Q345B直角扁鋼質量優化改進措施

李祥才，張玉森

（青島特殊鋼鐵有限公司型材事業本部，山東青島266043）

生產技術

Q345B直角扁鋼質量優化改進措施

李祥才，張玉森

（青島特殊鋼鐵有限公司型材事業本部，山東青島266043）

針對Q345B直角扁鋼力學性能不均勻、部分規格承重不合格等質量問題，經分析認為，主要原因是扁鋼化學成分波動較大、加熱溫度高、冷卻速度慢等。通過采取窄成分控制、降低加熱溫度、增加扁鋼上冷床冷卻速度等工藝措施，后續生產的Q345B系列直角扁鋼性能完全滿足標準要求，性能均勻，波動小，滿足了用戶要求。

直角扁鋼；Q345B鋼；性能不均；承重；加熱溫度

1　前言

Q345B直角扁鋼［1］主要用在建筑行業，價格高，利潤大，國內只有少數幾個鋼廠生產。青鋼型材事業本部主要生產圓角彈簧扁鋼［2-6］和直徑＞16 mm的圓鋼。根據客戶要求，青鋼型材事業部開發生產了Q345B直角扁鋼，增加了產品品種和效益，滿足了市場需求，但用戶在使用過程了出現了一些質量問題。為此，對質量問題產生的原因進行分析，提出了解決問題的優化改進措施，使得Q345B直角扁鋼的產品質量明顯提升。

2　生產情況及出現的問題

青鋼型材事業本部依據低合金高強度結構鋼標準（GB/T 1591—2008）于2014年12月生產了6個規格（16×95、16×63.5、10×76、10×50、16×38、13×38）的Q345B直角扁鋼。用戶使用后反饋該批次Q345B直角扁鋼剪切端部容易出現毛刺，并且力學性能不均勻。該批直角扁鋼化學成分如表1所示，部分規格扁鋼金相檢驗結果見表2，實驗室性能測試結果見表3，用戶提供的部分規格承重性能測試結果見表4。

表1　Q345B直角扁鋼化學成分（質量分數）%

表2　部分規格Q345B直角扁鋼金相檢驗結果

表3　Q345B直角扁鋼拉伸性能

表4　部分規格Q345B直角扁鋼承重測試結果

從表3、表4可以看出，該批直角扁鋼力學性能明顯不均并且承重結果不完全滿足標準要求。為了找出影響扁鋼力學性能不均和剪切端部出現毛刺的原因，經查閱相關文獻資料并根據實際生產情況，對影響扁鋼力學性能和其他質量問題的原因進行分析。

3　質量問題原因分析

1）化學成分波動。Q345B直角扁鋼力學性能不均與鋼中化學成分波動有關。由于不同爐次煉鋼時，同一鋼號不同爐批中有的元素含量為上限，有的元素含量偏下限，這會直接導致力學性能不均。

2）非金屬夾雜物（B類、D類）不均勻。煉鋼時工藝控制不穩定，不同爐次不同類型夾雜物含量及尺寸也有所不同（其中對拉伸性能影響最大的是B類和D類脆性夾雜物），引起的應力集中程度不一樣，從而會引起強度的不一致。

3）鋼中出現了魏氏組織。加熱溫度過高，往往會造成鋼中出現魏氏組織，魏氏組織對鋼的力學性能有影響，并且鋼中合金元素V的作用以及加熱軋制過程導致的鋼中晶粒度不同也會造成直角扁鋼力學性能波動不均。

4）加熱過程出現脫碳層。加熱過程Q345B扁鋼表面會不可避免出現脫碳層，會導致扁鋼表面強度下降，尤其是當表面出現完全脫碳層時，完全脫碳層與部分脫碳層之間的過渡區易產生應力集中，產生微裂紋，較快引起拉伸斷裂。脫碳層厚度的不同，也會引起強度不同。

鋼坯加熱溫度、加熱時間、加熱溫度波動范圍與脫碳層深度直接呈正相關關系，因此在滿足軋制溫度要求的前提下，要降低脫碳層的深度就應當盡量降低鋼坯的加熱溫度、加熱時間和縮小其加熱溫度波動范圍，特別是在加熱爐待軋時要嚴格執行待軋降溫制度，通過控制鋼坯的加熱溫度和加熱時間，尤其是控制鋼坯在高溫段的滯留時間，達到降低鋼坯脫碳層深度的目的。另外爐內氣氛也是影響鋼坯脫碳層的因素之一，只有保證爐內為還原性氣氛或至少為弱氧化性氣氛，鋼坯的脫碳現象才會隨之減少。經計算，青鋼高爐煤氣加熱爐內如果按至少弱氧化性氣氛控制，空燃比最大應為1.82，除空燃比外，爐壓同樣影響爐內氣氛。如果加熱爐各段經常處于負壓狀態，在爐門、測溫孔、窺視孔等處就會有大量冷空氣吸入爐內，很容易使爐內氣氛處于強氧化狀態，爐壓處于負壓狀態將會導致鋼坯表面脫碳層增加。

5）冷卻速度不均勻。直角扁鋼上冷床后及堆冷時，冷卻速度不同，會導致鋼組織中珠光體含量不同，具體表現為扁鋼和扁鋼之間空齒的不同及堆冷時間的長短。扁鋼之間不空齒或堆冷時間長，扁鋼冷卻速度較慢，組織會出現較多的鐵素體，導致強度偏低。這也是剪切時扁鋼端部出現毛刺的原因。反之，如果扁鋼之間空齒、堆冷時間短，扁鋼冷卻速度會較快，扁鋼組織將出現較多的珠光體，扁鋼硬度偏高，強度高。

6）表面缺陷。扁鋼表面如有劃傷、裂紋等缺陷，將會引起應力集中，導致扁鋼屈服強度和抗拉強度低，反之，強度則高。

7）尺寸效應。尺寸小的扁鋼力學性能往往比尺寸大的高，這也是不同規格Q345B直角扁鋼力學性能波動的原因之一。

4　質量提升措施

4.1優化控制化學成分

將Q345B鋼化學成分各個元素控制范圍進行了細化，對成分實行了窄帶控制，防止因為成分的波動造成扁鋼力學性能不均勻。

4.2優化非金屬夾雜物控制工藝

穩定煉鋼工藝，減少非金屬夾雜物數量和級別，尤其是B類和D類脆性夾雜物。一是盡量減少外來夾雜物進入鋼水，二是設法將已存在鋼水中的夾雜物排出，降低夾雜物的含量和尺寸。

減少外來夾雜物對鋼水的污染主要控制措施包括：控制好出鋼時的脫氧操作和擋渣操作，防止鋼包下渣，對鋼包吹氬，適當增加吹氬時間，并且采用爐外精煉技術，使得夾雜物充分上浮以及采用合適的保護渣和高質量的耐火材料；鋼包及中間包等清理干凈，采用保護澆注防止鋼水二次氧化等，達到減少外部夾雜的目的。

Q345B鋼水內部夾雜物控制關鍵是冶煉過程的脫氧，通過選擇合理的脫氧劑及脫氧制度，控制好脫氧產物中非金屬氧化物的數量和形態。連鑄過程確保澆注穩定，充分協調好煉鋼與連鑄的生產節奏，保證連鑄鋼水的準時供應；盡量減少拉速的變化，中間包澆鋼時做到滿包操作，保持液面穩定，防止結晶器液面波動。通過改進冶煉工藝，將鋼中的氧含量控制在適宜水平，將B類和D類脆性夾雜物轉化為塑性夾雜物，從而提高鋼的力學性能。

4.3優化加熱制度

根據加熱溫度、加熱時間和加熱溫度波動范圍對組織和脫碳層的影響，將鋼坯加熱溫度降低了20℃，優化前后的加熱制度見表5。

表5　Q345B鋼優化前后的加熱工藝

優化后的待軋降溫制度為：所有方坯預熱段溫度700～980℃，加熱段溫度（1 020±20）℃，均熱段溫度（1 000±20）℃。

此外為了保證加熱爐內為還原性氣氛，使加熱爐加熱段和均熱段空燃比≯1.82，同時為了避免加熱爐各段處于負壓狀態，根據加熱爐爐況，爐壓控制在6～8 Pa，保證冷空氣不吸入爐內，防止爐內氣氛處于氧化狀態。

4.4其他優化措施

開始生產時，扁鋼在冷床上僅空1齒。為了增加扁鋼的強度，扁鋼之間空兩齒，這樣扁鋼冷卻速度適當加快，扁鋼強度增大，可防止扁鋼剪切端部出現毛刺。

加強導衛、軋輥的安裝調整，全面檢查輥道的運轉情況，避免扁鋼表面產生劃傷。一旦產生劃傷，要立刻停車，查找到產生表面劃傷的原因，采取措施消除這一缺陷。對開軋前3支、更換導衛和軋槽后第1支、每批的第1支進行現場酸洗檢查，發現問題及時調整解決。

5　工藝優化效果

2015年3月按照新改進的工藝生產了Q345B直角扁鋼20×95規格62.78 t，4月份按照新的工藝生產了20×95、20×63.5、20×76、10×76共4個規格Q345B直角扁鋼125.684 t，化學成分、金相組織及力學性能見表6～8。承重抽檢全部合格。

表6　Q345B鋼優化后成分及實測結果（質量分數）%

檢驗結果表明，化學成分全部符合優化后的內控標準要求，組織中含少量魏氏組織，脫碳層深度相對改善，不同爐次夾雜物級別相差不大，并且B類脆性夾雜最大不超過2級，D類脆性夾雜最大不超過1級，力學性能全部滿足標準要求，總體波動小?，F場觀察所有規格直角扁鋼表面質量良好。產品完全滿足用戶，承重性能全部高于標準要求且分布均勻，說明Q345B直角扁鋼煉鋼和軋鋼工藝的優化起到應有的效果，產品質量明顯提升。

表7　Q345B直角扁鋼優化后金相檢驗結果

表8　Q345B鋼優化后的力學性能

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［6］周建明，胡早勇.55CrMnA彈簧扁鋼產品開發［J］.冶金標準化與質量，2005（6）：40-42.

Abstrraacctt：For the non-uniform mechanical properties of Q345B rectangular flat bar，load-bearing substandard of some specifications and other quality problems，analyses believed that the bigger fluctuation of chemical composition，the higher heating temperature and slow cooling rate are the main reasons.By taking some technology measures such as narrow component control，reducing heating temperature and increase the cooling rate of the flat bar in bed，the properties of the Q345B series rectangular flat of subsequent production can fully meet the standard requirements.The mechanical properties are uniform and have small fluctuation，and that can meet the user requirements.

Key worrddss：rectangular flat bar；Q345B steel；non-uniform mechanical property；load-bearing；heating temperature

數值范圍用浪紋線

GB/T 15834—2011規定：浪紋線“～”用于連接數字范圍，如a～b，這里的a、b為不同的實數，因此，在科技書刊中，凡實數的數值范圍應當用“～”連接，不應采用一字線“—”。例如：0.25～0.75，750～780℃，190～220 mm， 0.9～1.2 m/min。只有標示相關項目（如時間、地域等）的起止用一字線，例如：2011年2月3日—10日，北京—上海特別旅客快車。

（燕明宇）

Quality Optimization and Improvement Measures of Q345B Rectangular Flat Steel

LI Xiangcai，ZHANG Yusen
（Headquarter of Section Enterprise，Qingdao Special Iron and Steel Co.，Ltd.，266043，China）

TG335.5+7

A

1004-4620（2016）03-0029-03

2015-12-28

李祥才，男，1976年生，2008年畢業于安徽工業大學材料加工工程專業，碩士。現為青鋼型材事業本部技術開發部工程師，從事特鋼研發與生產工作。