一种用于护栏板的热轧带钢制备方法

1.本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种用于护栏板的热轧带钢制备方法。


背景技术：

2.护栏板是高速公路中保障行车安全的主要设施。当车辆碰撞护栏板时，由于护栏板有良好的耐撞性能、吸收能量和的作用，既不容易被撞毁，同时又可对车辆和司乘人员起到很好的保护作用。为了延长护栏板的使用寿命，增强其防腐蚀性能，通常需要在护栏板表面进行热镀锌。相比与其他行业镀锌，护栏板对锌层的要求更严格，根据《gb/t 18226-2015公路交通工程钢构件防腐蚀技术条件》的规定，每平米护栏板的平均镀锌层附着量要在600g以上，单面均镀锌层厚度达到了84μm以上，而且镀层的均匀性要好。
3.高速公路护栏板的主要材料一般为普通碳素结构钢q235系列的热轧带钢，由于《gb/t 700-2006碳素结构钢》中对q235系列热轧带钢的化学成分要求不严格，且不同厂家的生产工艺相差较大，导致不同厂家生产的q235热轧带钢的质量差别较大，有些厂家生产的q235热轧带钢在镀锌过程中存在镀锌速度慢、镀锌后锌层质量差等问题，不能够满足护栏板行业的要求。针对镀锌速度慢和锌层质量差等问题，下游客户调整手段有限，通常会造成降级处理，这不仅影响生产效率，还造成了资源的浪费。
4.因此，如何控制热轧带钢的质量，以确保镀锌质量和镀锌效率，成为目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，以稳定热轧带钢的质量，确保后续的镀锌层厚度、镀锌层附着力、镀锌层均匀性和镀锌速率。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
8.s1、将铁水送入转炉冶炼，冶炼后通过补加物料来调整钢水成分；所述钢水的最终成分包括以质量百分含量计的如下组分：c：0.04％～0.08％、mn：0.6％～0.8％、si：0.15％～0.25％、s≤0.030％、p：0.010％～0.025％、al：0.015％～0.040％，其余为fe和不可避免的杂质；
9.s2、钢水经连铸机浇铸成钢坯，钢坯经加热炉加热、轧制后，冷却后卷取成钢卷，即得用于护栏板的热轧带钢。
10.所述用于冶炼所述热轧带钢的铁水成分中，p的质量百分含量为0.100％～0.120％，s的质量百分含量不大于0.035％，mn的质量百分含量为0.35％～0.45％。
11.所述步骤s1中，钢水的最终成分优选包括以质量百分含量计的如下组分：c：0.04％～0.07％、mn：0.7％～0.80％、si：0.17％～0.22％、s≤0.027％、p：0.010％～0.020％、al：0.030％～0.040％，其余为fe和不可避免的杂质。
12.所述步骤s1的具体操作过程为：将铁水送入转炉进行冶炼，冶炼完成后取样，检测钢水中的c含量、p含量、si含量和mn含量；根据镀锌速率计算得出钢水应该含有的si含量，加入硅锰补足mn含量，再加入硅铁补足si含量。
13.所述钢水中的si含量通过镀锌速度、c含量、p含量的关系公式计算得出，所述公式如下，
14.v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6
15.式中，v——镀锌速率，单位μm/min；所述镀锌速率v＝镀锌厚度/镀锌时间；
16.x1——钢水中c的质量百分含量，
17.x2——钢水中p的质量百分含量，
18.x3——钢水中si的质量百分含量。
19.所述步骤s2中，钢坯的加热温度1250℃～1300℃，保温70min～120min。轧制一般包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度820℃～860℃。
20.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
21.本发明公开了一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，在冶炼过程中，根据转炉冶炼终点的c含量、p含量、以及带钢的镀锌速率，通过公式计算确定钢水的最佳si含量，通过补加硅铁和硅锰进行补足，从而确保了热轧带钢的质量。
22.本发明通过控制钢水中各组分的含量，尤其是si含量与c含量、p含量、镀锌速率之间的关联性，抑制了暴发式fe-zn合金相的形成，减少脆性ζ相的生成，确保带钢具有良好的力学性能，且表面质量较好；进而保证了镀锌层的附着性和厚度均匀性，避免了锌层不均匀生长带来的镀锌层不均匀、锌层表面的平整度和光洁度差的问题，提高了镀锌层的致密性，提升了热轧钢带在热浸镀锌过程中的合格率。
23.钢中c含量对热镀锌过程及所得镀锌合金层的特性有着显著的影响，通常钢种c含量越高，fe-zn反应越剧烈，铁损越大，生成的合金层越厚，合金层中ζ相生长加快，镀层的脆性提升，塑性下降，降低镀层的质量。c含量较高的钢在锌液中，fe的溶解度增加，导致钢板表面形成显著缺陷，降低镀锌层的平整度和光洁度。在钢种的冶炼，过低的c含量会增大冶炼的难度，当c≤0.04％时造成成本升高的同时对转炉炉况也有着较大的影响。c含量高于0.08％时，由于钢的包晶反应，铸坯的裂纹几率会明显增高。一般转炉冶炼终点c含量为0.05％～0.09％之间，出钢过程中由于c的氧化，c含量降低约0.01％，综合考虑，将c含量控制在0.04％～0.08％之间。
24.钢种的p易在钢表面上晶界处富集，使晶界的稳定性得到提高，抑制了暴发式fe-zn合金层的形成，从而可提高镀锌效果，但也对镀锌速度和镀锌层的厚度造成了一定的影响。p作为一种有害元素，不仅会导致成分偏析，还会导致钢材的冷脆现象发生，因此p应越低越好。在实际生产过程中，铁水中磷含量一般为0.100％～0.120％，转炉的脱磷率在80％～90％之间，综合考虑将p含量控制在0.010％～0.025％之间。
25.si含量对镀锌速度和镀锌厚度有着较大的影响，在镀锌过程中钢中的si元素可以促进zn液与fe发生剧烈的包晶反应反应，生成结构对称性较差的脆性ζ相。由于si元素在ζ相中的固溶度较低，导致si在镀锌层界面前沿富集，形成了液相通道，加速了zn液与fe的反应，生成大量的脆性ζ相，最终形成爆发组织，降低镀锌层的结合力，所以应对si含量进行控制，但若si含量较低，则会影响镀锌速度，尤其是对护栏板等要求锌层厚度较高的产品。护
栏板客户从生产效率、成本和质量方面综合考虑，镀锌层厚度一般要求为90μm～120μm，镀锌时间为3分钟，镀锌速度为镀锌层厚度与镀锌时间之间的比值。经过镀锌实践发现，钢中的c、si和p三种元素对护栏板镀锌的速率有着较大的影响。经过大量数据统计，当镀锌速率不低于30μm/min时，镀锌后的锌层厚度和质量可以满足护栏板的要求。镀锌速率与钢中的c、si和p存在以下关系式，以该关系式确定钢中硅的含量。
26.v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6
27.其中，v——镀锌速率，单位μm/min；
28.x1——钢水中的c质量百分含量，
29.x2——钢水中的p质量百分含量，
30.x3——钢水中的si质量百分含量。
31.al元素是钢中常用的脱氧元素，通过形成al2o3夹杂，降低钢中氧含量。钢中的al含量低于0.015％时易造成脱氧不彻底，过高的al含量会大幅提高钢中al2o3夹杂的尺寸和数量，在轧制过程中会形成微缝隙等缺陷，降低镀锌层的质量，同时过高的al含量也造成了成本的升高，故将al含量控制在0.015％～0.040％之间。
具体实施方式
32.下面进一步详细说明本发明。
33.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
34.s1、将铁水送入转炉冶炼，冶炼后通过补加物料来调整钢水成分；所述钢水的最终成分包括以质量百分含量计的如下组分：c：0.04％～0.08％、mn：0.6％～0.8％、si：0.15％～0.25％、s≤0.030％、p：0.010％～0.025％、al：0.015％～0.040％，其余为fe和不可避免的杂质。
35.s2、钢水经连铸机浇铸成钢坯，钢坯经加热炉加热、轧制后，冷却成卷取成钢卷。
36.所述步骤s1中，
37.用于冶炼所述热轧带钢的铁水成分中，p的质量百分含量为0.100％～0.120％，s的质量百分含量不大于0.035％，mn的质量百分含量为0.35％～0.45％。
38.所述钢水的最终成分，优选包括以质量百分含量计的如下组分：c：0.04％～0.07％、mn：0.7％～0.80％、si：0.17％～0.22％、s≤0.027％、p：0.010％～0.020％、al：0.030％～0.040％，其余为fe和不可避免的杂质。
39.所述步骤s1的具体操作过程为：将铁水送入转炉进行冶炼，冶炼完成后取样，检测钢水中的c含量、p含量、si含量和mn含量(一般为0.08％～0.15％)；根据镀锌速率计算得出钢水应该含有的si含量，加入硅锰补足mn含量，再加入硅铁补足si含量，同时补加铝料进行脱氧。
40.一般情况下，冶炼过程中会将si元素消耗殆尽，或仅残余少许，可将冶炼完成后的钢水si含量认定为零，再根据公式计算量补充si元素。
41.所述钢水中的si含量通过镀锌速度、c含量、p含量的关系公式计算得出，所述公式如下，
42.v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6
43.式中，v——镀锌速率，单位μm/min；所述镀锌速率v＝镀锌厚度/镀锌时间；
44.x1——钢水中c的质量百分含量，
45.x2——钢水中p的质量百分含量，
46.x3——钢水中si的质量百分含量。
47.所述补加铝料的用量与钢水的氧化程度相关，一般来说，铝料的加入量为每吨钢水2.0kg～2.5kg。
48.所述步骤s2中，
49.钢坯的加热温度1250℃～1300℃，保温70min～120min。
50.所述轧制包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度820℃～860℃。
51.所述热轧带钢的卷取温度为600℃～640℃。
52.下面通过实施例对本发明进行进一步详细说明。
53.实施例1
54.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
55.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％，将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.04％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
56.根据下游客户对护栏板的使用要求，护栏板锌层厚度为90μm，镀锌时间为3分钟，镀锌速率v＝镀锌厚度/镀锌时间＝90μm/3min＝30μm/min。将镀锌速率、c含量、p含量代入公式中进行测算，v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6，即30＝100
×
(19.5
×
0.04％-113
×
0.020％ 257x3)-13.6，计算得出x3＝0.176％，即钢水中的si含量应为0.176％。
57.根据计算结果，首先向钢水内加入9.74kg/t硅锰合金，使钢水中的mn含量达0.70％，再补加0.57kg/t硅铁，使钢水中的si含量达0.176％，同时加入含铝料进行脱氧。
58.钢水的最终成分为c：0.04％，mn：0.70％，si：0.176％，p：0.020％，s：0.026％，alt：0.030％。
59.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
60.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
61.实施例2
62.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
63.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.06％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
64.根据下游客户对护栏板的使用要求，护栏板锌层厚度为105μm，镀锌时间为3分钟，镀锌速率v＝镀锌厚度/镀锌时间＝105μm/3min＝35μm/min。将镀锌速率、c含量、p含量代入公式中进行测算，v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6，即35＝100
×
(19.5
×
0.06％-113
×
0.020％ 257x3)-13.6，计算得出x3＝0.194％，即钢水中的si含量应为0.194％。
65.根据计算结果，首先向钢水内加入9.74kg/t硅锰合金，使钢水中的mn含量达0.70％，再补加0.86kg/t硅铁，使钢水中的si含量达0.194％，同时加入含铝料进行脱氧。
66.钢水的最终成分为c：0.06％，mn：0.70％，si：0.194％，p：0.020％，s：0.026％，
alt：0.030％。
67.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯后，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
68.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
69.实施例3
70.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
71.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.08％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
72.根据下游客户对护栏板的使用要求，护栏板锌层厚度为120μm，镀锌时间为3分钟，镀锌速率v＝镀锌厚度/镀锌时间＝120μm/3min＝40μm/min。将镀锌速率、c含量、p含量代入公式中进行测算，v＝100
×
(19.5x
1-113x2 257x3)-13.6，即40＝100
×
(19.5
×
0.08％-113
×
0.020％ 257x3)-13.6，计算得出x3＝0.212％，即钢水中的si含量为0.212％。
73.根据计算结果，首先向钢水内加入9.74kg/t硅锰合金，使钢水中的mn含量达0.70％，再补加1.14kg/t硅铁，使钢水中的si含量达0.212％，同时加入含铝料进行脱氧。
74.钢水的最终成分为c：0.08％，mn：0.70％，si：0.212％，p：0.020％，s：0.027％，alt：0.030％。
75.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
76.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
77.对比例1
78.本对比例是实施例1的对比例，钢水中的c含量增加。
79.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
80.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.04％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
81.出钢过程加入1.17kg/t增碳剂、3.76kg/t硅锰、1.99kg/t硅铁，同时加入含铝料进行脱氧，钢的最终成分为c：0.162％，mn：0.35％，si：0.176％，p：0.020％，s：0.026％，alt：0.030％。
82.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
83.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
84.对比例2
85.本对比例是实施例1的对比例，钢水中的p含量增加。
86.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
87.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。
将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.04％，mn含量为0.13％，p含量为0.035％，s含量为0.026％。
88.出钢时，首先向钢水内加入9.74kg/t硅锰合金，使钢水中的mn含量达0.70％，再补加0.57kg/t硅铁，使钢水中的si含量达0.176％，同时加入含铝料进行脱氧。
89.钢的最终成分为c：0.04％，mn：0.70％，si：0.176％，p：0.035％，s：0.026％，alt：0.030％。
90.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯后，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
91.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
92.对比例3
93.本对比例是实施例2的对比例，钢水中的si含量低于公式计算值。
94.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
95.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.060％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
96.出钢过程加入3.76kg/t硅锰、5.19kg/t的中碳锰铁，同时加入含铝料进行脱氧，钢的最终成分为c：0.06％，mn：0.70％，si：0.054％，p：0.020％，s：0.026％，alt：0.030％。
97.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯后，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
98.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
99.对比例4
100.本对比例是实施例2的对比例，钢水中的si含量高于公式计算值。
101.一种用于护栏板的热轧带钢制备方法，包括以下步骤：
102.s1、冶炼q235b钢，铁水的磷含量为0.120％，硫含量为0.030％，锰含量为0.40％。将铁水兑入100t转炉进行冶炼。冶炼完成后进行测温和取样，终点温度为1650℃，c含量为0.060％，mn含量为0.13％，p含量为0.020％，s含量为0.026％。
103.出钢时，首先向钢水内加入9.74kg/t硅锰合金，使钢水中的mn含量达0.70％，再补加2.61kg/t硅铁，同时加入含铝料进行脱氧。钢水的最终成分为c：0.06％，mn：0.70％，si：0.30％，p：0.020％，s：0.026％，alt：0.030％。
104.s2、将钢水经连铸机浇铸成200mm
×
1020mm
×
10200mm的板坯后，经加热炉加热后送入轧机，轧制成带钢，冷却后进行卷取，即得热轧带钢卷。
105.加热炉的加热温度为1265℃，在炉时间为120min；所述轧机包括粗轧5道次和精轧7道次，终轧温度845℃；带钢的卷取温度为610℃。
106.取实施例1～实施例3、对比例1～对比例4制备的热轧带钢产品进行力学性能测试，测试方法参加《gb/t 228.1-2021金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，测试结果见下表。
[0107][0108]
通过上述数据可以看出，实施例1～实施例3、对比例1～对比例4制备的热轧带钢产品，其力学性能均符合q235b钢的相关要求，具有良好的屈服强度、抗拉强度、以及延展性能，能够满足作为护栏板的基本力学性能要求。
[0109]
取实施例1～实施例3、对比例1～对比例4制备的热轧带钢产品进行镀锌，镀锌液为zn-0.2％al，镀锌温度为450℃，助镀剂为25％氯化铵和20％的氯化锌，镀锌时间为3分钟。镀锌完毕后观察表面光洁度、并检测锌层厚度，检测结果见下表。
[0110][0111][0112]
通过上述结果可以看出，采用本发明方法制得的热轧带钢产品进行镀锌后，锌层的厚度均可达到设计要求，且锌层平整度和光洁度较好，符合护栏板的使用要求；镀锌速度快、镀锌效率高。经过多组实施例证明，本发明方法中涉及的镀锌速率与钢水中si含量的关系是准确的、直接关联的，通过镀锌层的厚度来设计钢水成分中si含量，能够确保热轧带钢的镀锌吸附性，确保镀锌层的厚度合格。
[0113]
对比例1与实施例1所采用的铁水成分相同、冶炼后钢水的含量也相同，但出钢时加入增碳剂、硅锰和硅铁，使得钢水的最终成分中，c含量高、mn含量低(由于c含量升高后会造成钢材的强度上升，为使钢材强度符合q235b的要求，故适当降低mn含量)。经镀锌发现，
镀层厚度虽然达到了护栏板的要求，但锌层表面的平整度和光洁度较差，镀层表面不平滑、有起伏，不满足护栏板的要求。这是因为钢中c含量越大，镀锌过程中fe-zn反应越剧烈，铁损越大，生成的合金层越厚，ζ相生长速度越快，镀层变脆，塑性下降，降低了镀层的质量。此外，c含量较高的钢在锌液中，fe的溶解度增加，导致锌液在钢板表面不能够均匀流动，降低了镀锌层的光洁度。
[0114]
对比例2与实施例1所采用的铁水成分相同，其区别在于，冶炼后钢水中的p含量高于实施例1。对比例2所制备的热轧带钢镀锌后发现，尽管锌层的平整度和光洁度较好，但锌层的厚度仅为66μm，无法满足护栏板的性能要求。这是因为磷易在钢表面上晶界处富集，可抑制暴发式fe-zn合金相的形成。
[0115]
对比例3与实施例2所采用的铁水含量、冶炼后钢水的含量均相同，其区别在于，出钢时补加硅锰和中碳锰铁，使得钢水最终成分中的si含量较低，低于公式计算值。所制备的热轧带钢镀锌后发现，尽管锌层的平整度和光洁度较好，但锌层的厚度仅为21μm，远远达不到护栏板的性能要求。这是由于硅促进铁的溶解，在靠近钢基体处的锌液中形成不连续的ζ晶体碎片。锌液与钢基表面直接接触，加速了ζ相的成核和长而形成厚而疏松的ζ相层。以后由于锌的扩散受阻，开始在ζ相层的内侧出现δ1相层，使ζ相的生产速度缓慢下来。
[0116]
对比例4与实施例2所采用的铁水含量、冶炼后钢水的含量均相同，其区别在于，出钢时补加的硅铁量较大，使的钢水最终成分中的si含量较高，高于公式计算值。对比例4所制备的热轧带钢镀锌后发现，锌层的厚度64μm～187μm，不同位置检测的锌层厚度相差较大，起伏明显、平整度差，但光洁度较好。这是因为靠近钢基体的锌液中首先形成不连续的ζ相碎片并很快生长成为厚的不连续的ζ相层。由于靠近钢基体的锌液中含有大量的硅，很快就形成了以fe-si合金晶体为主的fe-si相与δ1相的混合体相层。由于已形成的ζ相层疏松，在ζ相的晶粒界面上也被fe-si合金晶体包围，此后，ζ相层晶体发生不均匀的生产，使合金层厚度快速增大。
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以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。