高強度熱軋H型鋼樁生產實踐

武玉利

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心，山東 濟南 271105）

H型鋼樁一般采用熱軋一次軋制成型，這種樁在南方較軟的土層中應用較多，除用于建筑物樁基外，還可用作基坑支護的立柱，而且還可拼成組合樁以承受更大的荷載。上世紀七八十年代，日本鋼產量大量過剩，加上鐵礦石便宜，鋼材價格低，日本將大量鋼材用于地下工程中，包括我國寶鋼廠房的基礎處理，也使用了大量的H型鋼樁。

H型鋼樁與鋼管樁相比，其優點有：擠土效應更小，割焊與沉樁更便捷，穿透性能更強，切割、接長較方便，取材較易。H型鋼樁的不足之處是側向剛度較弱，打樁時樁身易向剛度較弱的一側傾斜，甚至產生施工彎曲[1]。

應南方某企業的要求，本公司設計開發某牌號高強度熱軋H型鋼樁。該鋼樁的開發進一步開拓了公司H型鋼樁的市場領域，改善了H型鋼產品的品種結構，同時擴大了公司在國內H型鋼市場的影響力。

1 技術要求

根據用戶協議規定，高強度熱軋H型鋼樁的化學成分及力學性能要求分別見表1、表2。

表1 化學成分及其含量 %

表2 力學性能要求

2 工藝設計

2.1 微合金化方案及成分設計

微合金化是指在鋼中加入少量（通常含量在0.1%以下）的合金元素以提高其性能的工藝技術。常用的微合金化元素有鈮、釩、鈦、鋁、硼、稀土等。微合金化元素在鋼中的含量很低，但對鋼材性能有較大的影響[2]。沉淀強化是微合金鋼中V、Nb、Ti碳氮化物的主要作用之一，在形變和冷卻過程中所產生的微合金碳氮化物會有效的釘扎位錯，阻礙位錯的運動，從而提高鋼材的強度[3-4]。釩的碳氮化物的沉淀強化，主要集中在奧氏體轉變為鐵素體/珠光體的相變過程中。隨著V（C，N）大量析出而產生析出強化，最后以細小彌散的顆粒在鐵素體中析出，細化鐵素體晶粒。另外，在低溫條件下形成的釩的析出物非常細小，其析出強化效果顯著。釩以晶粒細化強化和沉淀強化兩種強化方式起作用[5]，改善了鋼的綜合性能。

釩的另一個優點是對氮有較強的親和力，氮在鋼中是一種經濟有效的合金元素，釩通過與氮的結合，改變了釩在鋼中的分布，促進釩的析出，使析出相的顆粒尺寸明顯減小[6]。這些細小的V（C，N）使強化效果更有效，能夠大幅度提高鋼材的強度。

根據協議要求，用戶所需要的熱軋H型鋼樁既要有較高的強度，同時還要有一定的沖擊韌性。因此在成分設計時，控制C、Mn、V在較小的范圍內波動并盡量降低鋼中P、S的含量，同時通過一定的工藝手段控制鋼水中N含量在合適的范圍內。綜合上述因素，確定高強度熱軋H型鋼樁的成分設計如表3所示。

表3 設計的鋼種化學成分 %

2.2 熱軋溫度制度

釩的碳氮化物在1150℃的溫度下，固溶于奧氏體中，因此釩對控制奧氏體晶粒長大不起作用，釩的這一特性使含釩鋼在軋制過程中有很高的自由度[2]。釩微合金化鋼形變主要集中在高溫奧氏體再結晶區域，其溫度控制范圍較寬，軋制工藝過程的影響相對較小。但是，本批次訂單中的熱軋H型鋼樁整體性能要求較高，為保證產品滿足用戶需求，設計了如表4所示的溫度制度。

表4 溫度制度

3 工藝流程及結果分析

3.1 工藝流程

高強度熱軋H型鋼樁主要生產工藝流程為：鐵水預處理→120 t復吹轉爐冶煉→LF精煉→異型坯連鑄→型鋼廠熱軋。

3.2 鑄坯質量

連鑄過程采用低過熱度澆注、低拉速、弱水冷等控制手段，保證鑄坯具有良好的實物質量。如圖1所示，熱態鑄坯表面光滑、紅亮、渣皮較少。

圖1 熱態鑄坯實物圖

3.3 產品規格尺寸

高強度熱軋H型鋼樁的產品規格尺寸如表5所示，其尺寸公差應符合相應標準要求。

表5 規格尺寸

3.4 成品力學性能

由表6可見，所有試樣的屈服強度均在490 MPa以上，抗拉強度在610～660 MPa，延伸率不小于19%，所有沖擊功數值都在90 J以上，完全滿足用戶協議要求。

表6 成品力學性能

3.5 連鑄坯低倍組織分析

從圖2中可以看出，鑄坯低倍組織較為均勻，中間部位有一定程度的疏松，等軸晶比例較大，沒有明顯裂紋，鑄坯整體質量良好。

圖2 鑄坯低倍照片

3.6 金相分析

如圖3所示，高強度熱軋H型鋼樁的軋材組織為鐵素體和珠光體，晶粒度在8.5級左右，帶狀組織2.0級。

圖3 金相組織（100×）

4 結語

根據熱態鑄坯質量、力學性能、低倍組織、金相組織等分析看出，高強度熱軋H型鋼樁成分設計合理，力學性能良好，各種性能指標均滿足用戶要求。

隨著城市建筑施工空間日益狹小，H型鋼樁的應用得到迅速發展，同時也對其綜合性能提出了更高的要求。該類產品成功批量生產，對公司擴大熱軋H型鋼樁市場，提高產品盈利能力，具有重要的經濟及社會意義。