[发明专利]一种Q460级重型热轧H型钢及其组织细化生产方法

说明书

本发明公开了一种Q460级重型热轧H型钢及其组织细化生产方法，属于钢铁技术领域。H型钢其化学成分主要包含：C、Si、Mn、P、S、Nb、Ti、V、N、H、Fe；同时，TiN第二相粒子的体积分数0.01％以上，其尺寸小于20纳米，NbC第二相粒子的体积分数0.03％以上，其尺寸小于40纳米，VC第二相粒子的体积分数0.04％以上，其尺寸小于20纳米，Nb‑V‑Ti复合第二相粒子的体积分数0.04％以上，其尺寸小于40纳米。生产方法为：坯料加热、开坯轧制、万能第一段轧制、喷水冷却、万能第二阶段轧制、冷床空冷。本发明得到的Q460级重型热轧H型钢其晶粒尺寸达到10级以上。

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，具体涉及一种重型热轧H型钢及其组织细化生产方法。

背景技术

热轧H型钢具有优化的截面形状，作为节约型铁基结构材料在轨道交通、大型桥梁、石油平台以及大型建筑等领域得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，工程结构的大型化是发展趋势，因此，对热轧H型钢的需求也提出了大型化、高性能化的技术要求。从高性能化的角度，全球油气资源开采向气候条件恶劣的高寒极地进军，面向高寒地区的国际重大工程、油气管道及物流交通得到快速发展，高性能要求的特点不仅体现在提高常规条件下使用的强度和塑性，还特别要求材料具有高的低温韧性以满足高寒地区的特殊服役条件。产品大型化，会导致高性能化的难度增加，目前，现有技术在翼缘厚度为50mm以上的热轧H型钢开发尚属于探索阶段，仍需大量进口，此外，也可采用焊接加工制作，但焊接会导致成本、环保以及质量等一系列社会与经济问题。

由于钢板轧机的轧制能力大，且坯到材的轧制压缩比也大，可实现低温大压下轧制，利用应变诱导相变的传统热机械处理(TMCP)技术，结合轧后水冷和离线热处理等手段改善钢板的性能。与钢板相比，由于热轧H型钢的截面复杂，使得轧制条件(轧制温度、轧制压缩比)受限，因此，超厚热轧H型钢无法简单地借鉴钢板的制造工艺及化学组成，开发满足GB/T 1591标准要求的重型热轧H型钢。组织细化是非常有效的在提高强度的水平下，同时提高塑性，特别是提升低温冲击韧性的技术手段。目前，在研究和实际应用中常用的是热机械处理(TMCP)技术，其关键点在于低温、大压下。重型热轧H型钢生产由于受到坯料尺寸和工装能力的限制，难以实现上述低温、大压下的工艺要求，因此，提出了利用诱发奥氏体动态再结晶得到超细奥氏体晶粒，利用奥氏体晶界促进相变形核实现细化组织的技术。为了实现奥氏体动态再结晶细化组织的需要，研究开发了一种适应重型热轧H型钢组织细化的轧制方式来适配诱发奥氏体动态再结晶细化组织的需求。

目前，关于组织细化和热轧H型钢的研究已开展了大量的工作。例如，对于厚板等大规格的钢铁产品，日本JFE钢铁公司在世界率先将在线加速冷却装置用于厚板生产，开发了紧靠轧机的强力冷却装置Super-CR，并利用在线加热装置HOP使回火工艺连续化，实现了厚板的高性能化。东北大学开发了以超快冷技术为基础的新一代TMCP(NG-TMCP)技术，但是上述的研究开发工作主要是针对轧后冷却来进行的，与本发明聚焦于轧制过程中的控制是完全不同的工艺阶段，且轧后快速冷却工艺应用在热轧H型钢生产中存在固有缺陷：主要原因为热轧H型钢截面形状复杂，轧后快冷会加剧各部分冷却不均，造成热轧H型钢外形变形，后续难以矫直，成为废品。吴保桥等人发表在《热加工工艺》杂志的“控温轧制对钒微合金热轧H型钢力学性能的影响”文章，该文献研究了V含量对薄规格(50mm厚)热轧H型钢强度的影响规律，未有考虑到产品的韧性，其关注点在于V微合金化与强度的关系，与本发明通过工艺规程的优化耦合微合金设计实现重型热轧H型钢强韧化完全不同。郭秀辉等人发表在《钢铁研究》杂志的“提高特厚规格Q275D热轧H型钢冲击性能的研究”文章，该文献研究了仅分析了薄规格(26mm厚)热轧H型钢-20℃低温冲击韧性不足原因并给出了对策，其关注点在于低温韧性不合格的原因分析，与本发明关注的通过工艺规程优化耦合微合金化设计实现重型热轧H型钢强韧化存在本质不同。