(10)申请公布号 (43)申请公布日 2010.08.25*CN101812632A*
(21)申请号 200910019494.7
(22)申请日 2009.11.03
C22C 38/12(2006.01)
B21B 1/46(2006.01)
(71)申请人莱芜钢铁股份有限公司
地址271104 山东省莱芜市钢城区新兴路
21号
(72)发明人高俊庆 王作成 赵修领 董昌兴
季春生 王协斌 王晓 仝丽珍
郝少锋 朱宝晶 马文 杜传治
王学新 冯伟 刘军
(74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限
公司 37219
代理人周慰曾
(54)发明名称
及其制备方法
(57)摘要
本发明涉及一种低于-40℃～-60℃低温冲
击韧性热轧H 型钢及其制备方法，其特征在于，钢
成分重量百分比为(％)：C ≤0.20，Mn 0.80～
1.70，Si ≤0.55，P ≤0.020，S ≤0.020，Nb
0.010～0.070，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～
0.0080，余量为Fe 和微量杂质。冶炼过程中，控
制钢中气体含量：〔N 〕≤40ppm ，〔O 〕≤60ppm 。连
铸坯采用近终端异型连铸钢坯或者矩形钢坯。本
发明适用于低于-40℃直至-60℃低温冲击韧性
热轧H 型钢及制备，经试验与生产，V 型试样低
于-40～-60℃冲击性能稳定超过27J 。在稳定提
供性能基础上，本发明具有节约合金用量，成本低
廉的特点。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页CN 101812632 A C N 101812632 A
1.一种-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％)：
C 0.01～0.20，Mn 0.80～1.70，Si 0.01～0.55，P≤0.020，S≤0.020，Nb 0.010～
0.070，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质。
2.如权利要求1所述-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％)：
C 0.10～0.18，Mn 1.00～1.40，Si 0.10～0.40，P≤0.015，S≤0.015，Nb 0.015～
0.060，Ni 0.30～0.70，B 0.0005～0.0025，余量为Fe和微量杂质。
3.如权利要求1所述的-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢，其特征在于，钢成分重量百分比如下(％)：
C 0.12～0.16，Mn 1.20～1.35，Si 0.15～0.30，P≤0.015，S≤0.010，Nb 0.015～
0.030，B 0.0005～0.0020，余量为Fe和微量杂质。
4.一种-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢的制备方法，其特征在于，钢成分重量百分比为(％)：C 0.01～0.20，Mn 0.80～1.70，Si 0.10～0.55，P≤0.020，S≤0.020，Nb 0.010～0.070，Ni 0.40～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质；冶炼过程中，控制钢中气体含量：
〔N〕≤0.004％，〔O〕≤0.0060％；连铸坯采用近终端异型连铸钢坯或者矩形钢坯；调整连铸保护与冷却工艺，使用大包水口加厚密封圈，浇注过程实行全过程保护浇注；大包下渣检测报警模式采用最高级别，开启水口自动关闭功能，防止下渣；中间包采用碱性覆盖剂结合碳化稻壳进行覆盖；三个流均采用ST-SP/BM-HM保护渣；二冷水表根据生产断面选择，避免表面裂纹产生；轧钢加热温度控制在1200～1260℃，轧钢初轧温度控制1100～1150℃，终轧温度控制在850～920℃之间的奥氏体区，轧后采用空冷至室温。
5.如权利要求4所述的-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢的制备方法，其特征在于，钢成分重量百分
比为(％)：C 0.08～0.20，Mn 1.00～1.60，Nb 0.015～0.070，B0.0005～0.0080，Si 0.10～0.55，P≤0.015，S≤0.015，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质。
6.如权利要求4所述的-40℃～-60℃冲击韧性硼镍合金H型钢的制备方法，其特征在
〔N〕控制在≤0.0035％，〔O〕控制在≤0.0050％。于，冶炼过程中，控制钢中气体含量：
一种-40℃至-60℃低温冲击韧性热轧H型钢及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及热轧状态下具有特殊用途的H型钢，特别涉及高于国家标准低于-40℃要求达到-60℃温度低温冲击韧性要求的低成本H型钢及其制备方法。
技术背景
[0002] H型钢是一种新型经济结构用钢。H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30～40％；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25％。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑(如厂房、高层建筑等)，以及桥梁、船舶、起
重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。H型钢能明显地省工省料，减少原材料、能源和人工的消耗，残余应力低，外观和表面质量好；工程施工速度快，占地面积小，且适合于全天候施工，受气候条件影响小。用热轧H型钢制作的钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的2～3倍，资金周转率成倍提高，降低财务费用，从而节省投资。
[0003] 由于我国幅员辽阔、地理条件的独特性，具有南北纬度差异、东西海拔差异较大等等特点，在高纬度、高海拔地区，结构用钢对冲击韧性的要求需要达到-60℃左右；另外在海上石油平台建设、极地开发、军事用途等等特殊使用方面都有要求热轧H型钢满足-60℃冲击韧性要求；按照欧标生产的结构钢热轧产品要求-50℃冲击功，例如按照按EN10027-1和CR 10260生产的钢种钢种S275NL、S355NL系列，S275ML、S355ML、S420ML、S460ML系列要求-50℃冲击功；日标SLA325、SLA365等钢号要求-55℃冲击功。
[0004] 获得热轧保证低温冲击韧性H型钢产品的技术手段，目前主要有两种途径，一种是通过轧钢过程中控轧控冷实现细晶强化，达到保证低温冲击韧性的目的；另一种是通过添加保证低温冲击韧性的镍、钼等合金成分达到低温冲击韧性高目的。这两种途径都存在的明显的不足，控轧控冷细晶强化工艺在生产中非常难以控制，对轧机要求高、温度控制难以实现而且合格率较低，同时对生产节奏影响大，不适合连续批量生产；第二种途径是添加大量镍、钼合金使低温冲击韧性大幅度降低，但是由于镍钼成本太高，经济生产难以实现。在采取硼铌微合金复合工艺后，低温冲击韧性满足了-40℃性能要求，但是对于
低于-40℃低温要求的低温冲击韧性热轧H型钢，不能满足性能要求。寻求生产一种低于-40℃至-60℃低温冲击韧性稳定而且生产成本低廉的H型钢非常重要，且具有重大经济与社会效益，对中国H型钢产品的完善，对我国由钢铁大国向钢铁强国转变具有重大现实意义。[0005] 目前要求低于-40℃至-60℃低温冲击韧性要求的热轧H型钢一般为低合金高强度结构钢，其中以Q345级别应用较广，高于Q345级别的其他低合金高强度结构钢也有应用。以Q345级别为例说明，Q345具有综合力学性能好，焊接性能、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢要求具有良好的低温韧性，例如GB/T 1591-94要求Q345E钢纵向低于-40℃A
≥27J。目前，对Q345级别低合金高强度结构钢主要采取铌、钒、钛微合金化和KV
控轧控冷相结合的工艺提高钢材综合性能，特别是低温冲击韧性。其强化机制是沉淀强化
和细晶强化，后者对韧性也是有益的。在Q345级别H型钢的实际工业生产过程中，经铌、钒、钛单一或组合微合金化和控轧控冷工艺后，低于-40℃A
KV
波动较大且合格率不高。H型钢由于形状比较复杂，成型过程基本确定，不易改变道次变形量，因而多采用控制轧制温度及轧后控制冷却，考虑到轧机负荷的限制和控制冷却的复杂性，通过控轧控冷工艺提高钢材性能的可操作性较低。
发明内容
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种低于-40℃直至60℃低温冲击韧性热轧H 型钢及其制备方法，本发明适用于低于-40℃直至-60℃低温冲击韧性热轧H型钢及制备方法。
[0007] 发明概述
[0008] 通过改变Q345以上级别热轧H型钢的化学成分，改善显微组织，从而提高Q345以上级别H型钢的力学性能，特别是低温冲击性能。以金属强韧化为目标，在Q345钢的基础成分上加入硼元素与镍元素来改善Q345级别以上钢种的低温冲击韧性。
[0009] 发明详述
[0010] 本发明以不需要专门热处理的Q345级别以上热轧H型钢作为基础，结合实际炼钢控制能力和产品质量考虑，通过在钢种成分基础上优化钢质成分，获得一种具有良好低温冲击韧性的H型钢，技术方案如下：
[0011] 一种-40℃～-60℃低温冲击韧性热轧H型钢，钢成分重量百分比如下(％)：[0012] C：0.01～0.20，Mn 0.80～1.70，Si 0.01～0.55，P≤0.020，S≤0.020，Nb 0.010～0.070，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质。
[0013] 优选的，钢成分重量百分比如下(％)：
[0014] C 0.10～0.18，Mn 1.00～1.40，Si 0.10～0.40，P≤0.015，S≤0.015，Nb 0.015～0.060，Ni 0.30～0.70，B 0.0005～0.0025，余量为Fe和微量杂质。
[0015] 优选的，钢成分重量百分比如下(％)：
[0016] C 0.12～0.16，Mn 1.20～1.35，Si 0.15～0.30，P≤0.015，S≤0.010，Nb 0.015～0.030，B 0.0005～0.0020，余量为Fe和微量杂质。
[0017] 优选的，钢成分重量百分比如下(％)：
[0018]
冲击
温度
C Si Mn P S Ni Nb B
-50℃≤0.20
0.01～
0.55 0.80~1.70
≤
0.020
≤
0.020
0.30~0.85
0.010～0.060
0.0003～
0.0050
-55℃≤0.20
0.01～
0.55 0.80~1.70≤
0.015
≤
0.015
0.30~0.85 0.010～0.070 0.0003～
0.0080
冲击
温度
C Si Mn P S Ni Nb B
-60℃≤0.20
0.01～
0.55 0.80~1.70≤
0.015
≤
0.015
0.40~0.90
0.010～0.070 0.0003～
0.0080
[0019]
[0020] 余量为Fe和微量杂质。
[0021] 一种-40℃～-60℃低温冲击韧性热轧H型钢制备方法，其特征在于，钢成分重量百分比为(％)：C
0.01～0.20，Mn 0.80～1.70，Si 0.01～0.55，P≤0.020，S≤0.020，Nb 0.010～0.070，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质。冶炼过程中，控制钢中气体含量：
〔N〕≤40ppm，〔O〕≤60ppm；连铸坯采用近终端异型连铸钢坯或者矩形钢坯；调整连铸保护与冷却工艺，使用改进后的大包水口加厚密封圈，浇注过程实行全过程保护浇注；大包下渣检测报警模式采用最高级别，开启水口自动关闭功能，报警后立即关闭水口，防止下渣；中间包采用碱性覆盖剂结合碳化稻壳进行覆盖；三个流均采用ST-SP/BM-HM保护渣；二冷水表根据生产断面选择，避免表面裂纹产生；轧钢加热温度控制在1200～1260℃，轧钢初轧温度控制1100～1150℃，终轧温度控制在850～920℃之间的奥氏体区，轧后采用空冷至室温。
[0022] 优选的，所述-40℃～-60℃低温冲击韧性热轧H型钢制备方法中，上述钢成分重量百分比为(％)：C 0.08～0.20，Mn 1.00～1.60，Nb 0.015～0.070，B 0.0005～0.0080，Si 0.10～0.55，P≤0.015，S≤0.015，Ni 0.30～0.90，B 0.0003～0.0080，余量为Fe和微量杂质。
[0023] 优选的，冶炼过程中，控制钢中气体含量：
〔N〕控制在≤0.0035％，〔O〕控制在≤0.0050％。
[0024] 本钢种的冶炼和轧制过程中，其它工艺和参数都可以使用现有技术的方法进行。[0025] 经实验标
明，通过加入极少量的硼，能显著影响材料的性能，微量硼对钢材韧性存在有利作用。为了尽量减小加入的硼对轧制工艺的影响，本发明将硼含量保守地限定在0.0003％～0.0080％范围内。
[0026] 微量硼对钢材韧性的有利作用：
[0027] (1)抑制磷、硫偏析和沿晶断裂
[0028] 沿晶偏析的硼能降低磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶断裂，显著提高低温韧性，这是由于硼抑制了磷、硫对晶界的弱化和硼自身能提高晶界结合力的结果。
[0029] (2)改善夹杂物的形态和分布
[0030] 加硼处理后，由于硼是表面活性元素，吸附在硫化物、氧化物表面，阻止夹杂进一步长大，使夹杂变得细小、圆整，均匀分布于晶界，基本上消除了II型夹杂在晶界偏聚，强化了晶界，减小了局部应力集中，抑制了裂纹萌生，降低了裂纹扩展速度，使材料韧性提高。[0031] (3)增加铌的作用，进一步细化晶粒
[0032] 硼加入铌钢中，增加了对奥氏体再结晶的阻力，这主要来自于应变诱导的硼偏聚。由于硼可以减小铌的晶界扩散系数，所以硼加入铌钢后增加了铌对晶界的拖曳作用。硼和
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