高強(qiáng)度熱軋h型鋼的工藝優(yōu)化

高強(qiáng)度熱軋h型鋼的工藝優(yōu)化

1高強(qiáng)h型鋼的工程特點(diǎn)h鋼是截面優(yōu)化的安全經(jīng)濟(jì)鋼。它的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下方面：與普通工業(yè)鋼相比，金屬可節(jié)省10%15%。結(jié)構(gòu)重量比混凝土重量輕1.2.1.3。增加建筑物的有效面積4%6%。該項(xiàng)目的實(shí)施速度很快。減少對(duì)施工環(huán)境的污染。它對(duì)自然災(zāi)害有很強(qiáng)的抵抗力，易于連接和安裝螺母、結(jié)構(gòu)、拆除和重新安置。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,工程各方面都急需高強(qiáng)度H型鋼。在此背景下,馬鋼加速了高強(qiáng)度熱軋H型鋼新產(chǎn)品開發(fā)。2高爐bh型鋼高強(qiáng)度H型鋼結(jié)構(gòu)件不僅受力大而復(fù)雜,而且還要抵抗各種外力(比如震動(dòng)、沖擊、地震、颶風(fēng)等)的破壞。因此從安全性要高,壽命要長的角度,新開發(fā)的高強(qiáng)度H型鋼必須滿足下列性能要求:(1)優(yōu)良的力學(xué)性能。鋼材強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)件選材的主要參數(shù),較高的強(qiáng)度或高強(qiáng)度H型鋼,要求鋼材屈服強(qiáng)度≥345MPa,抗拉強(qiáng)度450～630MPa。較低的屈強(qiáng)比(σs/σb≤0.8),可使鋼材有良好的冷變形能力和高的塑性變形功,即便在特殊情況下局部超載,也不至于發(fā)生突然的斷裂。較好的塑性與韌性能抵抗過載能力,改善抗疲勞性能。這不僅能提高高強(qiáng)度H型鋼構(gòu)件的安全性,而且使鋼材有良好的加工性能。δ5≥21%、Akv(20℃)≥34J。H型鋼要求較均勻的成分和性能,防止鋼材各部分間因屈服強(qiáng)度不平衡而導(dǎo)致斷裂。(2)良好的焊接性能。3新產(chǎn)品戰(zhàn)略3.1高強(qiáng)度h型鋼為了使高強(qiáng)度H型鋼鋼材屈服強(qiáng)度達(dá)到≧345MPa,決定選用低碳、低合金、Nb微合金的技術(shù)方針。馬鋼開發(fā)高強(qiáng)度H型鋼采用的鋼號(hào)是GB/T1951-94標(biāo)準(zhǔn)中Q345B和ASTM,A572/A572M—97C標(biāo)準(zhǔn)中G50。考慮到國內(nèi)外兩個(gè)市場,經(jīng)研究后(詳見本文5.1),化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表1。3.2型異形坯連鑄鑄坯和uf串列冷床頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→擋渣出鋼→Nb微合金化→LF鋼包精煉,成分微調(diào)→H型異形坯連鑄→鑄坯表面清理→步進(jìn)式加熱爐→高壓水除鱗→BD-UR1EUR2-UF串列可逆萬能軋機(jī)→高精度熱鋸→步進(jìn)式冷床→九輥?zhàn)児?jié)距懸臂式矯直機(jī)→成品。這條生產(chǎn)工藝線,已通過IS09002認(rèn)證。3.3合金化學(xué)和雙組合作技術(shù)優(yōu)良的H型鋼力學(xué)性能來自兩方面:通過在煉鋼、連鑄工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上實(shí)施控制,除降低硫、磷含量外,化學(xué)成分保持穩(wěn)定,著重鈮微合金化對(duì)細(xì)化晶粒的作用,保護(hù)澆注技術(shù)使鋼中氮含量不再增加,異型坯連鑄機(jī)的專利技術(shù)使鑄坯機(jī)械性能和表面質(zhì)量有了可靠的保證。通過在萬能型鋼軋機(jī)工藝的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上實(shí)施控制,除控制加熱溫度外,控制整根H型坯在BD-UR1EUR2-UF串列可逆軋制的終軋溫度,采用自動(dòng)控制燃燒、高壓水除鱗、輥縫零位自調(diào),防止中心偏移,彎曲控制技術(shù),使H型鋼表面質(zhì)量和尺寸精度有了可靠的保證。4拉伸性能馬鋼公司開發(fā)生產(chǎn)的Q345高強(qiáng)度H型鋼實(shí)物質(zhì)量,不僅完全符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中各種要求,并且在某些方面,明顯高于標(biāo)準(zhǔn)要求。鋼材不僅強(qiáng)度較高,屈強(qiáng)比較低,塑性與韌性較好(見表1、表2),組織細(xì)密均勻,晶粒度平均9.5級(jí),夾雜物總量較低,波動(dòng)在0.0021%～0.0058%,平均0.0040%,氮含量波動(dòng)在33.9×10-6～54.3×10-6,平均44.6×10-6。鋼材表面質(zhì)量優(yōu)良,尺寸精度很高(見表3)。該產(chǎn)品榮獲國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的2000年國家級(jí)新產(chǎn)品證書。5討論5.1我國馬鋼開發(fā)高強(qiáng)h型鋼的目對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件而言,脆性破壞是十分危險(xiǎn)的。H型鋼主要用作鋼結(jié)構(gòu)件。因此在提高強(qiáng)度的同時(shí),還應(yīng)使鋼的塑性和韌性保持在較高的水平上。通常鋼材隨強(qiáng)度的提高,其塑性、韌性下降,鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。對(duì)于鐵素體(F)+珠光體(P)型低合金鋼,可以用下述公式(1)來表示提高鋼強(qiáng)度的各種方法及效果:σ0.2=σ0+Δσ位錯(cuò)+ΔσF+ΔσP+Δσ沉淀+Δσ晶粒(1)式中σ0.2——允許殘留塑性變形量小于0.2%的屈服極限σ0——鐵晶格流動(dòng)阻抗(低碳鋼約為39MPa)ΔσF——鐵素體的強(qiáng)化增值ΔσP——珠光體的強(qiáng)化增值不同強(qiáng)化方法引起鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的變化,可以用下述公式(2)來表示:TK=T0+4Δσ位錯(cuò)+(4-6)ΔσF+9ΔσP+3Δσ沉淀-7Δσ晶粒(2)在各種強(qiáng)化鋼的方法中,以提高碳含量,升高韌脆轉(zhuǎn)變溫度的破壞最為嚴(yán)重,而以合金化方法細(xì)化晶粒,降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度,則達(dá)到即提高強(qiáng)度和提高塑韌性雙重功效。馬鋼開發(fā)高強(qiáng)度H型鋼的重大對(duì)策是:一方面在成分設(shè)計(jì)減少脆性破壞的影響,降低碳含量(≤0.16%),按GB/T1591-94標(biāo)準(zhǔn)中限控制錳在1.10%～1.40%,控制硅在0.15%～0.30%。另一方面,用鈮微合金化,細(xì)化晶粒增大Δσ晶粒,結(jié)合先進(jìn)H型鋼軋機(jī)控軋技術(shù),解決了低碳低合金鋼高強(qiáng)度與良好塑韌性的矛盾。5.2顆粒細(xì)化對(duì)鋼強(qiáng)度的影響鈮和氮、碳有極強(qiáng)的親和力,與之形成相應(yīng)極為穩(wěn)定的NbN,NbC化合物,這種穩(wěn)定性高的粒子,細(xì)化了鋼的晶粒,一般隨鈮含量增加,晶粒進(jìn)一步細(xì)化。馬鋼產(chǎn)品通過IBAS圖象分析,晶粒平均截距與鈮含量關(guān)系見圖1。隨著晶粒的細(xì)化,鋼的強(qiáng)度會(huì)不斷提高,其關(guān)系見圖2。鈮在提高鋼強(qiáng)度方面,除了Δσ晶粒以外,還有碳化鈮、氮化鈮沉淀強(qiáng)化(Δσ沉淀)和固溶入鐵素體強(qiáng)化(ΔσF)。因?yàn)槲覀兯_發(fā)的高強(qiáng)化H型鋼,金相結(jié)構(gòu)83%～92%為鐵素體,所以在鈮微合金化時(shí),隨鐵素體晶粒的細(xì)化,韌脆轉(zhuǎn)變溫度呈線性降低(見圖3)。鈮微合金化還能降低鋼材的屈強(qiáng)比,因?yàn)榈吞间撾S著晶粒的細(xì)化,不僅屈服強(qiáng)度提高,相應(yīng)抗拉強(qiáng)度提高的幅度更大(見圖4)。因此對(duì)屈服強(qiáng)度≥345MPa的低碳低合金結(jié)構(gòu)鋼,采用鈮微合金化(與控制軋制相結(jié)合),不僅提高鋼材強(qiáng)度,同時(shí)降低鋼材的屈強(qiáng)比,馬鋼的產(chǎn)品檢驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。5.3熱處理和焊接的應(yīng)用鋼的焊接性包括兩方面的內(nèi)容。第一是控制焊接碳當(dāng)量Ceq(見式3)。對(duì)厚度<20mm的鋼材,只要Ceq<0.40%即可。Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5(3)高強(qiáng)度H型鋼,碳≤0.16%、Mn≤1.40%的低碳鋼,焊接的結(jié)合性能很好。第二是已焊成的焊接接頭使用的安全性?；瘜W(xué)成分對(duì)鋼焊接接頭使用性能的綜合影響,對(duì)碳≤0.16%和σb在400～700MPa的鋼材,可用焊接裂紋敏感指數(shù)(Pcm)來表示:Pcm=C+Si30+Mn20+Cu20+Ni60+Cr20+Mo15+V10+5B(4)Ρcm=C+Si30+Μn20+Cu20+Νi60+Cr20+Μo15+V10+5B(4)對(duì)于屈服強(qiáng)度≥345MPa的鋼材,要求Pcm≤0.29%,高強(qiáng)度H型鋼的Pcm≤0.25%,完全可以確保焊接接頭的使用性能。5.4h型鋼生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步為了生產(chǎn)高質(zhì)量的H型鋼,馬鋼從美國康卡斯特公司(CONCAST)引進(jìn)并建成了我國第一臺(tái)H型異形坯連鑄機(jī)。H型鋼生產(chǎn)采用H型異形坯,除了減少開坯道次,軋件變形小,切頭切層少,從而節(jié)省資源和能源,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)率以外,尤為重要的是有利于H型鋼品種的擴(kuò)大和質(zhì)量的提高,降低了H型鋼腹部中心偏差,減少H型鋼彎曲變形,有利于H型鋼產(chǎn)品品種擴(kuò)大。通過對(duì)H型異形坯定心特性和腰部腿部展寬,延伸軋制的研究開發(fā),用兩種不同斷面尺寸的異形坯,軋制H型鋼軋機(jī)能力范圍內(nèi)的各種不同規(guī)格的H型鋼。6h型鋼生長和力學(xué)性能產(chǎn)品最終性能要求結(jié)合起來(1)分析了鈮細(xì)化晶粒后鋼的強(qiáng)度及韌脆指標(biāo),通過IBAS圖象研究了鈮含量,晶粒截距及鋼強(qiáng)化之間的關(guān)系,把優(yōu)化