[发明专利]一种420MPa级优异低温韧性热轧H型钢及其生产方法

说明书

本发明提供了一种420MPa级优异低温韧性热轧H型钢及其生产方法，成分：C 0.06～0.12％、Si 0.20～0.40％、Mn 1.20～1.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、V 0.050～0.070％、Ni 0.10～0.20％、N 0.0050～0.0100％，其余为Fe及不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明通过合理的V、Ni、N成分设计，匹配相适应的控轧控冷工艺，开发出了综合性能优异的420MPa热轧H型钢；屈服强度R_eH为440～520MPa；抗拉强度R_m为550～650MPa，延伸率A为A≥22％，‑40℃低温冲击韧性KV₂≥100J。

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种420MPa级优异低温韧性热轧H型钢及其生产方法。

背景技术

近年来，世界经济的快速发展加剧了全球能源危机，石油、天热气等能源的开采从环境条件适宜区域向气候恶劣的北极区域转移，从陆地逐渐向近海、深海延伸。而北极地区自然资源丰富，尤其是石油和天然气资源极为丰富，已探明的油气资源超过4120亿桶(545亿吨)油当量，其石油和天然气储量分别占世界总量的13％和30％，是未来油气勘探开发重要的战略区。

由于北极地区是气候条件恶劣的高寒地区，使得在北极等高寒地区建造或使用的油气开采装置应具备更高的安全系数，使用的钢铁结构材料必须具有高强度、优异的低温韧性。

油气开采装置使用的结构钢材主要包括了板材、型钢等。型钢主要用于结构件，其中H型钢特有的力学性能和截面特点使H型钢成为使用量较大的品种。在新一轮的油气开采竞争中，俄罗斯、加拿大、美国、北欧等北极周边国家和地区，竞相进行了战略布局，并快速推进一系列重点工程，如俄罗斯Arctic LNG项目和中俄东线天然气输送项目等，这些工程项目对高强度优异低温韧性的热轧H型钢需求量很大，其中，仅俄罗斯Arctic LNG项目对高强度优异低温韧性的结构钢材的需求量就达数十万吨。随着北极地区资源开发的不断深入推进，具有特殊性能的高品质结构钢材，特别是H型钢的需求量将会快速增长。

在生产技术方面，仅在420MPa优异低温韧性钢板有一些技术积累。但热轧H型钢在装备和工艺方面与其存在很大不同，因此，钢板的成分和工艺控制不适用热轧H型钢生产。首先，热轧H型钢属于复杂断面，采用连铸异型坯、通过开坯轧制+万能轧制成型，为协调翼缘和腹板变形，各道次间的变形量分配存在很大限制，同时，热轧H型钢为孔型轧制，各道次间难以调整，总压缩比也相对较小；其次，开坯阶段主要对异型坯的高度和宽度方向进行控制，翼缘厚度方向压缩较小，且万能段往返轧制的单道次压下量较少；最后，无板卷的卷曲缓冷或热处理等调控手段。

目前，热轧H型钢在开发具备单一的高强度或耐低温等薄规格(翼缘厚度30mm以下)产品方面有一定成果，但在耦合高强度、高低温韧性、良好的焊接性和优异的厚度方向性能的厚规格(翼缘厚度30mm以上)热轧H型钢产品开发方面依然为空白。然而，从安全性、经济性和节能环保角度考虑，大型和重型钢结构对于翼缘厚度30mm～50mm规格的功能复合型高强度优异低温韧性热轧H型钢需求是越来越迫切。

目前研究重点集中在420MPa级优异低温韧性钢板开发方面，尚未有相关热轧H型钢的报道。例如，顾晔、胡聆在“宝钢技术”发表的文章报道了低碳、高锰、Nb、Ti、Cu、Ni微合金化成分设计，配合合适的TMCP工艺，成功开发80mm厚HY420海工钢板；闵祥军、周珍珍在“机械制造文摘(焊接分册)”发表的文章报道了采用Mo、Ni、Cr、Cu微合金化设计+TMCP工艺，成功开发50mm厚EH420海工钢板；刘智良、董瑞峰在“特殊钢”发表的文章报道了采用V、Nb、Ti、Al、Ni、Cu微合金化配合合适生产工艺，成功开发20mm后EH420海工钢板。但是上述技术并不适用于热轧H型钢。