一种钒钛微合金化工程结构钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钒钛微合金化工程结构钢及其制备方法，属于工程结构钢领域。该工程结构钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.08～0.09％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.05％，V：0.06～0.065％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。该方法对于上述钒钛微合金化工程结构钢，配合有独特的制备工艺，能够制备出性能佳、成本低的工程结构钢，具备较高的市场经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种钒钛微合金化工程结构钢及其制备方法
本专利技术属于工程结构钢
，更具体地说，涉及一种工程结构钢及其制备方法。
技术介绍
近年来，工程结构钢在工程领域具有广泛的应用，部分国家的工程结构钢的用量达到甚至超过了总纲消费量的10％，其在桥梁、高层建筑和交通能源工程等领域充分发挥了其优势。因此，在国内钢铁产能严重过剩，钢结构产能急需升级和越来越重视抗震防震等要求的背景下，发展轻量化、高韧性的钢结构为钢铁产业的重要研究方向。目前，大部分工程结构钢都存在难以在有效节约钢材材料、降低成本和减轻重量的同时满足对于其高性能的要求。中国专利申请号为：CN201510390028.5，公开日为：2015年9月16日的专利文献，公开了一种冲击断口纤维率高的高强度桥梁用结构钢，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.03～0.10％；Si：0.30～0.50％；Mn：1.00～1.70％；P≤0.010％；S≤0.003％；Nb：0.030～0.060％；V、Ti中的一种或两种(其中V：0.01～0.08％，Ti：0.015～0.025％)；Cu：0.20～0.55％；Ca：0.005～0.015％；Ce：0.0015～0.0060％；Als：0.020～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利技术具有良好的焊接性能和低温韧性，冲击断口纤维率高。但是，该钢制造工艺较为复杂，对温度的要求比较严格，且其需要添加喂入Ca和Ce元素，大大增加了生产时间和生产成本。中国专利申请号为：CN201910709688.3，公开日为：2019年10月15日的专利文献，公开了一种低温韧性优异的高强度钢板及其制造方法，其中，所述钢板的组分包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Nb、V、Ti、B以及余量的Fe和杂质，且上述组分元素含量必须同时满足如下关系：Nb+Ti≤0.06，制造方法是通过在钢种成分上降低C含量，不添加贵重金属Ni，并采用TMCP工艺控制铸坯加热温度、轧制温度和冷却速率，使铸坯充分奥氏体化，Nb、Cr合金充分溶于奥氏体，以获得良好的组织性能，提高钢板的强度和低温冲击韧性。该专利技术提供的钢板的强度较高，适用于工程机械的吊臂、平台钢构件、容器的承压罐体、以及桥梁的吊杆等主要承重钢构件。但是，该钢的延伸率不高，导致其性能会受到影响，且其生产工艺十分复杂，生产成本较高。随着社会的发展和需求，钢铁工业的发展趋势主要集中在低碳环保、节约能源、节约成本，同时对轻量化和抗震防震性能的要求也越来越高，而现有技术中很少有工程钢结构在保证强度和低成本的同时拥有很好的延展性和低温韧性。因此，提供一种低碳环保，制造简单，成本低廉，具有良好焊接性能和低温冲击韧性的工程结构用钢十分必要。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有的工程结构钢难以在保证低成本、高强度的前提下具备很好的延展性和低温韧性的问题，本专利技术提供一种钒钛微合金化工程结构钢，通过对钢的成分进行合理的设计，使得制备出的钢成本低，强度高，具备很好的延展性和低温韧性。本专利技术还提供一种钒钛微合金化工程结构钢的制备方法，对于上述钒钛微合金化工程结构钢，配合有独特的制备工艺，能够制备出性能佳、成本低的工程结构钢，具备较高的市场经济价值。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种钒钛微合金化工程结构钢，其化学成分及其质量百分比为：C：0.07～0.1％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.1％，V：0.06～0.14％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。作为技术方案的进一步改进，其化学成分及其质量百分比为：C：0.08～0.09％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.05％，V：0.06～0.065％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。作为技术方案的进一步改进，所述工程结构钢的屈强比为0.82～0.83，屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率δ≥29％，-20℃下的纵向冲击功≥180J。一种钒钛微合金化工程结构钢的制备方法，包括以下步骤：一、冶炼向钢包中加入原材料并冶炼成钢水，经连铸形成铸坯；二、轧制将铸坯置于加热炉中进行加热，出炉后铸坯依次通过粗轧、除磷和精轧，精轧后产品厚度控制在6～8mm；三、冷却和卷曲精轧后的板坯冷却至卷曲温度后进行卷曲，得到最终成品。作为技术方案的进一步改进，步骤二中，铸坯加热过程为：将铸坯加热至1250～1260℃，保温1h。作为技术方案的进一步改进，步骤二中，粗轧开扎温度控制在1240～1250℃，粗轧终轧温度为1000℃，粗轧过程进行3道次轧制，中间坯料厚度20mm。作为技术方案的进一步改进，步骤二中，精轧的终扎温度为780℃。作为技术方案的进一步改进，步骤三中，对板坯采用层流冷却，冷却速度为10～20℃/s。作为技术方案的进一步改进，步骤三中，板坯层流冷却至500～550℃后，保温1h再进行卷曲。作为技术方案的进一步改进，所述最终成品的化学成分及其质量百分比为：C：0.08～0.09％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.05％，V：0.06～0.065％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术一种钒钛微合金化工程结构钢，通对产品的化学成分进行了合理的设计，在采用较低成本的原材料基础上，能够通过碳氮化钛的析出抑制奥氏体晶粒的长大，提高钢的强度和韧性，大大改善钢的焊接热影响区的低温韧性，并且在相应的制备方法下，制备出屈强比为0.82～0.83，屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率δ≥29％，-20℃下的纵向冲击功≥180J的高性能工程结构钢，制备出的工程结构钢的使用效果极佳；(2)本专利技术一种钒钛微合金化工程结构钢的制备方法，将铸坯在1250～1260℃的温度区间进行加热，可使铸坯充分奥氏体化且微合金元素可以充分固溶在奥氏体中，为后续轧制过程中细化晶粒和微合金碳氮化物析出做准备，提高产品质量；(3)本专利技术一种钒钛微合金化工程结构钢的制备方法，工艺上分为两阶段轧制，第一阶段在1000～1250℃粗轧，可将铸态大晶粒轧制成均匀的等轴小晶粒，为第二阶段780～1000℃精轧细化晶粒做准备，精轧后层流冷却致500～550℃保温1小时，可以发挥其钒钛微合金化的优势，发生铁素体转变和碳氮化物的相变诱导析出以及铁素体内部析出，使保温过程中纳米级的微合金碳氮化物逐渐析出为钢材的强度提供一定的沉淀强化增量，而沉淀强化是除细晶强化外的最优选择，总而言之，通过板坯的加热制度、轧制制度、冷却制度和卷曲保温制度，控制钢板组织、形态和析出相，充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒钛微合金化工程结构钢，其化学成分及其质量百分比为：C：0.07～0.1％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.1％，V：0.06～0.14％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种钒钛微合金化工程结构钢，其化学成分及其质量百分比为：C：0.07～0.1％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.1％，V：0.06～0.14％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种钒钛微合金化工程结构钢，其特征在于：其化学成分及其质量百分比为：C：0.08～0.09％，Mn：1.4～1.5％，Si：0.08～0.12％，Ti：0.04～0.05％，V：0.06～0.065％，S≤0.004％，P≤0.008％，N≤0.005％，其余为铁Fe以及不可避免的杂质。


3.根据权利要求2所述的一种钒钛微合金化工程结构钢，其特征在于：所述工程结构钢的屈强比为0.82～0.83，屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率δ≥29％，-20℃下的纵向冲击功≥180J。


4.一种钒钛微合金化工程结构钢的制备方法，包括以下步骤：
一、冶炼
向钢包中加入原材料并冶炼成钢水，经连铸形成铸坯；
二、轧制
将铸坯置于加热炉中进行加热，出炉后铸坯依次通过粗轧、除磷和精轧，精轧后产品厚度控制在6～8mm；
三、冷却和卷曲
精轧后的板坯冷却至卷曲温度后进行卷曲，得到最终成品。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张可，叶晓瑜，赵时雨，张明亚，李景辉，刘庆春，张开华，钱健清，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34