專(zhuān)利名稱(chēng)：高生產(chǎn)率和高強(qiáng)度的軋制的h－型鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋制的H-型鋼產(chǎn)品(H-型鋼)，每件該產(chǎn)品中質(zhì)量上的變化很小，該產(chǎn)品之間的質(zhì)量上的變化也很小，而每件產(chǎn)品都有高的強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明還涉及制造H-型鋼的方法。
在多種工業(yè)領(lǐng)域，如建筑、船舶構(gòu)件、造船，貯罐、民用工程和建筑機(jī)械中使用H-型鋼。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直努力改進(jìn)H-型鋼的特性以便獲得更高的強(qiáng)度和韌性。尤其是近年來(lái)，需求一種H-型鋼，其沿厚度方向具有均勻的特性，而且在產(chǎn)品之間具有相同的H-型鋼特性。
此外，隨著高層建筑和建筑技術(shù)的發(fā)展，已有報(bào)道，很多建筑設(shè)計(jì)能在大地震時(shí)吸收因建筑物變形而產(chǎn)生的振動(dòng)能，從而防止建筑物倒塌(如見(jiàn)Iron and steel(鐵和鋼)，1988,No.6,pp.11-21)。按照這種建筑設(shè)計(jì)，使建筑物的骨架(框架構(gòu)件)在地震時(shí)以預(yù)定的方式倒塌，從而防止建筑物本身因形成該骨架的材料的塑性而倒塌。
按上述的建筑設(shè)計(jì)，建筑物的骨架在地震時(shí)按設(shè)計(jì)者的意愿以預(yù)定的方式倒塌。即，該建筑物的設(shè)計(jì)者必須知道構(gòu)成該建筑物的每根立柱和橫梁的鋼材的屈服強(qiáng)度。因此，用于構(gòu)成每根立柱和橫梁的鋼材如H-型鋼具有如下的特性是絕對(duì)重要的，這特性是每根立柱和橫梁的特性是均勻的，而且鋼材之間的特性也是均勻的。換言之，如果H-型鋼的特點(diǎn)是該產(chǎn)品本身內(nèi)部不均勻，產(chǎn)品之間的特性不同，則將發(fā)生某些問(wèn)題。
但對(duì)某些用于市政工程、建筑和造船的鋼產(chǎn)品，這些鋼產(chǎn)品應(yīng)有高的強(qiáng)度和韌性。因此，這些鋼產(chǎn)品通常是用諸如公知的ThermoMechanical Controlled Process(熱機(jī)控制工藝)(TMCP法)的控制軋制和控制冷卻的方法生產(chǎn)的。
但，當(dāng)用TMCP法生產(chǎn)厚約40mm的鋼產(chǎn)品時(shí)，在軋制處理后進(jìn)行的冷卻過(guò)程中，沿給定的鋼產(chǎn)品厚度方向，冷卻速率各處不同，而且鋼產(chǎn)品之間的冷卻速率也不同。結(jié)果在最終獲得的鋼產(chǎn)品中，其結(jié)構(gòu)是各處不均勻，而且鋼產(chǎn)品間的顯微結(jié)構(gòu)也不同。沿該產(chǎn)品的厚度方向給定鋼產(chǎn)品的材料質(zhì)量各處不同，而且一件鋼產(chǎn)品與另一件的材料質(zhì)量也不同。
此外，當(dāng)欲提交每種鋼產(chǎn)品的淬透性時(shí)，作為可焊性指標(biāo)的焊接裂紋敏感指數(shù)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為Pcm)將不合需要地提高。即，存在這樣的問(wèn)題每個(gè)焊接熱影響區(qū)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“HAZ”)的韌性將變差。
過(guò)去主要用包括重加熱、淬火和回火，以最終獲得回火馬氏體結(jié)構(gòu)的工藝生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度大于570MPa的鋼。但，包括重加熱、淬火和回火的工藝是過(guò)于昂貴了。
為解決上述問(wèn)題，一直推薦各種改進(jìn)了的鋼產(chǎn)品，即在每件鋼產(chǎn)品中質(zhì)量變化小，在多個(gè)鋼產(chǎn)品間質(zhì)量變化也小的鋼產(chǎn)品，而它還能抑制HAZ的韌性惡化。
還一下推薦各種改進(jìn)的用于制造這種鋼產(chǎn)品的方法。在日本未審專(zhuān)利申請(qǐng)No.8-144019、9-310117、10-72620中公開(kāi)了這些鋼產(chǎn)品及制備方法。在這些文獻(xiàn)中所公開(kāi)的技術(shù)，無(wú)論鋼的冷卻速度如何，該鋼都以貝氏體為其主要的顯微結(jié)構(gòu)。
實(shí)際上，公開(kāi)于上述文獻(xiàn)中的技術(shù)都基于新近發(fā)現(xiàn)的事實(shí)，這些事實(shí)表明由于被冷卻的鋼件中冷卻速率各處不同而使顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使得鋼產(chǎn)品在質(zhì)量上出現(xiàn)變化。因此，上述的技術(shù)一直試圖通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)的鋼的成分來(lái)解決上述問(wèn)題，所述的鋼成分對(duì)于不需考慮冷卻速率的任何改變而能防止顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是有效的。一直有這樣的報(bào)導(dǎo)，這樣的技術(shù)是如此確立的，即將適量的元素態(tài)的B加到含碳量極低的鋼中，或高M(jìn)n鋼中，以使之能獲得以貝氏體為主相的顯微結(jié)構(gòu)，并且其組成與冷卻過(guò)程中的冷卻速率無(wú)關(guān)，因而獲得如下的鋼產(chǎn)品，即每個(gè)鋼產(chǎn)品中和不同的鋼產(chǎn)品之間質(zhì)量上幾乎無(wú)變化。此外，上述技術(shù)還力圖降低C含量，以便降低Pcm，從而改善每件鋼產(chǎn)品的可焊接性。
但，日本未審專(zhuān)利申請(qǐng)No.8-144019、9-310117、和10-72620中所公開(kāi)的技術(shù)主要涉及翼緣厚度大于50mm的H-型鋼及厚度為50mm或更厚的厚鋼板(假設(shè)在軋后需要熱處理)。確實(shí)，上述技術(shù)適用于制造翼緣厚度較薄的H-型鋼。但當(dāng)想要提高生產(chǎn)鋼時(shí)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，這些技術(shù)尚需改進(jìn)，以便改進(jìn)每一鋼產(chǎn)品的組成、改進(jìn)某些相關(guān)的制造方法，從而有可能使每一鋼產(chǎn)品獲得高強(qiáng)度和高韌性。借助于這種進(jìn)一步的改進(jìn)，就可能使有上述薄度尺寸的H-型鋼通過(guò)軋制處理獲得從結(jié)構(gòu)的軋制細(xì)化而得利的細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)。
近年來(lái)，具有上述薄度尺寸的H-型鋼作為防地震材料得到日益增長(zhǎng)的應(yīng)用。即，直至現(xiàn)在，一直要求具有上述薄度尺寸的H-型鋼應(yīng)具有更高的強(qiáng)度和韌性，而且可以低的成本制造。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的軋制H-型鋼，它具有大的抗拉強(qiáng)度、高的強(qiáng)度和韌性。
本發(fā)明另一目的在于提供一種用于制造具有高生產(chǎn)率和高強(qiáng)度的改進(jìn)的軋制H-型鋼的方法，該H-型鋼可用比常規(guī)合金元素價(jià)廉的合金組分生產(chǎn)，從而可以低廉的成本生產(chǎn)該鋼產(chǎn)品。
即，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了抗拉強(qiáng)度為500-700MPa的高生產(chǎn)率和高強(qiáng)度的軋制H-型鋼，該鋼含(％重量)0.014-0.05％的C、0.1-1.0％的Si、1.0-1.8％的Mn、0.030％或更少的P、0.020％或更少的S、0.1％或更少的Al、0.0003-0.0040％的B、0.006％或更少的N、0.03-0.1％的Nb、0.005-0.04％的Ti及余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的實(shí)施方案的高生產(chǎn)率和高強(qiáng)度的軋制H-型鋼還可含0.0005-0.0100％(重量)的Ca，而且其翼緣部分的厚度為40mm或更小。
本發(fā)明還提供一種用于制造該高生產(chǎn)率和高強(qiáng)度的軋制H-型鋼的方法，在各實(shí)施方案中，該H-型鋼的抗拉強(qiáng)度為500-700MPa。該方法包括使原料鋼經(jīng)受重加熱處理、然后開(kāi)坯、萬(wàn)能粗軋、萬(wàn)能精軋，從而獲得該H-型鋼。
該原料鋼可含上述組分及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在各實(shí)施方案中，重加熱溫度為1150-1320℃。在各實(shí)施方案中，萬(wàn)能粗軋時(shí)的，在950℃或更低的軋制溫度下的累計(jì)壓縮比為至少5％，而每條加工帶換向很快。按照各實(shí)施方案，在萬(wàn)能精軋時(shí)，軋制溫度為750℃或更高。按本發(fā)明方法的實(shí)施方案，在萬(wàn)能粗軋時(shí)在換向作業(yè)時(shí)的總停頓時(shí)間設(shè)為120秒或更短，在950℃或更低的軋制溫度下的累積壓縮比為50％或更小。另外，按各實(shí)施方案，產(chǎn)品在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間和在萬(wàn)能精軋之后進(jìn)行空冷。


圖1是展示抗拉強(qiáng)度(TS)和C含量間關(guān)系是曲線，它表明只加Nb時(shí)的效果、只加Ti時(shí)的效果及加Nb和Ti時(shí)的效果。
圖2是展示韌性(vEo)與C含量間關(guān)系的曲線，它表明只加Nb時(shí)的效果，只加Ti時(shí)的效果及加Nb和Ti時(shí)的效果。
本發(fā)明人對(duì)H-型鋼的成分及其制造方法進(jìn)行了反復(fù)探索。
(1)為得到抗拉強(qiáng)度范圍大，即500-750MPa的材料，在包括Cr、Ni、Mo、V、Ti、Nb和Cu的多種增強(qiáng)元素中，應(yīng)將Cr、Ni、Mo、V和Cu的加入量應(yīng)盡可能控制得小，同時(shí)應(yīng)加Ti和Nb兩者。
(2)在用于處理上述材料(1)的原材料組分的軋制過(guò)程中，若同時(shí)滿(mǎn)足下列要求(a)和(b)，則可獲得這樣的鋼產(chǎn)品其結(jié)構(gòu)主要包含貝氏體，而且它具有高強(qiáng)度和足夠的韌性(a)在萬(wàn)能粗軋過(guò)程中，在950℃或更低的軋制溫度下的累積壓縮比為5％或更高。
(b)萬(wàn)能精軋時(shí)所采用的溫度為至少750℃。
(3)在上述軋制過(guò)程中，若同時(shí)滿(mǎn)足下列要求(c)和(d)，則可進(jìn)一步提高制造H-型鋼的生產(chǎn)率(c)在萬(wàn)能粗軋時(shí)，使加工帶材在通過(guò)中快速反向。
(d)在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間及在萬(wàn)能精軋之后，該鋼產(chǎn)品進(jìn)行空冷。
事實(shí)上，本發(fā)明是在上述要求(1)-(3)的基礎(chǔ)上完成的。
按照本發(fā)明，下面的詳細(xì)陳述解釋了為何該H-型鋼中所含的各組分最好落在上述范圍內(nèi)。
C:0.014-0.05％(重量)為抑制熱影響區(qū)(HAZ)晶界開(kāi)裂，該鋼產(chǎn)品中的C含量應(yīng)為至少0.014％(重量)。若C含量大于0.05％(重量)，則基體材料的韌性受損，而且焊接裂紋敏感性還變大，從而使可焊接性變差。此外，由于形成島狀馬氏體，使HAZ的韌性地變差。因此，該鋼產(chǎn)品中的C含量在0.014-0.05％(重量)的范圍內(nèi)。Si:0.1-1.0％(重量)Si是有用的元素，它能在鋼中形成固溶體，從而提高鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度。在本發(fā)明中，以0.1％(重量)的量加Si。若Si含量大于1.0％(重量)，則使HAZ的韌性變差。因此，Si含量應(yīng)在0.1-1.0％(重量)的范圍內(nèi)。Mn:1.0-1.8％(重量)在低C的鋼產(chǎn)品中可含Mn，以便使鋼產(chǎn)品穩(wěn)定地獲得貝氏體結(jié)構(gòu)。按本發(fā)明，以1.0％(重量)或更高的量加Mn。若加Mn量大于1.8％(重量)，則使所需的可焊接性變差。因此，Mn含量應(yīng)在1.0-1.8％(重量)的范圍內(nèi)。P:0.030％(重量)或更低P引起向γ晶界偏析，從而使晶界強(qiáng)度下降。因此，P的加入最好應(yīng)控制在極小的范圍內(nèi)。尤其是出于保證HAZ的韌性的需要，P含量的上限應(yīng)為0.030％(重量)。S:0.020％(重量)或更低S使含Nb和Ti的鋼產(chǎn)品的高溫延展性下降，并在連鑄過(guò)程中促使表面裂紋。此外，加S形成MnS，從而使基體材料的韌性下降。因此，S含量的上限以0.020％(重量)為好，更好是0.01％(重量)。Al:0.1％(重量)或更低Al主要作脫氧劑使用。但，若以大于0.1％(重量)的量加Al，則不僅不可能取得更高的脫氧效果，而且這種過(guò)量的鋁含量還使基體材料的韌性及HAZ的韌性變差。因此，Al含量最好為0.1％(重量)或更低。B:0.0003-0.0040％(重量)B可有效地用于提高鋼材的淬透性，從而穩(wěn)定地獲得貝氏體結(jié)構(gòu)。但，若B含量小于0.0003％(重量)，則難以取得所需的效果。若B含量大于0.0040％(重量)，則不可能進(jìn)一步提高淬透性。這樣高的B含量還使基體材料和HAZ的韌性變差。因此，B含量最好在0.0003-0.0040％(重量)的范圍內(nèi)。N:0.006％(重量)或更小若N含量量過(guò)大，B將形成BN，這就不可能保證有足夠的游離B存在。因此，N含量最好為0.006％(重量)或更少。
此外，Nb和Ti在本發(fā)明中主要作增強(qiáng)元素使用。Nb和Ti可用于有效地提高鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度而對(duì)可焊接性沒(méi)有不利影響。還有，與其它增強(qiáng)元素相比，Nb和Ti可以極小的添加量提供較好的強(qiáng)度改進(jìn)效果。因此，對(duì)于降低鋼產(chǎn)品的制造成本而言，Ti和Nb是合格的增強(qiáng)元素。
為探索加Nb和Ti如何影響鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度和韌性，進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法陳述于下。
首先，配制0.5％(重量)的Si、1.5％(重量)的Mn、0.015％(重量)的P、0.004％(重量)的S、0.03％(重量)的Al、0.0020％(重量)的B、0.003％(重量)的N作為基本組分。然后，熔化含不同量的C、Nb、Ti、Ca的100kg重的幾個(gè)鋼錠，從而產(chǎn)生厚80mm的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用的鋼材。再將此鋼材重加熱至1250℃的溫度，以在950℃或更低的溫度下其累積壓縮比為20％的條件熱軋此鋼材，從而得到厚度為25mm的中間產(chǎn)物。該鋼材徑空冷，再切成用于拉伸試驗(yàn)和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)的若干試塊。
圖1和2是展示對(duì)每件鋼產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度(TS)和韌性(vEo)影響的曲線。這些影響包括同時(shí)加Nb和Ti、只加Nb和只加Ti時(shí)所產(chǎn)生的影響。在圖1和2中，符號(hào)○代表只加0.01 5％(重量)的Ti的影響，符號(hào)■代表只加0.06％(重量)的Nb時(shí)產(chǎn)生的影響，而符號(hào)●代表同時(shí)加0.015％(重量)的Ti和0.06％(重量)的Nb時(shí)的影響，符號(hào)Δ代表除0.003％(重量)的Ca之外還同時(shí)加0.015％(重量)的Ti和0.06％(重量)的Nb時(shí)的影響。但，當(dāng)C含量小于0.01％(重量)時(shí)，在HAZ晶界中出現(xiàn)裂紋。當(dāng)C含量大于0.05％(重量)時(shí)，基體材料的韌性變差。HAZ的硬度變大和可焊接性下降。
如圖1和2所示，同時(shí)加Nb和Ti與只加Nb或只加Ti相比，其TS和vEo值更為令人滿(mǎn)意。
因此，在本發(fā)明中，Nb和Ti作為提高鋼產(chǎn)品強(qiáng)度和韌性的有效組分被采用，其含量則定在以下范圍中。Nb:0.03-0.1％(重量)通過(guò)相變?cè)鰪?qiáng)，Nb提高鋼產(chǎn)品強(qiáng)度。但，若Nb量小于0.03％(重量)，加Nb不能完全令人滿(mǎn)意。若Nb含量大于0.1％(重量)，這種過(guò)量的Nb將使基體材料和HAZ的韌性變差。因此，Nb含量最好在0.03-0.1％(重量)的范圍內(nèi)。Ti:0.005-0.04％(重量)Ti具有通過(guò)形成TiN固定鋼材中的N的功能，因而可能抑制BN形成。結(jié)果，游離B量的增加，從而該游離B就能充分提供改善效果所需的淬透性。此外，因Ti還有降低γ體晶粒尺寸的功能，所以它還可用于提高基體材料的韌性。但若Ti含量小于0.005％(重量)，這么小量的Ti難以提供所需效果。若以大于0.04％(重量)的量加Ti，與這么大的Ti含量相應(yīng)的效果未被進(jìn)一步提高。因此最好使Ti含量落在0.005-0.04％(重量)的范圍內(nèi)。
但出于固定鋼材中的N的需要，最好是以N量的3.4倍或更多倍的量加Ti。
還知一些能作為增強(qiáng)組分使用的其它元素，這包括Cr、Ni、Mo、V和Cu，但這些元素增加該鋼產(chǎn)品的制造成本。因此，若加這些元素，它們最好以不大于下列上限的量添加Cr:0.3％(重量)、Ni:0.2％(重量)、Mo:0.1％(重量)、V:0.02％(重量)、Cu:0.3％(重量)。
除上述優(yōu)選的元素之外，為防連鑄機(jī)水口堵塞，可加Ca。但，若加Ca量小于0.0005％(重量)，則難以取得完全令人滿(mǎn)意的效果。若加Ca量大于0.0100％(重量)，則鋼產(chǎn)品難以達(dá)到足夠的清潔度，因而使該產(chǎn)品的韌性下降。因此，最好以0.0005-0.0100％(重量)的量加Ca。
如上所述，按本發(fā)明，在為抑制HAZ晶界開(kāi)裂和提高HAZ的韌性而選定的C含量范圍內(nèi)，為保證每件鋼產(chǎn)品有足夠的淬透性而添加Mn、B、Nb和Ti、該鋼的顯微結(jié)構(gòu)主要包括貝氏體結(jié)構(gòu)，從而就能使鋼產(chǎn)品達(dá)到高的強(qiáng)度。不加Cr、Ni、Mo、V和Cu，或以盡可能少的量添加每種這些元素，從而就可能降低該制造工藝的成本。
此外，通過(guò)將上述組分調(diào)整到上述成分范圍內(nèi)，就可能生產(chǎn)其抗拉強(qiáng)度在500-700MPa范圍內(nèi)的鋼產(chǎn)品。比如，調(diào)整Nb含量可能改變貝氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度。因此就能將每件鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度控制在所需的水平上。
下面詳述本發(fā)明的制造方法。
用連鑄或模鑄/分鑄法將具有經(jīng)調(diào)整過(guò)成分的一定量鋼水鑄成用于生產(chǎn)方坯或鋼梁坯的原料。然后用寬的翼緣鋼梁軋機(jī)熱軋此原料。在熱軋時(shí)，該原料先被重加熱，然后開(kāi)坯，再?gòu)饺f(wàn)能粗軋，從而得到其形狀與成品形狀幾乎相同的鋼產(chǎn)品。接著為進(jìn)一步調(diào)整鋼產(chǎn)品的形狀再進(jìn)行萬(wàn)能精軋。
開(kāi)坯是用開(kāi)坯軋機(jī)進(jìn)行的換向多道次軋制以獲得用于生產(chǎn)帶鋼的粗原料的過(guò)程。因此，開(kāi)坯相當(dāng)于用孔型軋制。于此，開(kāi)坯軋機(jī)是雙-高軋機(jī)，它包括各具多個(gè)孔型的軋輥，但它未裝備任何中間輥或支承輥。鑒于軋制的負(fù)荷和扭矩，最好在1250℃的高溫下重加熱所得的原料。
萬(wàn)能粗軋是用萬(wàn)能粗軋機(jī)進(jìn)行的，為完成換向多道次軋制，從而獲得其尺寸與成品鋼制品尺寸幾乎相同的軋制鋼材的過(guò)程。萬(wàn)能粗軋機(jī)是包括垂直輥和水平輥的軋機(jī)。實(shí)踐中，垂直輥用于軋制各件H-型鋼的翼緣部，而水平輥用于軋制其腰部，這2種軋制是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)于軋制H-型鋼而言，此過(guò)程是最重要的過(guò)程。通過(guò)控制此時(shí)的軋制過(guò)程，每件鋼產(chǎn)品的質(zhì)量幾乎都可在此步驟時(shí)測(cè)定。
萬(wàn)能精軋是一個(gè)相當(dāng)于用于軋鋼板的表皮光軋過(guò)程，它通常是用于調(diào)整各種鋼產(chǎn)品最終形狀的一道次的過(guò)程。在實(shí)際上，萬(wàn)能精軋軋機(jī)與上述的萬(wàn)能粗軋機(jī)相類(lèi)似，也包括垂直輥和水平棍。因每個(gè)H-型鋼材的翼緣部稍向外彎，所以在使該彎曲部位變直方面，萬(wàn)能精軋是有效的。該過(guò)程中每道次的壓縮比為約5％。
在上述的軋制過(guò)程中，原料重加熱溫度需在1150-1320℃的范圍內(nèi)。若重加熱溫度低于1150℃，則變形阻力不合要求地升高，因而難以保證所需的可加工性，這對(duì)于使鋼材形成所需的構(gòu)形是必要的。若重加熱溫度高于1320℃，則氧化鐵皮損失加大，從而使單位產(chǎn)品的重加熱成本上升。此外，其初始γ晶粒變大，有可能使鋼產(chǎn)品韌性變差。因此原料的重加熱溫度最好在1150-1320℃的范圍內(nèi)。
在萬(wàn)能粗軋時(shí)，由于在多道次軋制的后一半中的降溫，軋制溫度下降直降到950℃，這是形成γ非重結(jié)晶區(qū)的溫度。此時(shí)，將軋制溫度設(shè)定為等于其寬度為H-型鋼翼緣部寬度的1/4的部位處的表面溫度。實(shí)際上，就H-型鋼的質(zhì)量控制而言，若必須考慮到軋制溫度范圍，那么萬(wàn)能粗軋是最重要的處理過(guò)程。若此軋制溫度為950℃或更低，則累積壓縮比過(guò)小，因而難以使該鋼獲得所需的顯微結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致韌性下降。因此，950℃或更低溫度時(shí)的累積壓縮比最好是5％或更大。盡管如此，950℃或更低溫度時(shí)的累積壓縮比可用公式(A-B)/A×100來(lái)計(jì)算，其中A為950℃或更低溫度時(shí)的軋制道次前在軋輥間的間隙長(zhǎng)度，B代表最后道次時(shí)軋輥間的間隙長(zhǎng)度。
實(shí)際上，950℃或更低溫度時(shí)的較大的累積壓縮比對(duì)于使基體材料獲得更高的強(qiáng)度和韌性而言是有效的。因此，這種較大的累積壓縮比是合乎要求的。但，就某些軋制尺寸而言，有可能使軋制延遲到950℃或更低的溫度，該溫度是形成γ非重結(jié)晶區(qū)的溫度。但若軋制時(shí)間延遲過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)率就會(huì)下降。此外，因在軋制延遲的地方?jīng)]有保溫設(shè)備，所以若軋制時(shí)間延遲過(guò)長(zhǎng)，則因腰部和翼緣部的厚度不同而在其間出現(xiàn)溫差，并將加大此溫差。因H-型鋼的腰部薄，所以該部位的溫度通常比每個(gè)翼緣部的溫度低。當(dāng)腰部和翼緣部間的溫度變大時(shí)，腰部可能變形，因此在制造過(guò)程中難以獲得高產(chǎn)率。因此，為獲得高生產(chǎn)率，在進(jìn)行萬(wàn)能粗軋時(shí)，要求不延遲軋制，并在短時(shí)間內(nèi)完成換向作業(yè)。在萬(wàn)能粗軋時(shí)，被軋鋼材在軋制過(guò)程中換向作業(yè)時(shí)的總停頓時(shí)間最好控制在120秒之內(nèi)。因此，在萬(wàn)能粗軋時(shí)，950℃或更低溫度時(shí)的累積壓縮比最好是定為50％或更低。
萬(wàn)能精軋?jiān)?50℃或更高的溫度下進(jìn)行。若此軋制溫度低于750℃,H-型鋼的表面質(zhì)量則變差(如出現(xiàn)表面缺陷)，而且鋼產(chǎn)品的形狀質(zhì)量也變差(如直角度不夠正確)。
此外，在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋間及在萬(wàn)能粗軋之后進(jìn)行的冷卻工藝最好是以空冷處理。此外，為防止H-型鋼的翼緣部和腿部的溫差加大，可實(shí)施水冷處理以冷卻翼緣部，這作為在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間的一步驟?？晒┻x擇的是，可在萬(wàn)能精軋之后進(jìn)行水冷處理。但，當(dāng)采用水冷系統(tǒng)時(shí)，難以在H-型鋼左、右兩側(cè)保證溫度均勻。由于沿軋制方向出現(xiàn)彎曲和扭曲，使得在鋼產(chǎn)品通過(guò)軋機(jī)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，因而降低了所希望的生產(chǎn)率。即，當(dāng)冷卻每件H-型鋼的翼緣部時(shí)，控制冷卻溫度是重要的。因此，在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間和在萬(wàn)能精軋之后進(jìn)行的冷卻工藝最好是空冷。
雖然不限制按上述方法制得的H-型鋼的尺寸，但最好將其翼緣部厚度設(shè)定為40mm或更小。優(yōu)選此厚度的理由將于下文陳述。
即，若鋼產(chǎn)品或H-型鋼的翼緣厚度大于40mm，則總的軋制壓縮比下降，冷軋速率僅因這種厚度的加大而下降。因此需要補(bǔ)償因總壓縮比和冷卻速率下降而引起的強(qiáng)度和韌性的下降。換言之，則需要設(shè)計(jì)某些相應(yīng)的組分，考慮通常包括在已知工藝中的特定的軋制和冷卻工藝。
通過(guò)從1/4翼緣寬度和1/4翼緣厚度的部位，以與軋制方向平行的方向取得JIS No.4拉伸試樣和JIS No.4沖擊試樣以檢測(cè)上述方法獲得的各種H-型鋼。以此方法探討各種H-型鋼的機(jī)械性能。
為評(píng)價(jià)每種H-型鋼的HAZ韌性，從1/4翼緣厚度的部位取重現(xiàn)加熱周期試樣，從而進(jìn)行模擬HAZ的加熱周期處理。再取擺錘式?jīng)_擊試樣以測(cè)量0℃時(shí)的擺錘式?jīng)_擊吸收功。本文的加熱周期包括(1)將鋼產(chǎn)品加熱到1400℃,(2)冷卻該鋼產(chǎn)品，以在300秒內(nèi)將其溫度從800℃降到500℃。在(1)和(2)之后進(jìn)行重加熱，直到鋼產(chǎn)品溫度達(dá)到700℃為止，該溫度低于Ar1點(diǎn)。本文中的(1)相當(dāng)于以500kJ/cm的附加熱量進(jìn)行焊接時(shí)加于焊接段的加熱周期(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“BOND段”)，(2)相當(dāng)于當(dāng)以500kJ/cm的附加熱量進(jìn)行焊接時(shí)加于被重加熱的BOND段的加熱周期。
在上述實(shí)驗(yàn)中所得的結(jié)果列于表3中。
表1
表2
表3
*最大硬度試驗(yàn)的焊道長(zhǎng)度=20mm
如從表3可知，按本發(fā)明實(shí)施例所得的每種H-型鋼均有好的生產(chǎn)率、高達(dá)500MPa或更高的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的BOND段的韌性、及優(yōu)良的重加熱BOND段的韌性。此外，沿H-型鋼的翼緣和腰部的厚度方向探索了該H-型鋼的硬度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼產(chǎn)品間的硬度差別很小，因而呈現(xiàn)了均勻的硬度分布。
與本發(fā)明的實(shí)施例相反，多個(gè)含C量不在本發(fā)明范圍內(nèi)的對(duì)比例(鋼K和鋼P(yáng))表明BOND段的韌性低而其硬度卻高得多。即，存在一些涉及HAZ韌性和可焊接性的問(wèn)題。此外，就不含Ti的鋼L、不含Nb的鋼M及含大量N的鋼N而言，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度和韌性變差。此外就Nb含量超出其上限的鋼O而言，其基體材料和HAZ的韌性都變差。
因此，就本發(fā)明而言，有可能以極低的成本和極高的生產(chǎn)率生產(chǎn)軋制H-型鋼，其在每件鋼產(chǎn)品中基本上無(wú)質(zhì)量變化，或甚至無(wú)質(zhì)量變化，并在鋼產(chǎn)品之間基本上無(wú)材料質(zhì)量差別或甚至沒(méi)有一點(diǎn)差別，從而提供了每件都有高于常規(guī)H-型鋼的強(qiáng)度和韌性，并具有優(yōu)良可焊接性的改進(jìn)的H-型鋼。
權(quán)利要求
1．一種軋制的H-型鋼，它含有(重量％)C:0.014-0.05％，Si:0.1-1.0％，Mn:1.0-1.8％，P:0.030％或更少，S:0.020％或更少，Al:0.1％或更少，B:0.0003-0.0040％，N:0.006％或更少，Nb:0.03-0.1％，Ti:0.005-0.04％，及余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其中該H-型鋼的抗拉強(qiáng)度為500-700MPa。
2．權(quán)利要求1的軋制的H-型鋼，其中還含0.0005-0.0100％(重量)的Ca。
3．權(quán)利要求1的軋制的H-型鋼，其中包括厚度為40mm或更小的翼緣部。
4．權(quán)利要求2的軋制的H-型鋼，其中包括厚度為40mm或更小的翼緣部。
5．一種制造軋制的H-型鋼的方法，它包括將模制的鋼原材料重加熱到1150-1320℃的溫度；使該模制的鋼原材料經(jīng)受開(kāi)坯、萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋，該原料鋼材含(％重量)C:0.014-0.05％，Si:0.1-1.0％，Mn:1.0-1.8％，P:0.030％或更少，S:0.020％或更少，Al:0.1％或更少，B:0.0003-0.0040％，N:0.006％或更少，Nb:0.03-0.1％，Ti:0.005-0.04％，及余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；其中，在萬(wàn)能粗軋時(shí)，950℃或更低溫度時(shí)的累積壓縮比為5％或更大，而每一加工的帶鋼換向很快；其中，在萬(wàn)能精軋時(shí)，軋制溫度為至少750℃。
6．權(quán)利要求5的制造軋制的H-型鋼的方法，其中萬(wàn)能粗軋時(shí)，軋制過(guò)程中的換向作業(yè)的停頓時(shí)期為120秒或更短。
7．權(quán)利要求6的制造軋制的H-型鋼的方法，其中萬(wàn)能粗軋中在950℃或更低溫度時(shí)的累積壓縮比為50％或更小。
8．權(quán)利要求5的制造軋制的H-型鋼的方法，其中在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間及在萬(wàn)能精軋之后，空冷模制的原料。
9．權(quán)利要求6的制造軋制的H-型鋼的方法，其中在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間及在萬(wàn)能精軋之后，空冷該模制的鋼原材料。
10．權(quán)利要求7的制造軋制的H-型鋼的方法，其中在萬(wàn)能粗軋和萬(wàn)能精軋之間及在萬(wàn)能精軋之后，空冷該模制的鋼原材料。
11．權(quán)利要求5的制造軋制的H-型鋼的方法，其中該鋼原材料還含0.0005-0.0100％(重量)的Ca。
12．權(quán)利要求6的制造軋制的H-型鋼的方法，其中該鋼原材料還含0.0005-0.0100％(重量)的Ca。
13．權(quán)利要求7的制造軋制的H-型鋼的方法，其中該鋼原材料還含0.0005-0.0100％(重量)的Ca。
14．權(quán)利要求8的生產(chǎn)軋制的H-型鋼的方法，其中該鋼原材料還含0.0005-0.0100％(重量)的Ca。
全文摘要
本文涉及具有高的強(qiáng)度和韌性,并能用比常規(guī)產(chǎn)品更便宜的合金組分生產(chǎn)的,及以高生產(chǎn)率制造的軋制的H－型鋼。還涉及制造該H－型鋼的方法。該軋制的H－型鋼含0.03—0.1%(重量)的Nb及0.005—0.04%(重量)的Ti。該方法包括,在950℃或更低溫度下其累積壓縮比為5%或更大,而且換向作業(yè)進(jìn)行得很快的萬(wàn)能粗軋過(guò)程;及軋制溫度為750℃或更高的萬(wàn)能精軋過(guò)程。在萬(wàn)能粗軋時(shí),950℃或更低的軋制溫度下的累積壓縮比為50%或更小。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1288972SQ00126340
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月7日
發(fā)明者木村達(dá)己, 川端文丸, 天野虔一 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社