一种耐高温热轧H型钢及其生产方法与流程

一种耐高温热轧h型钢及其生产方法
技术领域
1.本发明属于材料领域，涉及一种耐高温热轧h型钢及其生产方法。


背景技术：

2.近年来，随着建筑用材由土木砖混到钢结构的转变，高层建筑越来越多采用钢结构。同时，也推进了建筑用h型钢的发展，但普通的h型钢不具备耐高温性。当上升一定温度时，强度会迅速下降至原来的一半，这大大的影响了高层建筑的安全。因此，具有耐高温的h型钢是现代高层建筑所必需的建筑用材，在一定温度时强度还可保持室温的2/3以上，所以耐高温h型钢具有非常重要的意义。
3.目前我国已有开发成功的耐高温钢，为保证在一定温度具有耐高温性都是采用添加较高含量合金元素cr、bi、ni、nb、ti及稀土等。合金元素含量较高，导致生产成本提高，同时由于合金元素含量较高，钢的焊接性能进一步恶化。
4.公开号为cn107747024a，公开日为2018年3月2日，名称为“一种耐高温钢合金”的专利文献，该钢的化学成分按重量百分比为c：1.5
‑
2.3％，ti：3.2
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3.5％，mg：3.1
‑
3.6％，bi：1.1
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1.7％，se：0.6％
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0.8％，s：0.8
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1.4％，其余为fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、lf炉精炼等工艺，硬度、耐热及强度性能效果较好。其不足之处在于该发明c含量较高，焊接性能不佳，且添加了较高含量的贵重金属ti、bi、se等，生产成本较高。
5.公开号为cn105063504a，公开日为2015年11月18日，名称为“一种低镍耐高温钢材料”的专利文献，其组分及wt％为：c：0.30
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0.40％，si：1.3～1.5％，mn：＜1.2％，ni：7
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9％，mo：0.3～0.4％，v：0.3
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0.5％，re：0.2
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0.3％，w：0.2～0.3％，n：0.2
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0.3％，p：≤0.04％，s：≤0.04％，其余为fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、lf精炼等工艺，耐热性能较佳，且不用再做热处理。其不足之处在于该发明添加了大量的合金及贵重金属mo、v、ni、re、w，导致生产成本较高。
6.公开号为cn103572178a，公开日为2014年2月12日，名称为“一种耐高温钢及其制作方法”的专利文献，所述钢的成分按质量百分比计为：cr：24～28％，mo：2.3
‑
3.0％，si：2.0～3.3％，c：0.2
‑
0.4％，mn：1.0～2.0％，ni：18.0
‑
23.0％，nb：1.0
‑
3.0％，cu：0.1
‑
3.0％，w：2.0
‑
3.5％，p：0.01
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0.035％，s：0.2
‑
0.4％，n：0.1
‑
0.3％，其余为fe和残余的微量杂质。采用二次脱氧工艺，同时具有耐热、易切削、耐酸和耐腐蚀等性能，工作温度可达800
‑
1000℃。其不足之处在于该发明大量添加cr、ni、nb、w、cu等合金，造成生产成本大大提高。在工艺采用二次脱氧与镇静除渣，使得生产成本较高，生产周期较长。
7.公开号为cn107354360a，公开日为2017年11月17日，名称为“含稀土q390b耐火h型钢及其制备方法”的专利文献，其化学成分按重量百分比为：c 0.06～0.12％，si：0.25
‑
0.55％，mn：1.25～1.55％，cr：0.25
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0.55％，p≤0.020％，s≤0.020％，mo：0.20
‑
0.60％，ni：0.20
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0.40％，v：0.09
‑
0.15％和稀土la0.01
‑
0.03％，余量为fe和不可避免杂质。该发明采用铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉真空处理、连铸生产工艺，利用稀土的净化晶界使耐火钢具有低屈强比、良好的耐高温软化及焊接性等特点。其不足之处在于添加了较多
的ni、cr、稀土等贵重合金，生产成本较高。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种耐高温热轧h型钢及其生产方法，低成本、不增加合金消耗的常规轧制工艺，能大幅度提高h型钢耐高温性能，满足要求使用的耐高温热轧h型钢。
9.本发明具体技术方案如下：
10.一种耐高温热轧h型钢，包括以下质量百分比成分：c：0.12～0.20％，si：0.20～0.35％，mn：0.40～0.90％，p：≤0.025％，v：0.010～0.015％，mo：0.250～0.350％，s：≤0.010％，n：0.005～0.015％，其余为fe及微量残余元素。
11.优选的，耐高温热轧h型钢，包括以下质量百分比成分：c：0.16％，si：0.32％，mn：0.70％，p：0.015％，v：0.015％，mo：0.315％，s：0.002％，n：0.006％，其余为fe及微量残余元素。
12.所述耐高温热轧h型钢的金相组织为铁素体 贝氏体 珠光体，其中铁素体晶粒度等级在9.0及以上，贝氏体 珠光体体积占比不低于20％。
13.所述耐高温热轧h型钢在高温拉伸时，铁素体晶粒受拉应力影响，晶粒内少量位错开始滑移，晶粒内部形成了台阶状结构，铁素体组织塑性变形导致位错大量繁殖，出现加工硬化现象，铁素体承担的应力开始向未屈服的贝氏体转移，如图1所示；贝氏体晶粒开始发生变形、旋转，并在贝氏体和铁素体相界面上产生孔洞。外力拉伸使晶粒中大量位错滑移并开始缠结，位错密度大幅增加，晶界变得模糊不清，呈现纤维状，如图2所示。在高温拉伸时贝氏体组织受力均匀，且贝氏体组织中的碳化物起到析出强化作用，这使得该钢的高温屈服强度相对较高。添加了微合金化元素mo、v等，在钢中形成了mc、m(c，n)和mc型化合物，以mo为主的moc的析出相大幅度增加有关，造成的沉淀强化作用有效地提高了耐火钢的高温力学性能。
14.所述耐高温热轧h型钢力学性能达到：室温屈服强度300mpa以上，抗拉强度440mpa以上，断后伸长率为22％以上；在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上，
–
20℃纵向v型冲击功kv2不低于35j。
15.更优选的，所述耐高温热轧h型钢在400℃以上高温仍具有室温强度的80％以上。
16.本发明提供的一种耐高温热轧h型钢的生产方法，包括轧制；
17.所述轧制具体为：异型坯经加热炉加热至1200～1250℃，在炉时间为80～100min；开轧温度控制在1100～1150℃，终轧温度控制在850～930℃。
18.耐高温热轧h型钢的生产方法的过程为：铁水预处理
→
转炉冶炼
→
吹氩精炼
→
lf精炼
→
异型坯全保护浇铸
→
轧制
→
轧后空冷。
19.与现有技术相比，本发明在综合考虑成本及质量的情况下，采用适当含量的合金元素，通过对钢种成分配比的合理选择，再配合合理的轧制工艺得到的优良耐高温性能的h型钢；通过该耐高温热轧h型钢的轧制工艺生产的h型钢，屈服强度300mpa以上，抗拉强度440mpa以上，延伸率为22％以上，在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上，
–
20℃纵向v型冲击功kv2均值35j以上。
附图说明
20.图1为铁素体变形sem照片；
21.图2为贝氏体变形sem照片；
22.图3为实施例1金相组织；
23.图4为实施例2金相组织；
24.图5为实施例3金相组织；
25.图6为对比例1金相组织；
26.图7为对比例2金相组织；
27.图8为对比例3金相组织。
具体实施方式
28.下面通过实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
29.一种耐高温热轧h型钢，包括以下质量百分比成分：c：0.12～0.20％，si：0.20～0.35％，mn：0.40～0.90％，p：≤0.025％，v：0.010～0.015％，mo：0.250～0.350％，s：≤0.010％，n：0.005～0.015％，其余为fe及微量残余元素。
30.所述的耐高温热轧h型钢的生产方法，包括以下步骤：
31.根据本发明的化学成分，熔炼出所述化学成分的钢，钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为80～100min；开轧温度控制在1100～1150℃，终轧温度控制在850～930℃，轧后空冷；即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。
32.本发明具体实施例方式如下：
33.实施例1
34.一种耐高温热轧h型钢，其生产方法为：
35.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.19％，si：0.28％，mn：0.71％，p：0.014％，v：0.013％，mo：0.252％，s：0.003％，n：0.009％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为95min；开轧温度控制在1126℃，终轧温度控制在885℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
36.实施例2
37.一种耐高温热轧h型钢，其生产方法为：
38.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.15％，si：0.22％，mn：0.90％，p：0.015％，v：0.013％，mo：0.321％，s：0.002％，n：0.005％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为98min；开轧温度控制在1132℃，终轧温度控制在880℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
39.实施例3
40.一种耐高温热轧h型钢，其生产方法为：
41.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.16％，si：0.32％，mn：0.70％，p：0.015％，v：0.015％，mo：0.315％，s：0.002％，n：0.006％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为86min；开轧温度控制在1130℃，终轧温度控制在890℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
42.对比例1
43.一种热轧h型钢，其生产方法为：
44.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.15％，si：0.30％，mn：0.71％，p：0.015％，v：0.013％，mo：0.350％，s：0.002％，n：0.009％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1250～1270℃轧制，在炉时间为110min；开轧温度控制在1162℃，终轧温度控制在940℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
45.对比例2
46.一种热轧h型钢，其生产方法为：
47.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.12％，si：0.21％，mn：0.71％，p：0.010％，v：0.014％，mo：0.150％，s：0.001％，n：0.006％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为75min；开轧温度控制在1050℃，终轧温度控制在885℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
48.对比例3
49.一种热轧h型钢，其生产方法为：
50.熔炼出表1所示化学成分的钢，c：0.10％，si：0.22％，mn：0.40％，p：0.014％，v：0.005％，mo：0.315％，s：0.001％，n：0.008％，其余为fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行，整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、lf精炼，最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为90min；开轧温度控制在1131℃，终轧温度控制在890℃，轧后空冷，即可获得具有优良耐高温性能的h型钢。具体工艺参数见表2。
51.表1各实施、对比例熔炼化学成分(wt％)
52.序号csimnpsvmon实施例10.190.280.710.0140.0030.0130.2520.009实施例20.150.220.900.0150.0020.0130.3210.005实施例30.160.320.700.0150.0020.0150.3150.006对比例10.150.300.710.0150.0020.0130.3500.009对比例20.120.210.710.0100.0010.0140.1500.006对比例30.100.220.400.0140.0010.0050.3150.008
53.按照en 10002
‑
1、en 10045
‑
1、en 10002
‑
5分别检验拉伸、冲击和高温拉伸性能。
本发明得到的h型钢在常温下屈服强度达到300mpa以上，抗拉强度440mpa以上，断后伸长率在22％以上，在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上，
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20℃纵向v型冲击功kv2不低于35j。
54.表2实施、对比例的轧制工艺和力学性能
[0055][0056]
表3实施、对比例的显微组织统计
[0057]
序号显微组织晶粒度贝氏体 珠光体占比％实施例1f p b9.023实施例2f p b9.528实施例3f p b9.526对比例1f p b7.017对比例2f p b9.012对比例3f p b8.521
[0058]
从上表可看出实施例1
‑
3化学成分、轧制工艺均符合上述要求，性能也是满足要求的。对比例1轧制工艺不在要求范围内，轧制温度过高造成晶粒粗大，晶粒边界强度、蠕变性能降低，因此会造成强度下降，见图6。对比例2
‑
3中mo、v含量不在要求范围内，而mo是提高钢热强性的主要合金元素，v又是主要的微合金化元素，因此强度不满足要求。mo和v的作用：提高晶界的强度，抑制晶界上沉淀的发生，改善钢的高温力学性能。mo主要起固溶强化的作用，同时mo易于偏聚于晶界处，强化晶界。v通过在高温析出弥散细小分布的v(c、n)起到析出强化的作用。对比例2
‑
3中mo、v含量不在要求内，产品耐高温性能不能满足本发明要求。
[0059]
本发明耐高温热轧h型钢的生产工艺，采用上述范围内含量的合金元素，通过对异形坯进行加热至1200～1250℃轧制，在炉时间为80～100min，开轧温度控制在1100～1150℃，再配合850
‑
930℃终轧温度的轧制工艺就可得到具有优良耐高温性能的h型钢。