李 鐵，谷國(guó)華，王 波

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271199）

1 前言

低合金高強(qiáng)鋼是一類(lèi)具有良好加工性能和焊接性能的結(jié)構(gòu)用鋼，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼在很大程度上已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，低合金高強(qiáng)鋼在加工使用中的比例逐漸加大。低合金高強(qiáng)鋼的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。

微合金化技術(shù)是提高結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)韌性的途徑之一。鋼中一般添加微合金化元素Nb、V、Ti，其原理一是通過(guò)碳、氮化物阻止晶粒長(zhǎng)大的細(xì)晶強(qiáng)化；二是通過(guò)鋼中細(xì)小的、彌散的沉淀相，與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，造成對(duì)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，使鋼的強(qiáng)度得以提升的析出強(qiáng)化。采用成本相對(duì)低廉的Ti，生產(chǎn)鈦微合金化低合金高強(qiáng)鋼，具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。配合控軋控冷工藝技術(shù)（TMCP），通過(guò)控制軋制和層流冷卻，進(jìn)一步起到強(qiáng)化作用。泰山鋼鐵通過(guò)冶煉工藝控制實(shí)現(xiàn)鈦的微合金化，配合軋制過(guò)程中的控軋控冷工藝，成功開(kāi)發(fā)出了具有強(qiáng)韌性和良好焊接性能的Q355MB鋼［1-4］。

2 Q355MB鋼的開(kāi)發(fā)試制

2.1 技術(shù)要求

Q355MB鋼不僅要求其具有較高的強(qiáng)度，還需具有良好的冷加工性，優(yōu)良的焊接性以及高質(zhì)量的表面。其力學(xué)性能和工藝性能要求如下：屈服強(qiáng)度ReH≥355 MP，抗拉強(qiáng)度Rm為 470～630 MPa，伸長(zhǎng)率A≥22%，20℃V型缺口縱向試樣沖擊吸收能量值KV2≥34 J，180°冷彎試驗(yàn)合格，碳當(dāng)量CEV≤0.39%。

2.2 成分設(shè)計(jì)

為保證鋼的力學(xué)性能，同時(shí)考慮合金生產(chǎn)成本，Q355MB鋼采用Ti強(qiáng)化工藝，在C、Mn固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，添加適量的Ti微合金化元素，加熱時(shí)阻礙原始奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，軋制過(guò)程抑制再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大，冷卻過(guò)程中起到析出強(qiáng)化作用。同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中有害雜質(zhì)的含量，保證鋼的冷彎性能和沖擊韌性。為解決鋼帶表面氧化鐵皮問(wèn)題以及確保更好的焊接性能，Q355MB鋼采用低碳低硅，最終的熔煉成分設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 Q355MB鋼熔煉成分控制標(biāo)準(zhǔn) %

2.3 工藝路線

Q355MB鋼生產(chǎn)工藝流程：高爐鐵水→KR脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→保護(hù)澆注→板坯加熱→粗軋→爐卷+3連軋→“密集型”層流冷卻→卷取入庫(kù)。

2.4 冶煉工藝控制

1）KR脫硫。Q355MB鋼常用于結(jié)構(gòu)件的加工制作，服役過(guò)程中設(shè)計(jì)沖擊和彎曲變形，對(duì)鋼水的純凈度要求較高，為保證鋼水的最終S含量，必須控制KR脫硫后鐵水中的S含量≯0.005%，并保證扒渣干凈。

2）轉(zhuǎn)爐冶煉。提高轉(zhuǎn)爐脫磷率，吹煉全程底吹氬模式，出鋼采用滑板擋渣，出鋼時(shí)間≮2.5 min，嚴(yán)格控制下渣量，為后續(xù)的LF精煉造渣創(chuàng)造了有利條件。

3）LF爐精煉。調(diào)整鋼液成分，造還原精煉渣，降低鋼水氧化性。Ti的合金化采用含量為70%左右的鈦鐵，一次足量加入，盡可能的避免Ti含量不足造成的二次補(bǔ)加，提高收得率。

4）連鑄工藝。中間包鋼水過(guò)熱度控制在15～25℃，全程保護(hù)澆注，減少鋼水的二次氧化。采用板坯抗裂紋保護(hù)渣，1.0 m/min恒拉速，控制鑄坯表面缺陷。

2.5 軋制工藝控制

爐卷軋機(jī)+3連軋的生產(chǎn)模式具有一定的特殊性，為充分利用鈦合金化起到的細(xì)晶強(qiáng)化作用，根據(jù)軋機(jī)特點(diǎn)，制定適合的加熱制度和軋制制度。

1）加熱制度。為保證板坯加熱質(zhì)量，保證粗軋開(kāi)軋溫度，又要防止奧氏體晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大，加熱爐均熱段的目標(biāo)溫度設(shè)置為1 230℃，加熱時(shí)間180 min。

2）軋制工藝。為保證奧氏體在完全再結(jié)晶溫度以上有效變形，粗軋開(kāi)軋溫度控制在1 100℃以上，充分利用粗軋軋制力大的有利條件，提高變形量，增加奧氏體再結(jié)晶數(shù)量，細(xì)化晶粒。爐卷軋機(jī)分為兩種情況：一種情況是成品厚度≤7 mm，爐卷軋機(jī)投用3次，則將卷取爐溫度設(shè)置在1 050℃，控制爐卷軋機(jī)第3道次的鋼帶厚度，在精軋3連軋期間累計(jì)變形量，形變誘導(dǎo)相變起到細(xì)化鐵素體晶粒和珠光體球團(tuán)的效果；另一種情況是成品厚度＞7 mm，爐卷軋機(jī)投用1道次，帶鋼不進(jìn)卷取爐，可將爐卷軋機(jī)+3連軋看作4連軋，控制粗軋的中間坯厚度，在精軋區(qū)累計(jì)變形量。終軋溫度設(shè)置在820℃。軋后的冷卻速度可以影響碳化物在鐵素體中的彌散分布和珠光體片層間距，影響鋼帶綜合性能。密集型層流冷卻可以在提供大冷速的同時(shí)精確控制冷卻溫度。卷取溫度設(shè)置在630℃。

3 Q355MB鋼的檢測(cè)結(jié)果

3.1 力學(xué)及工藝性能檢測(cè)

鋼帶下線后力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示（規(guī)格7.75 mm×1 500 mm）。屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)高于355 MPa的標(biāo)準(zhǔn)要求，也高于同產(chǎn)線常規(guī)工藝生產(chǎn)的普通Q355B鋼種。采用規(guī)格為5 mm×10 mm×55 mm輔助試樣檢測(cè)0℃V型缺口縱向試樣沖擊吸收能量值KV2，滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)C級(jí)鋼的要求。

表2 力學(xué)及工藝性能檢測(cè)結(jié)果

3.2 金相分析

對(duì)試樣在金相顯微鏡下進(jìn)行夾雜物檢測(cè)，僅檢測(cè)到D類(lèi)細(xì)系夾雜物，級(jí)別為1.5級(jí)，如圖1所示。

圖1 D類(lèi)夾雜物1.0級(jí)

在掃描電鏡下對(duì)夾雜物和析出物進(jìn)行能譜分析，如圖2所示。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)球形夾雜物中存在鈦元素，析出物為鈦的碳、氮化物。能譜分析結(jié)果如表3所示。

圖2 夾雜物和析出物能譜分析

表3 能譜分析結(jié)果 %

將金相試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕后觀測(cè)，Q355MB鋼的組織為鐵素體+珠光體，晶粒度12.5級(jí)，厚度方向上組織均勻，無(wú)混晶現(xiàn)象，無(wú)明顯的帶狀組織，具體見(jiàn)圖3。圖4為同產(chǎn)線Q355B產(chǎn)品組織，晶粒度11.0級(jí)，且存在明顯的帶狀組織。

圖3 Q355MB鋼金相組織

圖4 Q355B鋼金相組織

4 結(jié)語(yǔ)

目前采用鈦微合金化結(jié)合控軋控冷工藝生產(chǎn)的Q355MB產(chǎn)品，組織均勻，性能高于標(biāo)準(zhǔn)要求。在有效控制成本的同時(shí)兼具良好的加工性和焊接性，且表面質(zhì)量?jī)?yōu)于同產(chǎn)線常規(guī)工藝生產(chǎn)的Q355B鋼種，符合客戶的加工制造要求，具有一定的推廣價(jià)值。