钛微合金化低合金高强钢Q355MB的生产实践

2020-03-10谷国华

山东冶金 2020年1期

李铁，谷国华，王波

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东莱芜271199）

1 前言

低合金高强钢是一类具有良好加工性能和焊接性能的结构用钢，随着国民经济的高速发展，普通碳素结构钢在很大程度上已经不能满足市场的需求，低合金高强钢在加工使用中的比例逐渐加大。低合金高强钢的产品质量已经成为钢铁企业技术水平的重要指标。

微合金化技术是提高结构钢强韧性的途径之一。钢中一般添加微合金化元素Nb、V、Ti，其原理一是通过碳、氮化物阻止晶粒长大的细晶强化；二是通过钢中细小的、弥散的沉淀相，与位错发生交互作用，造成对错运动的阻碍，使钢的强度得以提升的析出强化。采用成本相对低廉的Ti，生产钛微合金化低合金高强钢，具有显著的成本优势。配合控轧控冷工艺技术（TMCP），通过控制轧制和层流冷却，进一步起到强化作用。泰山钢铁通过冶炼工艺控制实现钛的微合金化，配合轧制过程中的控轧控冷工艺，成功开发出了具有强韧性和良好焊接性能的Q355MB钢［1-4］。

2 Q355MB钢的开发试制

2.1 技术要求

Q355MB钢不仅要求其具有较高的强度，还需具有良好的冷加工性，优良的焊接性以及高质量的表面。其力学性能和工艺性能要求如下：屈服强度ReH≥355 MP，抗拉强度Rm为 470～630 MPa，伸长率A≥22%，20℃V型缺口纵向试样冲击吸收能量值KV2≥34 J，180°冷弯试验合格，碳当量CEV≤0.39%。

2.2 成分设计

为保证钢的力学性能，同时考虑合金生产成本，Q355MB钢采用Ti强化工艺，在C、Mn固溶强化的基础上，添加适量的Ti微合金化元素，加热时阻碍原始奥氏体晶粒的长大，轧制过程抑制再结晶后的晶粒长大，冷却过程中起到析出强化作用。同时严格控制钢中有害杂质的含量，保证钢的冷弯性能和冲击韧性。为解决钢带表面氧化铁皮问题以及确保更好的焊接性能，Q355MB钢采用低碳低硅，最终的熔炼成分设计如表1所示。

表1 Q355MB钢熔炼成分控制标准 %

2.3 工艺路线

Q355MB钢生产工艺流程：高炉铁水→KR脱硫→转炉冶炼→LF炉精炼→保护浇注→板坯加热→粗轧→炉卷+3连轧→“密集型”层流冷却→卷取入库。

2.4 冶炼工艺控制

1）KR脱硫。Q355MB钢常用于结构件的加工制作，服役过程中设计冲击和弯曲变形，对钢水的纯净度要求较高，为保证钢水的最终S含量，必须控制KR脱硫后铁水中的S含量≯0.005%，并保证扒渣干净。

2）转炉冶炼。提高转炉脱磷率，吹炼全程底吹氩模式，出钢采用滑板挡渣，出钢时间≮2.5 min，严格控制下渣量，为后续的LF精炼造渣创造了有利条件。

3）LF炉精炼。调整钢液成分，造还原精炼渣，降低钢水氧化性。Ti的合金化采用含量为70%左右的钛铁，一次足量加入，尽可能的避免Ti含量不足造成的二次补加，提高收得率。

4）连铸工艺。中间包钢水过热度控制在15～25℃，全程保护浇注，减少钢水的二次氧化。采用板坯抗裂纹保护渣，1.0 m/min恒拉速，控制铸坯表面缺陷。

2.5 轧制工艺控制

炉卷轧机+3连轧的生产模式具有一定的特殊性，为充分利用钛合金化起到的细晶强化作用，根据轧机特点，制定适合的加热制度和轧制制度。

1）加热制度。为保证板坯加热质量，保证粗轧开轧温度，又要防止奥氏体晶粒的过分长大，加热炉均热段的目标温度设置为1 230℃，加热时间180 min。

2）轧制工艺。为保证奥氏体在完全再结晶温度以上有效变形，粗轧开轧温度控制在1 100℃以上，充分利用粗轧轧制力大的有利条件，提高变形量，增加奥氏体再结晶数量，细化晶粒。炉卷轧机分为两种情况：一种情况是成品厚度≤7 mm，炉卷轧机投用3次，则将卷取炉温度设置在1 050℃，控制炉卷轧机第3道次的钢带厚度，在精轧3连轧期间累计变形量，形变诱导相变起到细化铁素体晶粒和珠光体球团的效果；另一种情况是成品厚度＞7 mm，炉卷轧机投用1道次，带钢不进卷取炉，可将炉卷轧机+3连轧看作4连轧，控制粗轧的中间坯厚度，在精轧区累计变形量。终轧温度设置在820℃。轧后的冷却速度可以影响碳化物在铁素体中的弥散分布和珠光体片层间距，影响钢带综合性能。密集型层流冷却可以在提供大冷速的同时精确控制冷却温度。卷取温度设置在630℃。