安钢1 00 J低温冲击功Q370qE的开发实践

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王立群

(安阳钢铁集团有限责任公司河南安阳455004)

摘要：阐述了－40℃纵向V型冲击功不小于100J的Q370qE梁结构用钢板在安钢100 t转炉／电炉—2800 mm中板生产线的试制过程，通过合理的确定微合金化成分体系、冶炼和连铸工艺、轧制工艺，确保了Q370qE钢板显微组织、力争性能满足用户要求，实现了批量生产。

关键词：Q370qE；100J低温冲击功；微合金化；力学性能

　桥梁板广泛应用于铁路桥、公路桥、大型跨长江、跨海大桥及城市轻轨等的建设中，跨距大于300m的均采用钢结构设计。钢结构设计特点是：结构简单，自重轻，安全性高，能够承受较大的静、动载荷，服役时间较长。因此，桥梁行业对钢板强韧性、焊接性能、屈强比、抗层状撕裂能力提出了较高要求，尤其是对低温冲击韧性，要求冲击功不小于100J。面对市场需求，安阳钢铁股份有限公司结合现有工艺装备水平和生产能力，在100 t转炉／100 t电炉——2 800 mm中板生产线成功开发了低成本的具有100 J、－40℃低温冲击功Q370qE，更好的满足了市场需求。

1 工艺路线

　 100 t转炉／100 t电炉冶炼——LF精炼——连铸——坯料切割——加热——除鳞——2 800 mm轧机粗轧——2 800 mm轧机精轧——矫直——冷却——剪切——收集入库。

2 工艺开发重点

2．1 Q370qE标准要求

　 Q370qE性能标准要求见表1。

2．2 设计开发难点

2．2．1成分设计

　桥梁结构钢对强度和焊接性能要求较高，使得碳含量的使用受到限制，因此，成分设计应合理选用微合金化元素，在不降低韧性的前提下，充分利用细晶强化与析出强化效果，确保桥梁板强度和碳当量要求。

2．2．2脱氧脱硫

　为获得较好的冲击韧性，应以脱氧为目标，控制终点C，防止过氧化，强化挡渣出钢，加强脱氧操作，提高钢水纯净度。同时，充分利用LF精炼炉，采用高温、高碱度、高渣量低氧化铁造渣工艺，延长白渣保持时间，保证脱硫效果。

2．2．3微合金设计

　采用微合金化，在不降低韧性的前提下，利用Al、Nb复合加入微合金化，充分发挥析出强化与沉淀强化效果，确保强度稳定。

2．2．4 细化晶粒

　轧制工艺以细化晶粒、提高强度、改善韧性为主要目的，采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺，使得终轧温度尽可能接近相变点，保证控制轧制细化晶粒的效果。

3 Q370qE桥梁板研发方案

3．1 成分体系设计

　为了保证强韧性和焊接性能要求，保证碳当量，采用中下限的[C]、[Mn]成分控制，降低硫磷含量，改善低温冲击韧性。在微合金化技术中，常用的Nb、V、Al、Ti等合金元素可以与碳氮元素交互作用，形成碳化物、氮化物及碳氮化物，这些化合物在高温下溶解，低温下析出，并以第二相析出的方式分布在基体，有效阻止了晶粒的长大。通过控制各种工艺参数可以控制他们的固溶、析出行为，从而提高钢板的性能。

　根据100 t转炉的冶炼特点及铸坯质量状况，加入Al合金元素比较经济，同时裂纹敏感系数较低。对比其他合金元素，Nb在奥氏体中的溶解度低于V，在高于Ar₃以上的温度变形时，含Nb钢就可诱导碳氮化合物析出，从而有效组织相变铁素体的长大，Ti高温溶解，高温析出，结合我公司情况不宜采用。因此，我们选择Al和Nb作为微合金元素加入成分体系中，主要是发挥Al、Nb钢在较高温度变形时的细晶强化作用以及小部分析出强化作用。安钢Q370qE成分体系设计，如表2所示。

3．2 冶炼工艺控制

　 1)转炉冶炼：终点C目标控制在大于等于0．08％，P控制在0．010％以下。转炉出钢采用二次挡渣，减少下渣量。

　 2)电炉冶炼：采用部分兑铁水冶炼，过程造好泡沫渣，出钢C≥0．06％，防止钢水过氧化。

　 3)出钢后吹氩弱搅拌。

　 4)精炼炉冶炼时间不小于30 min，白渣保持时间不少于1 5 min。软搅拌时间不少于5 min。

　5)精炼炉CaSi线喂入量：3．0—3．5 m／t。

3．3连铸工艺控制

　1)全程无氧化保护浇铸，且浸入式水口对中良好。

　 2)板坯拉速范围1．10—1．3 m／min。

　 3)配水采用弱冷工艺。

3．4．加热工艺控制

　制订加热工艺应考虑微合金钢的粗化温度、固溶温度及加热后的变形抗力等特点，由于Nb钢粗化温度为1 150℃，Al钢粗化温度为1 100℃；Nb钢固溶温度为l 150～1 180℃，所以设计加热时间不小于3 h，加热段、均热段温度均为1 150～l 250℃，保证微合金元素充分固溶到奥氏体中。另外3座加热炉采用交替出钢方式，炉膛压力控制为微正压，以避免炉头钢坯吸冷风，以保证钢坯加热均匀。

3．5轧制工艺控制

　轧制工艺选用再结晶型和未再结晶型两阶段控制轧制工艺。

　 1)粗轧阶段采用再结晶型控制轧制。

　开轧温度1 000℃以上完成，道次压下率控制在15％～22％，以充分发挥再结晶区轧制反复完全再结晶对细化晶粒的作用，获得均匀细小的高温奥低体组织；

　2)精轧阶段采用未再结晶区控制轧制。

　精轧温度不大于950℃，第二阶段累积压下率不小于50％，终轧温度控制在780～850℃，然后空冷，以发挥未再结晶区控制轧制对晶粒细化作用，细化铁素体晶粒。

4 试制结果分析

4．1 成分控制

　 Q370qE实际成分控制见表3，为保证良好的焊接性能，应控制碳当量Ceq在0．42左右，碳作为强化元素之一，采用中下限控制，否则会使钢的塑性、韧性降低，恶化焊接性能；Mn是细化晶粒元素之一，用以提高强度，降低钢材脆性转变温度，改善低温冲击韧性，但Mn又是淬透性元素，含量太高易形成上贝氏体组织，对韧性不利，所以Mn含量控制在1．40％左右。P、S含量控制在一个较低的范围内。总之，整体成分控制稳定，满足Q370qE成分设计要求。

4．2力学性能分析

　由于Q370qE采用了Al Nb复合微合金化成分体系，在轧制过程中将微合金化技术和控轧工艺有效结合，充分发挥Nb的细晶强化作用，有效地改善了钢板强韧性指标，其中：屈服强度控制在375～475 MPa，平均达到了410 MPa，比标准富裕40 MPa；抗拉强度控制在495～605 MPa，平均达到了540 MPa，比标准富裕30 MPa；冲击功控制在96～300 J，平均达到了138 J，100 J以上的冲击功占98．68％，性能指标满足了Q370qE开发要求。表4为Q370qE性能实物水平，图1～图4为Q370qE整体性能分布图。

5 高倍组织分析

　显微组织为铁素体和珠光体，铁素体晶粒度8．5～10级。

6 结语

　安钢通过进行合理的低成本成分设计，合理的制订冶炼、连铸、轧制工艺，成功的在100 t转炉／电炉—2 800 mm中板机组生产线开发了Q370qE，2008年Q370qE共生产2万t，性能初验合格率达到94．36％，成材率达到92．15％，轧成率达到96．67％。100 J低温冲击功Q370qE的开发不仅完善了公司品种结构，在满足桥梁板市场需求的同时，满足了桥梁行业较高的低温韧性要求，特别是在北京南站、西藏大桥、杭州湾大桥等国家重点工程建设中，创造了良好业绩，为我公司增强市场竞争力，提高了产品市场占有率起到了积极的作用。