李 艳，倪 凯

（1山钢股份莱芜分公司技术中心，山东 莱芜271105；2山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东 莱芜271104）

1 前言

C245是俄罗斯标准GOST 27772—1988《建筑钢结构用钢材》中的牌号。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，被广泛应用于房屋、重型厂房、桥梁、工业框架等建造。俄罗斯作为“一带一路”沿线国家中与中国接壤的重要陆上邻国，根据自身经济发展需要提出“欧亚经济联盟”，正好对接了中国的“一带一路”战略，更好地推动了“中俄经济走廊”的建设，因此钢结构建造逐年增加，俄标结构钢板需求量大幅上升。为适应市场需求，通过生产开发实践，莱钢在4 300 mm宽厚板生产线完成了C245结构用钢（8～40 mm各厚度规格）产品的成分设计与工艺开发，形成了钢板生产的规模化，工艺的规范化，产品性能均匀稳定。

2 化学成分和力学性能要求

俄标GOST 27772—1988中对该产品的化学成分做了较明确的规定，具体要求见表1。

表1 C245钢的熔炼化学成分（质量分数） %

C245钢板的力学性能要求见表2，超出标准厚度范围（20～40 mm）的性能要求根据用户协商确定。

表2 C245钢的力学性能要求

3 产品成分设计

3.1 设计原则

按照符合俄罗斯标准、用户使用要求并降低生产成本的原则进行C245产品成分设计。采用低C含量、低Si含量和低Mn含量，添加适量Nb、Ti等微合金元素，使钢板轧制后具有较高的强度、良好的塑韧性、冷弯性以及易焊接特性。

3.2 成分确定

C是影响钢材强度的最主要元素之一，主要以碳化物（Fe3C）形式存在；Mn对提高钢板强度、降低钢材脆性转变温度、改善冲击韧性起着重要的作用；Si可增大钢液的流动性，除形成非金属夹杂物外，还能溶于铁素体中；P在钢中易偏析；S易和Mn反应生成硫化物夹杂而存在钢中，沿着钢板的轧制方向延伸，形成严重的带状，降低钢的塑性、冷成型性和冲击韧性；Nb在钢中阻止再结晶的进行和阻碍再结晶晶粒长大，起到细晶强化的作用；Ti是强碳化物形成元素，亦能组织晶粒长大，还可消除钢中自由氮，提高钢材的抗时效性能；Al一般作为脱氧剂加入钢中，用于提高钢水洁净度［1］。根据各元素在钢中的不同作用，且采用两阶段轧制最大限度细化晶粒。具体设计的化学成分见表3。

4 产品工艺开发

4.1 产品工艺流程

C245工程结构钢板的主要工艺流程为：铁水预处理→120 t转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸→板坯检验→加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→（矫直）→钢板标识→冷床→剪切→标识→堆垛入库。

表3 C245钢的化学成分设计（质量分数） %

4.2 工艺开发

根据化学成分设计，结合莱钢设备水平进行关键工序的工艺研究与确定，确定各工序重点控制环节。

4.2.1 转炉冶炼

转炉采用顶底复吹冶炼技术，精确控制枪位和加料时机，在一定时间内加完渣料，采用单渣工艺冶炼，终渣碱度控制在3.0～4.0。重点是确保低的P、S含量，合理控制终点碳含量，防止钢水氧化性过强。生产中钢水成分控制在要求范围内，为确保钢材最终性能创造良好条件。

4.2.2精 炼

钢水进站进行底吹氩，精炼期间造黄白渣或白渣，采用铝粒、碳化硅、碳化钙调渣，终渣碱度尽量控制在2.5以上。同时喂适量铝线，并根据情况进行调整，使铝含量均达到规定要求。为保证钢质纯净，软吹时间≮12 min，以保证脱氧产物充分上浮。严格控制精炼时间≮42 min。

4.2.3连 铸

连铸采用全保护浇注，中间包采用覆盖剂结合碳化稻壳覆盖、加盖保护，使钢水与空气隔绝，避免二次氧化，适当控制中间包钢水温度，浇注过程保持拉速稳定。严格控制结晶器振动及二冷区水量，结晶器的冷却水量采用弱冷，有利于获得良好的铸坯内部和表面质量。

4.2.4轧 制

1）加热工艺。加热温度决定着奥氏体的晶粒度和合金元素的固溶程度，并直接影响钢板的最终性能。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。通常在加热普通性能要求的低合金钢时，为降低形变阻力和弥补工序间的温度降低，确保控制轧制的效果，最高加热温度在1 220～1 270℃［2］。钢坯在步进梁式加热炉内加热，加热过程中，奥氏体晶粒在1 000～1 050℃开始粗化。根据钢种特点，结合铸坯厚度、加热生产条件和轧制节奏控制情况，基于经验研究［3］并按成分范围中限计算，且考虑到晶粒的长大，确定了板坯加热温度≯1 250℃，板坯均热时间≮40 min。

2）轧制工艺。轧制工艺采用热轧方式，根据产品厚度和宽度不同进行选取。轧制分为两个阶段：①I阶段（粗轧）轧制。I阶段的轧制过程属于奥氏体再结晶区轧制，为了使奥氏体晶粒能够充分细化，严格控制粗轧展宽后纵轧道次的压下率，采用单道次大变形量轧制，保证至少有3个道次压下率≮15%，同时保证粗轧的结束温度处于完全再结晶区，不能进入部分再结晶区，以避免产生混晶组织。②Ⅱ阶段（精轧）轧制。Ⅱ阶段轧制在奥氏体的未再结晶区进行，轧制温度应低于奥氏体的再结晶温度。不发生再结晶的温度范围一般控制在Tnr～Ar3区间，其温度的变化取决于钢的化学成分和变形量的大小［4］，因此，Ⅱ阶段的开轧温度应在1 100℃以下。严格控制精轧阶段的累积变形量≮50%，可使奥氏体晶粒充分破碎细化，有助于细化晶粒，提高钢板的强韧性指标。

综合以上分析，根据该产品化学成分设计，制定各厚度规格的轧制工艺，通过试轧中不断优化、改进工艺，使产品的各性能指标均达到了俄标的要求，从而最终确定产品工艺。具体轧制参数见表4。

表4 轧制工艺参数

5 实施效果

5.1 轧制实践

按照表4中的工艺，对C245结构钢进行了轧制，轧制厚度规格为8～36 mm，并对部分代表规格钢板的力学性能检测结果进行统计，见表5。所有试验采用的试样方向均为横向，且均为双倍样检测。从表中可以明显看出，钢板拉伸、冲击、时效、弯曲性能良好，完全满足标准及用户使用要求，说明成分设计和工艺制定合理。

5.2 组织分析

钢板的性能水平取决于其组织情况。对生产的8 mm厚度规格的C245钢板取样，并进行了金相组织和SEM扫描电镜观察，其典型的组织照片如图1和图2所示。在热轧状态C245钢板上切取全厚度试样，应用砂纸逐级打磨和机械抛光后，采用4%的硝酸酒精溶液进行侵蚀，然后在金相显微镜下对试样不同厚度处的金相组织进行观察分析，利用sigma500扫描电镜进行微观组织观察分析。从图1和图2中可以明显地看出，钢板的组织主要为铁素体+珠光体，且以片状珠光体为主，心部晶粒较为均匀细小，基本在7.5～8.0级，带状组织在0.5～2.0级。夹杂物以Ds类为主，等级在1.0～1.5级，夹杂物总和均在3级以下，说明钢质纯净度较好。钢板的整个厚度方向组织均匀，均达到预期组织形态。

表5 钢板性能

图1 8 mm厚度规格钢板金相组织

6 结论

6.1 按照俄罗斯标准和用户对结构用钢的力学性能要求，依据再结晶和相变理论以及两阶段轧制工艺技术，最终完成了C245化学成分和工艺设计，所生产的钢板性能优良，可满足俄罗斯标准和用户使用的要求。

6.2 充分挖掘设备潜力，不断优化工艺参数，成功研制开发出20～40 mm规格C245结构钢板整套生产工艺，突破了标准中厚度规格范围的性能要求。

6.3 不同规格C245钢板的研制成功表明，利用较低的合金元素配合相应轧制工艺能够生产出性能优良的工程结构用钢板，实现了工业化批量生产，填补了莱钢俄罗斯标准GOST 27772—1988产品的空白。

图2 8 mm厚度规格钢板SEM组织