[发明专利]一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用作建筑构件的H型钢，特别涉及一种具有良好低温冲击韧性的加硼Q345H型钢及其制备方法。

技术背景

热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢，广泛应用于高层建筑、厂房、桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等领域，该产品具有截面形状经济合理，力学性能好等特点，与工字钢比较，H型钢截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属10～15％，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％。H型钢钢结构与混凝土结构相比，能显著减轻工程结构自重，降低建筑结构基础处理要求，施工方便且不受季节影响，提高施工速度2～3倍，以上海浦东的″金贸大厦″为例，主体高达近400m的结构主体仅用不到半年时间就完成了结构封顶，而钢混结构则需要两年工期；造价降低，节约水泥等建材，环保效果好，与焊接H型钢相比，热轧H型钢能明显减少原材料、能源和人工的消耗，外观与表面质量好，节省投资。

在低合金高强度结构钢中，Q345钢应用较广。其综合力学性能好，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-40℃A_KV≥27J。目前，对Q345低合金高强度结构钢主要采取铌、钒、钛微合金化和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Q345H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，-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。

GB/T 1591-94规定了Q345化学成分(熔炼分析)，其中有良好低温冲击性能要求是C、D、E级钢，主要化学成份(余量为Fe和微量杂质)见表一：(％)

表一

注：用Nb作为细化晶粒元素时，Mn含量下限可低于上表含量；上表中细化晶粒元素(V、Nb、Ti、A1)，钢中应至少含有其中一种，同时使用这些元素至少有一种元素的含量不低于规定的最小值。

碳：是钢中最重要的成分，碳量增加钢中珠光体量增加，会使50％FATT上升。因此在生产中为提高材料的韧性往往采用在该钢种允许的成分范围内降低碳含量，由此产生的强度下降则由增加成分中锰含量来弥补。

锰：是很重要的合金化元素。锰能扩大奥氏体相区，使A₄点升高、A₃点下降。由于A₃温度下降，使先共析铁素体在更低的温度下析出而细化。同样，由于A₃温度下降，抑制了碳化物在过冷奥氏体晶界上析出，使钢保持较高的塑性，并降低钢的韧性-脆性转变温度，因此，锰也是低温钢中的主要合金元素。

硅：是我国低合金钢中主加元素。硅在钢中不形成碳化物而固溶于铁素体，固溶强化作用很强，仅次于碳、氮、磷而超过其他元素，从而显著地提高钢的强度和硬度，同时降低钢的韧性，提高脆性转化温度。

磷：是钢中的有害杂质。由于其偏析倾向严重，在比较少的含量状态就可以造成危害。磷对钢铁材料的低温性能非常有害，目前普遍认为磷是引起钢的低温脆性的主要元凶。磷在钢中的偏析倾向比较严重，造成带状组织，使钢的力学性能不均匀，特别是那些低温用钢、海洋用钢和抗氢致裂纹钢要求含磷量小于0.01％或者0.005％。

硫：是绝大多数钢种中(除易切削钢外)的有害杂质。硫在钢中的偏析系数在所有元素中最大，若偏析在晶界，会引起低温沿晶断裂和高温脆化。增加夹杂物颗粒，易于造成夹杂物裂纹，使工艺性能和使用性能都受到损害。对于航空用钢、石油和天然气输送管线钢、海上采油平台用钢等，必须严格控制硫含量，以保证必要的韧性。

铌、钒、钛：目前在控轧中大量使用的微合金元素，特别是铌对提高材料的强韧性有突出的作用。使之在钢中形成碳、氮及碳氮化合物，利用在不同的条件下产生溶解和析出机理起抑制晶粒长大以及产生沉淀强化作用，在控制轧制中，前者尤为重要。其作用表现在：(1)加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大；(2)在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大；(3)在低温时起到析出强化的作用。

铝：作为脱氧剂使用。