[发明专利]具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属压力加工领域，具体地讲，本发明涉及一种具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢及其制造方法。

背景技术

抗层状撕裂性能钢又称Z向钢，它主要采用钢板厚度方向拉伸试验的断面收缩率Z来评价抗层状撕裂能力。为保证钢构件的安全性，对于厚度大于15mm的钢材，只要结构件产生沿板厚方向的拉力或疲劳应力，一般都需要进行Z向性能检查，即对厚度方向上的抗层状撕裂能力进行检验。

对于H型钢而言，其力学分布合理、断面截面系数大、承载能力大，便于拼装与铆焊，因此，H型钢作为一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，已经得到了广泛的应用。随着社会进步及科技发展，各种高层建筑、超高层建筑及各种特殊用途的建筑物越来越多，由此对建筑用钢的各项性能要求也越来越高，特别是在建筑物受力情况复杂时，对建筑用钢的Z向性能提出了要求，以保证建筑结构的稳定性、安全性。

目前的抗层状撕裂钢产品主要是板材，对于要求具有抗层状撕裂性能要求的H型钢产品全部采取焊接方法获得。然而，在焊接过程中，焊接热影响区及焊缝的性能指标的降低在所难免。而且，加工焊接过程也要产生一定的费用，同时焊缝位置的性能测定、探伤均需要费用，同时延长了施工工期。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种满足抗层状撕裂性能要求的热轧H型钢及其生产方法。

根据本发明的一方面，提供了一种具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢的制造方法，该方法包括的步骤为：采用转炉或电弧炉将铁水、废钢或者铁水和废钢经熔炼后出钢，其中，在出钢过程中向钢液中添加Si以将钢液中的Si调整至占钢液总重量的0.10％～0.15％来进行硅镇静脱氧；然后，向钢液中加入预定量的Ti和Zr中的至少一种，接着进行钢包精炼并根据钢种成分的需要补加Si，随后通过连铸制得铸坯；然后，将钢坯加热到1150℃～1300℃并保温一段时间；利用万能轧机将铸坯热轧成H型钢，最后空冷，从而得到所述热轧H型钢。

根据本发明，仅使用Si镇静脱氧，以保持钢的熔炼化学成分Als＜0.010wt％。

根据本发明，使用Si镇静脱氧后加入的Ti和Zr中的至少一种的含量占钢水总重量的0.0001％～0.030％。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据上面所述的制造方法制造的具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢，其中，所述热轧H型钢的化学成分按重量百分比计为：0.06％～0.20％的C、0.10％～0.50％的Si、0.4％～1.6％的Mn、少于等于0.025％的P、少于等于0.010％的S、少于等于0.06％的Nb、少于等于0.15％的V、0.0001％～0.030％的Ti和/或Zr、少于0.010％的Als，余量为Fe及不可避免的杂质。

根据本发明的热轧H型钢具有优异的抗层状撕裂性能，能够满足一定的厚度方向的Z向性能要求，可应用于高层建筑、大跨度场馆等钢结构工程领域。

具体实施方式

根据本发明，H型钢中的主要合金元素含量的设定及制造方法依据以下原理：由于铸坯中心偏析、夹杂物或有害元素的影响会导致钢材厚度方向抗层状撕裂性能降低，因此，本发明解决钢板撕裂缺陷的关键在于采用Si镇静法调整冶炼过程的钢液中溶解氧的含量，然后添加适量Ti、Zr或Ti-Zr合金进行处理，对钢中不可避免存在的杂质进行有效变质，以形成颗粒细小、弥散分布且呈圆形的夹杂物，并且消除集中分布、颗粒较大(一般直径≥5μm)的有害夹杂物，同时，降低钢坯中心偏析程度、提高钢材质量，避免钢材使用过程中出现厚度方向的层状撕裂现象。

另外，本发明利用硅镇静钢液，且通过在精炼开始将Si的前含量控制在0.10wt％-0.15wt％以调节钢液中的溶解氧含量，使之与加入的Ti、Zr或Ti-Zr合金钢反应形成细的足够多的复合氧化物粒子，作为晶内铁素体形核的质点加以利用；同时对钢中硫化物进行有效变质，变有害夹杂物为无害夹杂物，提高钢的抗撕裂性能。因此，根据本发明的制造H型钢的方法，与现有的方法不同，不采用Al脱氧，而是仅使用Si镇静脱氧，即，在出钢过程中通过添加Si来镇静钢水进行脱氧。此外，钢种需要的Si含量可以在精炼时补加。

下面将详细地描述根据本发明的具有抗层状撕裂性能的热轧H型钢的制造方法。