專利名稱：：熱軋u型鋼板樁及其微合金化生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種熱軋u型鋼板樁及其微合金化生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶金及材料領(lǐng)域。技術(shù)背景鋼板樁于20世紀初在歐洲開始生產(chǎn)，1903年，日本首次通過進口在三井本館的擋土施工中采用，基于鋼板樁特殊的使用性能，1923年，日本在關(guān)東大震災(zāi)修復(fù)工程中大量進口采用。由于鋼板樁具有較大的市場潛力和發(fā)展前景，1931年，日本國內(nèi)開始生產(chǎn)。目前，全球鋼板樁的年消費量已達到250萬-300萬噸，其中日本約80萬噸、歐美約140萬噸。20世紀50年代，我國首次在鐵路橋梁圍堰施工中，由鐵道部大橋局從原蘇聯(lián)引進使用。由于受廉價土地資源及人力資源的影響，加之國內(nèi)生產(chǎn)基本處于空白狀態(tài)，作為金屬建材的鋼板樁，在我國的應(yīng)用與發(fā)展仍然十分緩慢。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各類快捷、高效、環(huán)保的建筑工法得以認可并發(fā)展，20世紀末，我國的鋼板樁應(yīng)用工程己有一定的發(fā)展。目前國內(nèi)沒有任何廠家生產(chǎn)，全部依賴進口。U型鋼板樁(見圖l)有冷彎型和熱軋型，由于前者具有較大的加工、使用局限性，因而，熱軋U型鋼板樁成為鋼板樁產(chǎn)品發(fā)展的主流。熱軋U型鋼板樁作為一種新型環(huán)保建筑鋼材，在國外廣泛應(yīng)用于碼頭、堤防護岸、擋土墻、船塢、斷流、建橋圍堰等工程中。近年來，歐洲各國和韓國、美國等國家都積極開發(fā)和推廣應(yīng)用，使鋼板樁生產(chǎn)得到快速發(fā)展，消費量逐年增加。熱軋U型鋼板樁的翼緣x的厚度是不一樣的，與冷彎U型鋼板樁相比這樣就節(jié)約了材料。而且熱軋U型鋼板樁鎖扣厚度也是不一樣的，其鎖扣咬合要比冷彎U型鋼板樁更為緊密，所以其止水以及止沙性能要優(yōu)于冷彎U型鋼板樁。在本發(fā)明前，中國國家標準GB/T20933-2007中給出了熱軋U型鋼板樁的相關(guān)內(nèi)容，其化學(xué)成分(max)要求見表l:表l:熱軋U型鋼板樁化學(xué)成分(Wt/%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由以上化學(xué)成分可以看出，如果要想達到預(yù)期的力學(xué)性能，需要加入較多的昂貴合金，勢必增加了生產(chǎn)成本，而且增加了生產(chǎn)過程復(fù)雜性，難以控制，此外由于熱軋U型鋼板樁要求一定的焊接性，標準GB/T20933-2007沒有規(guī)定N含量，勢必會引起其焊接性不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微合金化熱軋U型鋼板樁及其生產(chǎn)方法，本發(fā)明產(chǎn)品合理設(shè)計成分、添加微量合金元素V，并通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝方法使其力學(xué)性能完全滿足用戶使用要求，又能以最簡便、高效的方法生產(chǎn)和制造，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0扁、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案是其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.170.22、Mn0.81.2、Si0.250.50、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.040、V0.030.10、N《0.005，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明更優(yōu)選的技術(shù)方案是其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mn1.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.020、V0.095、N0.028，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法是其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005，它依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱和軋制幾個步驟。本發(fā)明比較好的生產(chǎn)方法是冶煉時，控制冶煉出剛溫度為1660°C1680°C;爐外精煉時，控制爐外精煉時間^30min;加鋁、錳、鐵進行予脫氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al線進行終脫氧，喂Si-Ca線進行鈣處理；喂Si-Ca線進行鈣處理的目的是為了對鋼中的夾雜物進行變性處理；連鑄時，澆注溫度1570°C1580。C，連鑄過熱度控制在1535°C，拉速為1.02.0m/min之間；加熱時，鋼坯加熱溫度腦1150。C;軋制時，開軋溫度10501120°C，終軋溫度85090(TC。以下詳述本發(fā)明中C、Si、Mn、P、S、Als、V、N限定量的基本原理。C:C是決定鋼強度的主要元素，是形成珠光體的主要物質(zhì)，碳化物在鋼中的形態(tài)和多少決定鋼的硬度和強度，即隨著C含量的增加鋼的強度、硬度增加，而鋼的塑性和韌性下降。但在實際設(shè)計成分時還從連鑄工藝、焊接性等方面考慮了c含量，首先因為c含量在0.09%0.17%時，鋼的相變在包晶反應(yīng)區(qū)，鑄坯易產(chǎn)生裂紋，甚至造成裂紋漏鋼；從鋼板樁要求具有一定的焊接性方面，C含量不宜太高，從用戶要求鋼板樁要具有較高的抗拉強度方面，C含量不宜過低。因此，將(含量目標值控制在0.12%0.26%范圍內(nèi)，優(yōu)化目標0.17%0.22%。Mn:Mn具有固溶強化和細化晶粒強化的作用，在非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以達到提高強度的同時韌性不致降低過快的目的，但其含量過多時，會大大降低相變臨界點，工藝控制不當(dāng)，組織中會出現(xiàn)貝氏體，強度升高，韌性下降。另外，從熱軋U型鋼板樁的焊接方面考慮(碳當(dāng)量)，Mn含量也不易太高。因此，實際Mn含量目標值控制在0.6%1.80%范圍內(nèi)，優(yōu)化目標0.8%1.2%。V:V是沉淀強化元素，在熱軋鋼板樁冷卻過程中與C、N結(jié)合，形成V(ON)x的沉淀物，提高鋼板樁的硬度和強度，部分V(C、N)質(zhì)點成為鐵素體核心，促進晶內(nèi)鐵素體的產(chǎn)生，使鋼的晶粒得到細化，在鋼板樁焊接的加熱過程中，組織晶粒長大，細化奧氏體晶粒，從而提高鋼板樁的強度、延性和韌性。另外，當(dāng)鋼板樁由奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變過程中，V(C*N)x先沉淀析出，降低奧氏體的碳濃度，促進含碳量極低的鐵素體的形成，但當(dāng)v含量小于o.oiy。時作用不明顯，當(dāng)V含量超過0.20。/。時不再有進一步的作用。因此，實際V含量目標值控制在0.01%0.20°/。范圍內(nèi)，優(yōu)化目標0.03%0.10%。S和P:S、P是強烈的裂紋敏感性元素，因而應(yīng)盡可能的低，S含量過高，會形成大量的MnS，MnS在鋼液凝固時易在晶界析出，在熱軋時被軋成帶狀夾雜，降低了鋼材的機械性能，因此S含量越低越好。P能夠提高低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鋼的低溫沖擊性能大幅下降，因此一般要求P《0.020%。N:N是鋼中有害氣體元素，其主要影響鑄坯的表面質(zhì)量、成品的焊接性及時效性等，因此，實際控制中N《0.005。/。。本發(fā)明的微合金化熱軋U型鋼板樁及其生產(chǎn)方法具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明通過只添加一種V微合金化，提高了鋼板樁的綜合性能，生產(chǎn)工藝簡單，利于推廣。2)本發(fā)明嚴格控制了N元素的含量，改善了鋼板樁的焊接性能，提高了鋼板樁的利用率。3)本發(fā)明填補了國內(nèi)沒有生產(chǎn)鋼板樁的空白，其優(yōu)越的性能完全可以替代目前進口產(chǎn)品。圖1是熱軋U型鋼板樁斷面圖具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例1鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.17、Mn0.91、Si0.40、P0.018、S0.012、Als0.020、V0.073、N0.0029，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。生產(chǎn)方法依次包括120t轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、萬能軋制，各歩驟的參數(shù)為冶煉時，控制冶煉出剛溫度為1660°C1680°C;爐外精煉時，控制爐外精煉時間》30min;加鋁、錳、鐵進行予脫氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂A1線進行終脫氧，喂Si-Ca線進行鈣處理；喂Si-Ca線進行鈣處理的目的是為了對鋼中的夾雜物進行變性處理；連鑄時，澆注溫度1570°C1580°C，連鑄過熱度控制在1535°C，拉速為1.02.0m/min之間；加熱時，鋼坯加熱溫度U001150。C;軋制時，開軋溫度1050U2(TC，終軋溫度850900。C。生產(chǎn)出的產(chǎn)品(本發(fā)明微合金化熱軋U型鋼板樁的生產(chǎn)方法實施例13)的實際化學(xué)成分見表2，表中所列化學(xué)成分的余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，本發(fā)明鋼的性能試驗結(jié)果列入表3。實施例2鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mn1.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.030、V0.095、N0.0028，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制備方法同實施例1。鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.21、Mn1.04、Si0.32、P0.008、S0.017、Als0.030、V0.030、N0.0025，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。表2:產(chǎn)品的力學(xué)性能檢驗實施例<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種熱軋U型鋼板樁，其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.12～0.26、Mn0.6～1.8、Si0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als0.010～0.050、V0.01～0.20、N≤0.005，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱軋U型鋼板樁，其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.170.22、Mn0.81.2、Si0.250.50、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.040、V0.030.10、N《0.005，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱軋U型鋼板樁，其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.19、Mnl.15、Si0.27、P0.010、S0.011、Als0.020、V0.095、N0.0028，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。4、一種熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.120.26、Mn0.61.8、Si0.250.60、P《0.020、S《0.020、Als0.0100.050、V0.010.20、N《0.005,它依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱和軋制。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其中冶煉時，控制冶煉出剛溫度為1660°C1680°C。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其中爐外精煉時，控制爐外精煉時間^30min;加鋁、錳、鐵進行予脫氧，然后依次加入合金MnFe，VFe或VN合金，再喂Al線進行終脫氧，喂Si-Ca線進行鈣處理。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其中連鑄時，澆注溫度157(TC158(TC，連鑄過熱度控制在1535°C，拉速為1.02.0m/min之間。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其中加熱時，鋼坯加熱溫度11001150°C。9、根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱軋U型鋼板樁微合金化生產(chǎn)方法，其中軋制時，開軋溫度10501120°C，終軋溫度850900。C。全文摘要本發(fā)明涉及一種熱軋U型鋼板樁及其微合金化生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶金及材料領(lǐng)域。其鋼的化學(xué)成分按重量百分比的配比如下C0.12～0.26、Mn0.6～1.8、Si0.25～0.60、P≤0.020、S≤0.020、Als0.010～0.050、V0.01～0.20、N≤0.005，它依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱和軋制。本發(fā)明提高了鋼板樁的綜合性能，改善了鋼板樁的焊接性能，提高了鋼板樁的利用率，而且生產(chǎn)工藝簡單。文檔編號C22C38/12GK101403069SQ200810197630公開日2009年4月8日申請日期2008年11月13日優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日發(fā)明者任安超,玉吉,勇周,周桂峰,敏朱,羅德信,斌韓,魯明正申請人:武漢鋼鐵(集團)公司