低溫高韌性熱軋H型鋼產品開發

彥井成，吳保橋，龔慶華，夏　勐，邢　軍，黃　琦

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司　馬鞍山　243000)

?

低溫高韌性熱軋H型鋼產品開發

彥井成，吳保橋，龔慶華，夏勐，邢軍，黃琦

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司馬鞍山243000)

摘要：通過馬鋼多年來的持續努力，成功開發出滿足-50℃沖擊性能要求的熱軋H型鋼生產技術，使H型鋼能夠在-50℃及以下低溫環境下具有良好的抗低溫沖擊韌性。

關鍵詞：低溫；高韌性；H型鋼

近年來，能源的開采從環境條件適宜區域向氣候惡劣的北極區域轉移，由于北極地區是氣候條件惡劣的高寒地區，使得在北極等高寒地區建造或使用的油氣開采裝置必須具有高的耐低溫特性，使用的鋼鐵結構材料必須在-50℃以下的嚴寒條件下，具有優異的低溫沖擊韌性要求。而按照一般H型鋼生產工藝流程生產出的H型鋼，其韌韌脆轉變溫度在-10℃左右，如用于高寒地區和低溫環境，則在承受動載或沖擊時，容易出現脆斷，造成不必要的損失，用于及以下環境的H型鋼，其低溫沖擊功須大于27J；而以異型坯為原料，采用鐵水預處理、低溫大壓下和軋后控冷等措施生產的熱軋H型鋼，-50℃低溫韌性等可滿足-50℃沖擊性能要求。同時，采用H型鋼替代焊接H型鋼可以減少焊接工序，提高了工程進度、材料利用率和安全性。

1　化學成分及軋制工藝設計

1.1生產工藝流程

鐵水預處理→轉爐冶煉→吹氬→LF爐→異型坯全保護澆鑄→鑄坯表面清理→步進式加熱爐加熱→高壓水除磷→BD機開坯→萬能軋機粗軋→矯直→取樣→表面檢查→性能檢驗→發貨。

1.2化學成分設計

微合金化技術是上世紀七十年代以來較為先進的新型鋼鐵冶金技術，通過在鋼中添加微合金元素，配合以控制軋制技術，使得鋼的各項性能得到提高。微合金化技術的利用在提高鋼材的強度同時，也使得鋼材的低溫韌性得到了明顯改善。

從合金元素的有效性、合金元素的交互作用、合金元素的成本、材料的焊接性以及馬鋼的生產裝備水平等方面，進行成分設計研究，確定了適應馬鋼生產實際的355MPa級低溫高韌性熱軋H型鋼的冶煉內控成分見表1。

表1　S355ML牌號的化學成分(熔煉成分，wt%)

1.3軋制工藝設計

控制控冷工藝通過對軋制過程中各項工藝制度參數的控制，使得相變后晶粒尺寸更加細小，組織更加均勻。微合金化技術使得控制控冷所需要的溫度區間得到改善，同時控軋控冷也促進了微合金元素在改善組織轉變過程中所發揮的作用。

控軋控冷新工藝的發展使得通過在熱軋過程中控制鋼的內部組織進而改善鋼材的性能成為可能。這與奧氏體的再結晶規律有密切關系，對軋制過程中奧氏體再結晶過程影響最大的因素是軋制變形溫度、變形量，影響最小的是變形速率。

圖1顯示了軋制溫度對變形奧氏體的影響規律。可以看出，在奧氏體再結晶溫度區間進行軋制，發生了奧氏體動態及靜態再結晶過程，此時細化奧氏體的作用較弱；在奧氏體未再結晶溫度區間軋制時，變形后的奧氏體更加細小均勻，奧氏體晶粒內部的缺陷為鐵素體的形核提供位置，促進了軋制后鐵素體相變的發生，細化了鐵素體晶粒。

圖1　溫度對奧氏體組織的影響

圖2　變形溫度和變形量對再結晶影響

圖2是變形溫度和壓下率對再結晶行為及晶粒度影響的區域圖。由圖可知，成分一定時，提高軋制溫度，更加有利奧氏體再結晶過程的發生，阻礙了相變后鐵素體晶粒的細化，同時隨著壓下量的降低，這種現象更加明顯。增加壓下量雖然有利于形變誘導相變的發生，但是當壓下量增加到一定程度，也會使得奧氏體發生再結晶，而如果在900℃～1000℃時下軋制時，發生這種現象的壓下率要遠大于生產實際中的壓下率。因此，在實際生產的控軋工藝中，選擇低溫、大壓下控制手段。

在鋼中加入Nb、V、Ti等微合金元素，使得鋼的奧氏體未再結晶區溫度提高，同時擴大了未再結晶區的溫度區間，這更加有利于控制軋制技術應用，同時由于微合金元素的細晶強化、析出強化等作用，也促進隨后冷卻過程中得到更多較細小的組織。

通過對軋制工藝的優化控制，獲得具有低溫高韌性的高強鋼，其組織主要以針狀鐵素體、貝氏體為主，具體的控軋控冷工藝見表2。

表2　控軋控冷工藝過程溫度　℃

2　試驗結果與分析

2.1力學性能

S355ML產品力學性能要求如表3所示。生產過程中對355批次進行力學性能檢驗，內容包括下屈服強度、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性。表3和圖3分別為實物的各項力學性能統計情況和工序能力分析。

表3　S355ML的力學性能統計

2.2沖擊韌性

在H型鋼翼緣縱向取樣進行低溫系列沖擊試驗(試驗溫度為-70℃、-60℃、-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃)，根據各個溫度對應的沖擊韌性值做出溫度與沖擊韌性關系的曲線，如下圖4所示。從圖中可以看出S355ML產品具有良好的低溫韌性。

圖3　S355ML H型鋼力學性能工序能力分析

圖4　S355ML H型鋼溫度對沖擊韌性的影響

3　結語

采用新型H型鋼熱機械軋制TMCP工藝技術與Nb、V、Ti等微合金化技術相結合，開發出滿足-50℃低溫韌性要求的熱軋H型鋼系列產品。馬鋼生產的S355ML熱軋H型鋼產品具有良好低溫韌性。

參 考 文 獻

[1]劉建,李月麗. 談微合金化鋼的控軋控冷技術[J].江西冶金,2010，5

[2]王國棟. 以超快速冷卻為核心的新一代TMCP技術[J].上海金屬,2008，2

收稿日期：2016-01-28

作者簡介：彥井成(1981-),男，馬鋼股份公司技術中心，工程師。

中圖分類號：TG142.74

文獻標識碼：A

文章編號：1672-9994(2016)01-0004-03

Development of Hot Rolled High low Temperature Toughness H beam Section Products

YAN Jing-cheng,WU Bao-qiao etc.

Abstract：hrough years of continuous efforts of Ma’anshan Iron and steel Co.，Ltd., successfully developed the technology of hot rolled H beam section meeting performance requirements of the impact at -50℃,which owed the hot rolled H beam section good low-temperature impact toughness at -50℃ or below.

Key words：low-temperature;high toughness;H beam section