中厚板减量化轧制初探.doc

中厚板减量化轧制初探【摘 要】通过成分减量化设计，配合采用相应的轧制工艺，成功实现由Q345C升级到Q345E、由Q345D升级到Q420E，产品性能指标优良，满足国标的性能要求，减量化成效显著，具有较强的推广价值。【关键词】减量化 Q345 Q420 微合金化 保护浇注1.前言由于金融危机的影响，2009年全球钢铁需求进一步缩减，钢铁业供大于求的形势已成定局，钢铁产品价格大幅度下调，利润空间进一步被压缩，在此形势下，减量化生产模式走入了我们的视野。所谓减量化，即采用较低的成本配合采取各项配套的工艺措施生产高附加值产品。天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）瞄准当前形势，自2009年以来，利用现有3500mm双机架中厚板轧机、ACC层流冷却等在线配套的工艺装备，同时配合采用CR、TMCP轧制工艺的技术优势，进行了Q345系列升级更高级别低合金高强钢板的生产工艺初探。通过生产开发实践，天钢完成了40mm规格产品的减量化轧制的成分设计与工艺开发，可实现由Q345C升级到Q345E、Q345D升级到Q420E。现已实现了减量化技术应用的规模化，生产出的产品性能均匀稳定，深受用户好评，为天钢拓展了利润空间，具有较强的推广价值。2.研究内容2.1 产品质量要求成分上，常规的Q345C、Q345D、Q345E及Q420E的成分设计要求见表1。表1 Q345CQ420E的成分设计牌 号化学成分，%CSiMnPSAltNbVQ345C0.140.200.200.401.301.600.0300.0300.020-Q345D0.130.170.200.401.401.600.0250.0250.0200.0150.025Q345E0.130.170.200.401.401.600.0250.0250.0200.020.03-Q420E0.120.160.200.301.451.650.0250.0250.0200.02-0.0350.02-0.06根据GB/T 1591-1994标准，低合金高强钢板的力学性能应符合表2的规定。表2 Q345CQ420E力学性能要求钢种屈服点Rel/MPa抗拉强度Rm/MPa伸长率A/%冲击功AKV，J试验温度纵向16-3535-50Q345C325295470-63021034Q345D325295470-63021-2034Q345E325295470-63021-4027Q420E400380520-68018-40272.2 工艺设计方案本次试验力求通过Q345C和Q345D的成分升级轧制更高级别的产品，初步设计的升级思路为Q345CQ345E、Q345DQ420E。2.2.1 工艺路线：转炉LF炉连铸板坯检验加热高压水除鳞粗轧精轧ACC冷却热矫精整检验入库2.2.2 成分设计：化学成分的设计原则为低碳高锰，配合添加适量的Al和Nb两种微合金化元素，冶炼成分按表1中Q345C和Q345D的成分内控要求执行。2.3 技术措施2.3.1 炼钢工艺由于低合金高强度结构钢板对低温韧性和焊接性能要求很高，且本次主要目的是进行减量化生产，因此对钢的纯净度要求比较严格。故本次试炼的Q345C及Q345E原料全部采用精料，O、P、S含量控制较低，钢质纯净度比较令人满意；同时采用Al、Nb复合微合金化，有效保证晶粒的细化效果。2.3.2 连铸连铸采用全保护浇注，适当控制中间包钢水温度，浇注过程保持拉速稳定，严格结晶器及二冷控制等对含Nb钢尤为重要。钢中加入Nb在高温条件下会降低钢的高温塑性，结晶器出口铸坯温度T950时会有大量Nb（C、N）析出，导致钢的高温性能变差，使铸坯产生横裂，同时二冷区的冷却制度决定着铸坯内部质量。结晶器的冷却水量采用弱冷，以避免Nb（C、N）和AlN的大量析出1-3，避开高温脆性区，从而有利于消除矫直裂纹。2.3.3 加热工艺加热温度主要依据于微合金元素的溶解度和奥氏体晶粒粗化温度。加热过程要求较高的温度和足够的时间以溶解碳化物及均匀组织。在加Al细化晶粒的钢坯中，为防止奥氏体晶粒长大，加热温度不宜过高，钢坯温度在1180左右均匀化即可。Nb的碳氮化物在1150开始溶解，为了让Nb的化合物溶解充分，亦考虑到晶粒的长大，确定了板坯加热温度1200，最高不超过1250。板坯加热时间保证在3-3.5h。2.3.4 轧制工艺方案本次轧制由中厚板厂3500mm双机架四辊可逆轧制完成，轧制方式采用再结晶区和未再结晶区两阶段轧制，分20mm、30mm、40mm三个规格。为保证升级轧制的成功，精轧控轧温度适当降低一些，Q345E作为含Nb低合金钢，较大的过冷度，可以使析出物弥散细小4；而且可以增加形核率，细化铁素体-珠光体组织5，提高钢板的综合力学性能。具体轧制工艺如表3所示：表3 低合金高强钢板轧制工艺牌号规格mm出炉温度 F开 F终 开冷终冷Q345C20、30、4011301180900950820840空冷或适当水冷Q345D11501200900950820840适当水冷8609008108307808106607003.实施效果及分析按照工艺设计方案，通过现场试验轧制，轧后力学性能检测结果如下。3.1 Q345C升级Q345E取样做了拉伸试验和0、-20、-40冲击试验。图1、图2和图3分别显示了各品种不同工艺状态下的性能趋势：图中（CX），C代表Q345C，X代表轧制规格，括弧外为该规格的工艺状态。图1 Q345C各规格及工艺状态下强度对比图图2 Q345C各规格及工艺状态下伸长率对比图图3 Q345C各规格及工艺状态下冲击曲线从强度指标来看，各规格及工艺状态下强度均有一定的富余量，伸长率均在26%以上，其中30mm规格产品伸长相对较低，冲击性能-40均满足要求。本次轧制工艺执行较为稳定，可保证常规生产中产品质量的稳定性，Q345C可通过以上工艺实现满足Q345E的质量升级。3.2 Q345D升级Q420E取样做了拉伸试验和0、-20、-40冲击试验。图3、图4和图5分别显示了各品种不同工艺状态下的性能趋势：图4 Q345D各规格及轧制工艺状态下强度对比图图5 Q345D各规格及轧制工艺状态下伸长率对比图图6 Q345D各规格及轧制工艺状态下冲击曲线从强度指标来看，各规格CR4+强水冷工艺下，强度指标相对较高；伸长率CR4+强水冷工艺的指标相对较低，但均高于标准要求；冲击性能各规格及工艺状态下检测指标优良，均保持在150Mpa以上，CR2+轻水冷工艺的冲击性能相对较低。4.结论4.1 采用Al、Nb微合金化配合使用CR、TMCP轧制工艺，可实现Q345C升级Q345E、Q345D升级Q420E的减量化生产。4.2 本次试验的成分及轧制工艺可满足GB/T 1591-1994国标的质量要求。参考文献1 崔凤平、孙 玮，刘彦春等，中厚板生产与质量控制，冶金工业出版社，2008。2 宋耀华、周 佩，中厚板裂纹缺陷影响因素的分析及缓解途径，宽厚板，2001，7（4）19-21。3 Barrie MintzThe Influence of Composition on the Hot Ductility of Steals and to t