Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼生產(chǎn)實(shí)踐

魏書斌　范銀平

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼生產(chǎn)實(shí)踐

魏書斌范銀平

(安陽鋼鐵股份有限公司)

為滿足市場需求，根據(jù)國標(biāo)及用戶技術(shù)要求，安鋼采用Nb+V復(fù)合微合金化工藝，通過合理控制化學(xué)成分范圍及生產(chǎn)工藝參數(shù)，最終成功研制開發(fā)出了低合金高強(qiáng)度Q460C熱軋槽鋼。生產(chǎn)結(jié)果表明：生產(chǎn)的Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼，化學(xué)成分穩(wěn)定，綜合力學(xué)性能、焊接性能良好，產(chǎn)品完全滿足國標(biāo)及用戶使用要求。

低合金高強(qiáng)度Q460C槽鋼生產(chǎn)實(shí)踐

0　引言

Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼主要用于工程、橋梁結(jié)構(gòu)及鋼橋“貝雷片”等。鋼橋“貝雷片”是鋼結(jié)構(gòu)橋梁中主要的支架，其產(chǎn)品質(zhì)量的好壞直接影響著橋梁的壽命和安全性。為了滿足用戶需求，同時(shí)，也借此使公司型鋼產(chǎn)品向高強(qiáng)度級別轉(zhuǎn)型，提高公司經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)型材產(chǎn)線創(chuàng)效能力，安鋼在公司400型材機(jī)組成功的研發(fā)出Q460C熱軋槽鋼，其力學(xué)性能綜合合格率達(dá)到100%。產(chǎn)品經(jīng)用戶使用，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足國標(biāo)要求，并制作成鋼橋“貝雷片”出口到南美洲。

1　生產(chǎn)工藝路線確定

根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，結(jié)合公司生產(chǎn)工藝裝備條件選擇生產(chǎn)Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼工藝路線為：第一煉軋廠100 t轉(zhuǎn)爐→100 tLF精煉爐→120 mm×120 mm 方坯連鑄→第一軋鋼廠400型材機(jī)組。

2　成分設(shè)計(jì)

Q460C為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在設(shè)計(jì)成分時(shí)考慮到強(qiáng)度與韌性的配比、可焊性等要求，又要兼顧生產(chǎn)制造成本，盡量實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品噸鋼利潤的最大化[1]。故成分設(shè)計(jì)時(shí)考慮在基本元素的基礎(chǔ)上，通過合金元素的加入，依靠其強(qiáng)化機(jī)制來提高強(qiáng)度。其強(qiáng)化機(jī)制是微合金化元素Nb、V與鋼中的碳、氮原子形成高熔點(diǎn)、高硬度的碳化物和氮化物，一方面沉淀在奧氏體晶界上，加熱時(shí)不容易融入奧氏體，可阻止奧氏體晶粒長大，形成細(xì)晶強(qiáng)化；另一方面，這些碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)也可以在奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體過程中以及轉(zhuǎn)變之后析出，在鐵的晶格中阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，形成沉淀強(qiáng)化。Nb、V作為形成碳化物和氮化物的強(qiáng)化元素，在鋼中主要以碳化物、氮化物或碳氮化物以及固溶釩的形式存在，其強(qiáng)韌化機(jī)理主要是靠細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來實(shí)現(xiàn)。 對于P、 S這兩種有害元素，在冶煉成本最小的前提下，使得P、 S這兩種有害元素越低越理想，以降低對鋼的負(fù)面影響[2]。

依據(jù)Nb、V的微合金化原理，Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼在原Q345B熱軋槽鋼成分基礎(chǔ)上，加入適量的Nb、V元素，使其不僅具有460 MPa級以上的強(qiáng)度，而且還確保其沖擊韌性?；瘜W(xué)成分見表1。

表1　Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼成分設(shè)計(jì) 　 /%

注：1.化學(xué)成分允許偏差執(zhí)行GB/T 222-2006的規(guī)定；2.CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；3.釩采用釩氮微合金化。

3　生產(chǎn)工藝控制

3.1煉鋼工藝控制

為滿足沖擊性能及工藝性能的要求，良好的鋼水純凈度尤為關(guān)鍵，冶煉過程中，首先要求全程化好渣，控制中后期爐渣返干，保證終點(diǎn)鋼水P、S含量達(dá)到要求；同時(shí)，采用二次擋渣，出鋼嚴(yán)禁爐口和出鋼口下渣，盡量減少出鋼回磷；采用硅錳進(jìn)行脫氧合金化。

3.2LF精煉工藝控制

精煉過程中吹氬攪拌強(qiáng)度以鋼水液面不裸露、電弧穩(wěn)定為原則。LF精煉爐精煉時(shí)間不小于35 min，白渣保持時(shí)間不低于15 min。在硅控制目標(biāo)范圍內(nèi)，出鋼喂Ca-Si線200 m～300 m；喂線后軟攪拌，軟攪拌時(shí)間不低于8 min。

3.3連鑄工藝控制

為防止鋼流二次氧化，連鑄采取全保護(hù)澆注，結(jié)晶器采用中碳保護(hù)渣；同時(shí)，為保證鑄坯質(zhì)量，澆注過程拉速控制在3.1 m/min～3.25 m/min，保證結(jié)晶器液面穩(wěn)定，中包鋼水過熱度控制在15 ℃～40 ℃，保證良好的鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

3.4軋制工藝控制

3.4.1加熱溫度控制

鈮、釩微合金化鋼只有先期實(shí)現(xiàn)有效的固溶，隨后才能保證在軋制變形和軋后冷卻過程中更多的析出。因此，加熱溫度選擇是否合理，直接影響到鋼的原始奧氏體晶粒尺寸和所加入微合金元素的固溶，進(jìn)而對隨后軋制過程中的奧氏體再結(jié)晶晶粒尺寸及碳氮化物的析出狀態(tài)和數(shù)量產(chǎn)生影響[3]。最終將影響到高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼的綜合性能，因此，Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼鑄坯加熱制度的合理控制是決定軋材性能合格與否的關(guān)鍵。生產(chǎn)實(shí)際加熱段溫度控制為1150 ℃～1300 ℃，均熱段溫度為1180 ℃～1250 ℃。

3.4.2軋制工藝控制

在熱軋條件下，為降低軋材終軋溫度，使其微合金元素Nb、V通過形成碳化物、氮化物質(zhì)點(diǎn)阻止奧氏體晶粒長大，并延遲奧氏體的再結(jié)晶，保持形變效果從而細(xì)化鐵素體晶粒，提高其鋼材的強(qiáng)、韌性[4]。實(shí)際軋制過程，控制開軋溫度在1100 ℃～1180 ℃，同時(shí)，采取中間控溫，即軋件在粗軋二架500軋機(jī)后的輥道上停留1 min，溫度降至為980 ℃～1000 ℃時(shí)，再進(jìn)入第一架400軋機(jī)。最終槽鋼腰部終軋溫度保持在880 ℃～950 ℃。

4　產(chǎn)品實(shí)物水平

4.1化學(xué)成分控制

Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼化學(xué)成分實(shí)際控制水平見表2。

4.2力學(xué)性能檢驗(yàn)

Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼的力學(xué)性能和工藝性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2　Q460C槽鋼化學(xué)成分控制水平 　 %

注：鋼中殘余元素Cr 、Ni、Cu≤0.30%。

表3　Q460C槽鋼力學(xué)性能和工藝性能

注： 1.拉伸、彎曲試樣均為縱向試驗(yàn)；2.表中鋼材沖擊試樣在槽鋼腿部1/3處制取，試樣尺寸為10 mm×5 mm×55 mm。

從表2、3實(shí)物檢測水平結(jié)果可以看出：Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼化學(xué)成分控制穩(wěn)定，各規(guī)格力學(xué)及工藝性能檢驗(yàn)值完全滿足國標(biāo)GB/T1591技術(shù)要求。

4.3金相組織

對Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼軋材進(jìn)行金相組織分析：其組織為F+P，晶粒度平均為9～9.5級。軋材晶粒較細(xì)，組織均勻，達(dá)到了Nb、V復(fù)合微合金化預(yù)期效果。其金相組織如圖1、圖2所示。

圖1　Q460C 邊部 晶粒度9.5級

圖2　Q460C 中心 晶粒度9級

4.4非金屬夾雜物

對規(guī)格為[100×48×5.3Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼進(jìn)行內(nèi)部非金屬夾雜物的檢測，其鋼中硫化物、硅酸鹽類夾雜平均為0.5～1級，帶狀組織1級。由此結(jié)果表明Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼生產(chǎn)過程中，鋼水潔凈度較好，過程控制穩(wěn)定，為確保產(chǎn)品高強(qiáng)、高韌性指標(biāo)提供了有力的保障。

5　結(jié)論

1) 生產(chǎn)實(shí)踐表明：安鋼在現(xiàn)有工藝裝備條件下，成功開發(fā)Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼，其工藝路線選擇合理，化學(xué)成分、軋制參數(shù)控制穩(wěn)定，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好。

2)在普通C-Mn低合金結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，采用Nb、V復(fù)合微合金化生產(chǎn)工藝，通過Nb(C，N)、V (C，N)的析出，細(xì)化鐵素體晶粒，充分發(fā)揮了析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的作用，使得生產(chǎn)的Q460C低合金高強(qiáng)度熱軋槽鋼組織均勻、鋼的焊接及強(qiáng)韌性匹配良好，完全滿足國內(nèi)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)工程用型鋼的要求 。

[1]安暉,劉守顯. 淺析Q460C鋼中厚板力學(xué)性能偏低的原因[J].河北冶金.2014，228(12):54-56.

[2]楊清山，劉寶超，孔磊，等.Q460C圓鋼的研制與開發(fā)[J].天津冶金.2014， (4):20-26.

[3]范銀平，何曉波，張全剛，等.高強(qiáng)度熱軋船用角鋼的研制與開發(fā)[J].河南冶金.2010，18(6):12-17.

[4]許海平，張玉柱，張志杰.高強(qiáng)度船板鋼A36的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和控制軋制工藝分析[J].河北冶金,2006，156(6):42-43.

PRODUCTION PRACTICE OF Q460C HIGH STRENGTH LOW ALLOY HOT ROLLED STEEL CHANNEL

Wei shubinFan yinping

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd.)

In order to meet market demand, according to the national standard and user technical requirements, the high strength low alloy Q460C hot rolled steel channel is finally successfully developed in Anyang Steel by adopting Nb + V compound micro alloying process with reasonable control scope of chemical composition and production process parameters. Production results show that the Q460C high strength low alloy hot rolled steel channel produced by Anyang Steel have stable chemical composition, the comprehensive mechanical properties and good welding performance, fully meet the national standard and the requirement of users.

high strength low alloyQ460Cchannelproduction practice

2015-12-15

聯(lián)系人：范銀萍，教授級高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心；