 15， S《0. 035， Cr :0. 30 1. 25， Cu :0. 25 0. 55， Ni《0. 65，可以加入Nb、 V、 Ti、 Al等微合金元素；要 求屈服強度^ 355MPa，抗拉強度^ 470 630MPa，其中D級鋼-2(TC縱向V型缺口沖擊功 要求大于等于27J。 ISO 4952標準中牌號S390WP為熱軋板或型鋼，化學成分的質(zhì)量百分 比(wt % )為C《0. 12， Si :0. 15 0. 65， Mn《1. 40， P :0. 07 0. 12， S《0. 035， Cr : 0. 30 1. 25， Cu :0. 25 0. 55， Ni《0. 65，可以加入Nb、 V、 Ti、 Al等微合金元素；要求屈 服強度^ 390MPa，抗拉強度^ 490 650MPa，其中D級鋼-2(TC縱向V型缺口沖擊功要求大 于等于27J。 ISO 4952標準中牌號S460W為熱軋板或型鋼，化學成分的質(zhì)量百分比(wt% ) 為C《0. 20， Si :0. 15 0. 65， Mn《1. 40， P《0. 04， S《0. 035， Cr :0. 40 0. 80， Cu : 0. 25 0. 55， Ni《0. 65，可以加入Nb、 V、 Ti、 Al等微合金元素;要求屈服強度^ 460MPa， 抗拉強度^ 570 730MPa，其中D級鋼-2(TC縱向V型缺口沖擊功要求大于等于27J。但基 于熱軋H型鋼軋制工藝生產(chǎn)屈服強度450MPa以上的高強耐候熱軋H型鋼還未見報道。
我國從20世紀60年代起廣泛研制耐候鋼，已開發(fā)出一批鋼號，其中有Cu-P系 列、Cu-P-Re系列、Cu-P-Cr-Ni系列。國內(nèi)的耐大氣腐蝕用鋼有GB/T4172《焊接結構用 耐候鋼》和GB/T4171《高耐候結構鋼》兩個標準中的Q235NH、 Q295NH、 Q355NH、 Q460NH和 Q295GNH、 Q295GNHL、 Q345GNH、 Q345GNHL、 Q390GNH等9個牌號，質(zhì)量等級分別有C級、D級 和E級。其中焊接結構用耐候鋼屈服強度級別最高為460MPa，高耐候結構鋼屈服強度級別 最高為390MPa。焊接結構用耐候鋼質(zhì)量等級最高為E級，規(guī)定-4(TC縱向V型缺口沖擊功 Q235NH Q355NH不小于27J， Q460NH不小于31J。而高耐候結構鋼沒有細分質(zhì)量等級，V型 缺口沖擊試驗為可選項，只有用戶要求時才做檢驗，沖擊試驗的溫度有ot:和_201:兩種， 具體試驗溫度在合同中約定，沖擊功的平均值要求不小于27J。 近年，國內(nèi)鞍鋼、寶鋼、武鋼和攀鋼等已開發(fā)出400MPa 550MPa級高強度耐大氣 腐蝕鋼板和310乙字型鋼，并已在國內(nèi)鐵路車輛上得到廣泛應用。但平車大梁采用的耐大
3氣腐蝕H型鋼的強度級別仍然維持在345MPa級，其鋼種有09CuPTiRE和09CuPCrNi ，主要耐 大氣腐蝕的指標為與普通Q235B鋼相比，相對腐蝕速率《65%。與一般建筑用鋼不同的 是，我國鐵路車輛運行時南北四季溫差大，運行時沖擊載荷大，因此造車用鋼材對低溫韌性 提出了較高的要求，如目前大量使用的09CuPTiRE和09CuPCrNi要求_40°C V型缺口沖擊功
> 21J，硫化物類和氧化鋁類夾雜物的級別分別不大于2. 5級和2級。 綜上所述，高強耐候鋼的研究與開發(fā)生產(chǎn)在國內(nèi)外板材等生產(chǎn)流程上，從成分設 計的種類到生產(chǎn)工藝控制技術已基本成熟，已開發(fā)生產(chǎn)出不同成分系列的高強耐候鋼，強 度級別已達到450MPa以上。但基于熱軋H型鋼軋制工藝采用V、Nb微合金化技術生產(chǎn)屈服 強度450MPa以上的高強耐候熱軋H型鋼的成分設計和工藝在國內(nèi)外還未見報道，特別是經(jīng) 濟型高強度耐候鋼。由于H型鋼軋制變形非常不均勻，軋制V、Nb微合金化耐候鋼時非常容 易出現(xiàn)混晶，從而導致低溫沖擊韌性偏低，因此需要在冶金成分設計以及工藝控制上采取 新的設計和工藝路線；同時，需要通過冶金成分優(yōu)化設計以及工藝優(yōu)化控制，以較低成本生 產(chǎn)適合于熱軋H型鋼軋制工藝的經(jīng)濟型高強度高韌性高耐候熱軋H型鋼，以滿足市場需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種采用鈮+釩復合微合金化技術生產(chǎn)屈服
強度450MPa以上的經(jīng)濟型高強度高韌性高耐候熱軋H型鋼用鋼及其軋制方法。 本發(fā)明的技術方案是在保證一定的P含量的基礎上，適當降低C、Cr、Ni含量，提
高Si、 Mn含量，加入適量的鋁、釩和鈮，通過控制軋制工藝獲得經(jīng)濟型高強度高韌性高耐候
熱軋H型鋼。 本發(fā)明一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼，化學成分的質(zhì)量百分 比(wt% )為C :0. 07 0. 12， Si :0. 30 0. 55， Mn :1. 30 1. 55， P :0. 020 0. 045 :S : 0. 001 0. 010， Cu :0. 25 0. 35， Cr :0. 20 0. 30， Ni :0. 15 0. 30， V :0. 04 0. 08 :Nb : 0. 02 0. 05 ;Als :0. 006 0. 030，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。 本發(fā)明一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼的軋制工藝為鑄坯步進 式加熱爐加熱、"開坯機BD-三機架萬能連軋機組(即萬能粗軋機UK1+軋邊機E+萬能粗軋 機Uj-萬能精軋機Uf"串列可逆軋制、熱鋸、冷卻、矯直、堆垛。工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度 1195 1225°C ;開坯機開軋溫度1100 115CTC ;開坯機終軋溫度980 103CTC ;萬能粗 軋機開軋溫度900 950°C ;萬能精軋機終軋溫度800 870°C ;萬能軋制區(qū)控制總壓下率
> 50%。 本發(fā)明通過合理的化學成分設計，加上控制H型鋼軋制時的工藝參數(shù)，利用氮化 鋁、碳氮化釩、碳氮化鈮等納米尺寸析出物對晶粒的細化作用與析出強化的原理，可獲得高 強度、高韌性、高耐候性和良好的焊接性能的熱軋H型鋼。同時，由于鋼的冶金成分較簡單， 合金化生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟實用，是用于制作鐵道車輛、貨運半掛車和其它需要高強度耐候 鋼的工業(yè)設施建設的理想熱軋H型鋼。
具體實施例方式
本發(fā)明一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼，化學成分的質(zhì)量百分 比(wt% )為C :0. 07 0. 12， Si :0. 30 0. 55， Mn :1. 30 1. 55， P :0. 020 0. 045 :S :0. 001 0. 010， Cu :0. 25 0. 35， Cr :0. 20 0. 30， Ni :0. 15 0. 30， V :0. 04 0. 08 :Nb : 0. 02 0. 05 ;Als :0. 006 0. 030，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。 從以上的化學成分的質(zhì)量百分比可以看出，本發(fā)明鋼的成分在保證一定的P含量 的基礎上，適當降低Cr、Ni含量；同時通過鋁、釩和鈮的加入提高其耐候性。既保證了經(jīng)濟 性，又保證了耐候性。另外，在適當降低C含量的基礎上，適當提高Si、Mn含量，同時加入適 量的鋁、釩和鈮，以保證其強度、低溫韌性和焊接性能。 為了進一步保證此種鋼有良好的焊接性能，在以上化學成分范圍的基礎上增加了 Ceq的控制，Ceq = C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15， Ceq的范圍《0. 47%，其中的C、Mn、 Cr、V、Mo、Cu、Ni是指七種元素的質(zhì)量百分比。 本發(fā)明一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼的軋制工藝為鑄坯步進 式加熱爐加熱、"開坯機BD-三機架萬能連軋機組(即萬能粗軋機UK1+軋邊機E+萬能粗軋 機UK2)-萬能精軋機Uf"串列可逆軋制、熱鋸、冷卻、矯直、堆垛。 利用H型鋼生產(chǎn)線軋機呈"開坯機BD-三機架萬能連軋機組(即萬能粗軋機"1+ 軋邊機E+萬能粗軋機UK2)-萬能精軋機Uf "三列布置特點，對V+Nb微合金化鋼種采用的軋 制工藝為 根據(jù)保證該鋼原始奧氏體晶粒不嚴重粗化并保證鈮和釩的碳氮化物充分溶解、 同時保證含銅鋼不產(chǎn)生表面龜裂的原則，確定了合適的加熱制度；BD開坯區(qū)采用再結晶區(qū) 控軋，控制開坯區(qū)終軋溫度，使奧氏體晶粒不混晶并一次細化；萬能軋制區(qū)控制總壓下率 (> 50% )和終軋溫度，使奧氏體晶內(nèi)產(chǎn)生足夠均勻的變形帶，鐵素體在晶內(nèi)及變形帶上形 核，使晶粒二次細化，并使鈮和釩的碳氮化物彌散析出，達到強化兼韌化的目的。
H型鋼軋制工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度1195 1225°C ;開坯機開軋溫度1100 1150°C ;開坯機終軋溫度980 1030°C ;萬能粗軋機開軋溫度900 950°C ;萬能精軋機終 軋溫度800 870°C ;萬能軋制區(qū)控制總壓下率^ 50%。 以下的實施例用于闡述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于以下實施例。
本發(fā)明熱軋H型鋼的成分、主要生產(chǎn)工藝參數(shù)與性能的實施例如下
實施例1 : 鋼水化學成分的質(zhì)量百分比(Wt% )為:C :0. 07 ;Si :0. 39 ;Mn :1. 51 :P :0. 024 ;S :
0. 002 ;Cu :0. 25 ;Cr :0. 26 ;Ni :0. 26 ;V :0. 07 ;Nb :0. 04 :Als :0. 015。 H型鋼軋制工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度1220°C ;開坯機開軋溫度1120°C ;開坯機終
軋溫度IOO(TC ;萬能粗軋機開軋溫度940°C ;萬能精軋機終軋溫度845°C ;萬能軋制區(qū)控制 總壓下率^ 50%。 H型鋼(規(guī)格為600mmX200mmX 11mmX 17mm)性能指標是ReL為495MPa， Rm為 605MPa，A為26X，-4(TC縱向AKV為285J，實際晶粒度為10. 0級，相對腐蝕率是Q345B鋼的 52. 3%。
實施例2 : 鋼水化學成分的質(zhì)量百分比(Wt% )為:C :0. 09 ;Si :0. 48 ;Mn :1. 43 ;P :0. 038 ;S :
0. 003 ;Cu :0. 28 ;Cr :0. 27 ;Ni :0. 21 ;V :0. 05 ;Nb :0. 05 :Als :0. 026。 H型鋼軋制工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度1225°C ;開坯機開軋溫度1125°C ;開坯機終
軋溫度IOI(TC ;萬能粗軋機開軋溫度940°C ;萬能精軋機終軋溫度855°C ;萬能軋制區(qū)控制
5總壓下率^ 50%。 H型鋼(規(guī)格為600mmX200mmX 11mmX 17mm)性能指標是ReL為490MPa， Rm為 595MPa， A為27%， -4(TC縱向AKV為225J，實際晶粒度為9. 5級，相對腐蝕率是Q345B鋼的 54. 3%。
實施例3 : 鋼水化學成分的質(zhì)量百分比(Wt% )為:C :0. 11 ;Si :0. 44 ;Mn :1. 39 ;P :0. 029 ;S :
0. 008 ;Cu :0. 33 ;Cr :0. 24 ;Ni :0. 25 ;V :0. 08 ;Nb :0. 03 ;Als :0. 008。
H型鋼軋制工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度1195°C ;開坯機開軋溫度1105°C ;開坯機終
軋溫度980°C ;萬能粗軋機開軋溫度915°C ;萬能精軋機終軋溫度815°C ;萬能軋制區(qū)控制總 壓下率》50%。 H型鋼(規(guī)格為630mmX200mmX 13mmX20mm)性能指標是ReL為475MPa， Rm為 575MPa，A為29%，-40"縱向A^為214J，實際晶粒度為IO.O級，相對腐蝕率是Q345B鋼的
53. 8%。
實施例4 : 鋼水化學成分的質(zhì)量百分比(Wt% )為:C :0. 12 ;Si :0. 45 ;Mn :1. 38 ;P :0. 044 ;S : 0. 005 ;CU :0. 30 ;Cr :0. 30 ;Ni :0. 18 ;V :0. 08 ;Nb :0. 03 ;Als :0. 010。 H型鋼軋制工藝參數(shù)為鑄坯均熱溫度1220°C ;開坯機開軋溫度1130°C ;開坯機終 軋溫度1015°C ;萬能粗軋機開軋溫度925°C ;萬能精軋機終軋溫度865°C ;萬能軋制區(qū)控制 總壓下率》50%。 H型鋼(規(guī)格為630mmX200mmX 13mmX20mm)性能指標是ReL為485MPa， Rm為 585MPa， A為28%， -4(TC縱向AKV為255J，實際晶粒度為9. 0級，相對腐蝕率是Q345B鋼的
54. 8%。 在軋制工藝控制穩(wěn)定的情況下，采用本發(fā)明的鋼種成分和方法可獲得鐵素體晶 粒度在8級以上的細晶粒鋼，熱軋H型鋼的性能指標是屈服強度> 450MPa，抗拉強度 Rm > 550MPa，斷后伸長率A > 21%，_40"縱向AKV > 80J，相對腐蝕率《55% (對比鋼種為 Q345B鋼)。H型鋼翼緣厚度范圍為10 30mm。 采用本發(fā)明生產(chǎn)的熱軋H型鋼，由于強度較高、低溫韌性和焊接性能良好、耐候性 高，所以可節(jié)省鋼材、降低建造成本、增加建筑的安全性，同時綠色環(huán)保。
權利要求
一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼，其特征在于化學成分的質(zhì)量百分比(wt％)為C0.07～0.12，Si0.30～0.55，Mn1.30～1.55，P0.020～0.045；S0.001～0.010，Cu0.25～0.35，Cr0.20～0.30，Ni0.15～0.30，V0.04～0.08；Nb0.02～0.05；Als0.006～0.030，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼，其特征在于碳當量Ceq的范圍為《0. 47X，碳當量Ceq = C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，其中的C、Mn、Cr、V、Mo、Cu、Ni是指七種元素的質(zhì)量百分比。
3. 權利要求1、2所述的一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼的軋制工藝為鑄坯步進式加熱爐加熱、"開坯機BD-三機架萬能連軋機組UK1EUK2-萬能精軋機Uf"串列可逆軋制、串列可逆軋制、熱鋸、冷卻、矯直、堆垛，其特征在于鑄坯均熱溫度1195 1225°C ;開坯機開軋溫度1100 1150°C ;開坯機終軋溫度980 1030°C ;萬能粗軋機開軋溫度900 950°C ;萬能精軋機終軋溫度800 870°C ;萬能軋制區(qū)控制總壓下率》50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鈮釩經(jīng)濟型高強度高耐候熱軋H型鋼用鋼，其特征在于化學成分的質(zhì)量百分比(wt％)為C0.07～0.12，Si0.30～0.55，Mn1.30～1.55，P0.020～0.045，S0.001～0.010，Cu0.25～0.35，Cr0.20～0.30，Ni0.15～0.30，V0.04～0.08，Nb0.02～0.05，Als0.006～0.030，其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了此種H型鋼用鋼的軋制方法，鑄坯均熱溫度1195～1225℃；開坯機開軋溫度1100～1150℃；開坯機終軋溫度980～1030℃；萬能粗軋機開軋溫度900～950℃；萬能精軋機終軋溫度800～870℃；萬能軋制區(qū)控制總壓下率≥50％。通過此方法可獲得高強度、高韌性、高耐候性和良好的焊接性能的熱軋H型鋼。同時，由于鋼的冶金成分較簡單，合金化生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟實用，是用于制作鐵道車輛、貨運半掛車和其它需要高強度耐候鋼的工業(yè)設施建設的理想熱軋H型鋼。
文檔編號C22C38/48GK101736207SQ20091025158
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權日2009年12月24日
發(fā)明者吳保橋, 吳堅, 吳結才, 孫維, 汪開忠, 程鼎 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司