船體結構用熱軋H 型鋼生產研究與應用

劉 波 任 偉

（1 萊鋼股份型鋼廠大型軋鋼車間；2 萊鋼股份型鋼廠中型軋鋼車間，山東 萊蕪 271104）

前言

隨著造船工業的不斷發展，造船工業所用的鋼材品種越來越多，數量越來越大。建造一艘16000 噸級貨船，單船體用鋼材就需要4600 噸。現代船舶的船體結構制造所用材料主要是一般強度船體結構用鋼、高強度船體結構用鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼、復合鋼板、Z 向鋼、鋁合金、增強塑料等[1]。H 型鋼具有力學性能優越、重量輕、施工快捷、抗震性能好、節能降耗等優點，廣泛應用于大跨度空間結構、橋梁基礎、民用高層建筑，以及各種工業廠房及鍋爐鋼架等領域[2]。為了造船業對鋼材大規格高強度的要求，萊鋼研究開發了船體結構用熱軋H 型鋼產品。

本文論述了船體結構用熱軋H 型鋼的冶煉和軋制生產工藝，利用金相分析對軋件進行了金相觀察，同時對軋件進行了物理檢測。

1 成分設計及生產工藝

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1.1 化學成分

化學成分見表1。

1.2 性能要求

1.3 生產工藝

鐵水預處理-銀山型鋼120t 轉爐冶煉-LF 精煉-1#機異型坯連鑄-型鋼廠大型H 型鋼軋制。鋼坯經鐵水預處理、轉爐頂底復吹、微合金化、LF 爐精煉處理等生產工序。在型鋼廠，坯料經自動控制燃燒的步進式加熱爐加熱，再經高壓水除鱗、BD 機開坯軋制、X-H可逆萬能精軋等工藝過程完成軋制。

1.3.1 冶煉工藝

入爐原料必須滿足轉爐工藝技術要求，鐵水含硫量≤0.020%；嚴格裝入量，誤差小于±0.5 噸。終渣堿度控制在3.2 范圍內。底吹模式采用自動E 模式。全程渣子化好、化透,終點壓槍時間≮1分鐘。脫氧合金化。采用硅錳、高錳進行合金化。采用硅鈣鋇脫氧，硅鈣鋇2.7kg/t；爐長視過氧化情況可補加硅鈣鋇。合金加入：當鋼水出至1/4時開始均勻加入，鋼水出至3/4時加完，合金對準鋼流沖擊區加入。嚴格執行擋渣操作，擋渣棒（擋渣球）在放鋼3/5～4/5 加入。出鋼時間不小于3分鐘。全程底吹氬攪拌，前期可根據情況適當調高氬氣壓力，出站前采用小壓力軟吹，保證夾雜物上浮，保證精煉軟吹氬大于12分鐘。根據爐渣的粘度、顏色及泡沫化程度，用碳化鈣、碳化硅等調整爐渣，出站前頂渣應達到白渣或黃白渣。采用喂碳線增碳。精煉軟吹氬之前喂CaSi 線150-200m/爐。使用改進后大包水口，加密封圈，全程保護澆注。結晶器采用非正弦振動。拉速控制在0.95～1.05m/min。

1.3.2 軋制工藝

高壓水除鱗時軋件運行速度為1.0m/s。噴嘴工作壓力205bar，流量不低于35m3/h。

1180 ℃左右實行開坯軋制，坯料在萬能粗軋區前待溫至950℃進人精軋機組軋制，精軋終軋溫度850℃。機后水冷線噴嘴全開，上冷床溫度控制在700℃～750℃之間。軋件下冷床溫度：軋件下冷床的溫度應低于120℃，如下冷床的溫度大于120℃時要開啟冷床風機強制冷卻。矯直溫度應低于120℃，對于矯直過程中出現的各類彎曲軋件，盡快進行壓力矯直機的重矯并及時跟隊。軋制規程如表1 所示。

從表1 可以看出，采用7 道次軋制，各道次的腹板、翼緣伸長率較小。為防出現腹板波浪，H 型鋼單道次翼緣與腹板伸長率的比值需大于1.0。對于寬翼緣規格產品，如該比值過大，翼緣將對腹板產生附加拉應力，出現腹板厚度不均勻現象，嚴重的會產生腹板孔洞；對于窄翼緣規格產品，該比值過大，會出現翼緣寬度波動，嚴重的會形成翼緣波浪。

對熱軋后鋼進行取樣，試樣經打磨拋光后用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，采用金相顯微鏡觀察試樣的組織形貌。兩塊鋼板金相照片如下圖所示：

圖1 軋后金相組織Fig.1 Microstructure of the samples after rolling

由圖1 可知，采用7 道次軋制后組織為鐵素體與珠光體混合物，晶粒度7.5 級，混晶組織比較嚴重，帶狀組織3 級左右。

如表4 所示，采用7 道次軋制工藝，試樣的屈服強度和抗拉強度均符合國家標準。采用7 道次軋制后，軋制壓縮量大，同時開軋溫度和終軋溫度低，內部組織進行相轉變時，形核點較多，鋼材晶粒大小得到有效控制。鋼材晶粒減小，有助于強度和延伸率的增加。

結論

本文論述了船體結構用熱軋H 型鋼的冶煉和軋制生產工藝，利用金相分析對軋件進行了金相觀察，同時對軋件進行了物理檢測。通過設定合理的精軋開軋、終軋溫度，適當加大各道次壓縮比等軋制工藝，能有效控制軋件晶粒大小，改善軋件帶狀組織，保證軋件的強度、延伸等性能。產品性能穩定，實現了批量生產。

[1] 王俊生，徐春.H 型鋼X-H 軋制中R 處缺陷的研究[J]，熱處理， 2009，(24):56-59.

[2] 郭娟，吳迪.H 型鋼軋后控制冷卻的研究與應用[J].鋼鐵研究學報，2007，(5):40-43