300 mm級角鋼的控制軋制

楊 洋，安海春，蘇 磊， 吳功軍

（河鋼唐鋼型鋼廠， 河北 唐山 063014）

河鋼唐鋼大型線成功開發300 mm級角鋼，該產品的應用提高了電力鐵塔的負載強度，延長了電力鐵塔的使用壽命，滿足國家電網建設的需求，同時保證了工程的技術安全性和經濟性，大大減少了鋼材用量，節約成本。隨著特高壓電網的建設項目蓬勃發展，大容量、長距離、超高壓、特高壓的輸電線路越來越多，桿塔的荷載越來越大，且近年來南北方和偏遠山區氣候變化異常惡劣，因此對大角鋼的強度、低溫沖擊韌性、成型性能和焊接性能的要求越來越嚴格。

1 軋制工藝對組織影響的研究

300 mm級角鋼采用V-N微合金化成分設計，在控制軋制工藝條件下，低碳V-N微合金化鋼通過控制軋制工藝參數，使固溶于奧氏體中的微合金化元素V、N，以釩的碳、氮化物的形式，在奧氏體晶界或晶內、亞晶界處細小彌散的析出，起到細化晶粒和沉淀強化的作用，最終得到均勻細小的鐵素體晶粒和珠光體球團，進而使得鋼具有高的強度、良好的低溫沖擊韌性、優越的成型性能和良好的焊接性能等[1]。

1.1 加熱溫度對組織的影響

通過研究，圖1給出了不同加熱溫度時掃描電鏡下的組織形貌。由此可知，相同加熱時間的情況下，組織晶粒隨著加熱溫度的升高而變得粗大。在保證鋼鐵材料奧氏體均勻化的前提下，應盡量采用較低的加熱溫度，減少加熱過程中奧氏體晶粒長大。

1.2 開軋溫度對組織的影響

圖1 不同加熱溫度下的SEM照片

圖2給出了950℃、1 050℃、1 150℃開軋溫度下的組織形貌。由此可知，在奧氏體再結晶區軋制時，隨著開軋溫度的降低，晶粒越來越細小。

1.3 終軋溫度對組織的影響

圖3為不同終軋溫度下的SEM照片，由此可見，組織是由細小的鐵素體和珠光體組成，可以看出，在奧氏體未再結晶區軋制時，隨著終軋溫度的降低，組織逐漸細化。

2 控制軋制工藝溫度參數制定

通過對V-N微合金化Q420B大規格角鋼加熱溫度、開軋溫度和終軋溫度的試驗研究，最終確定的溫度參數為：

圖2 不同開軋溫度下的SEM照片

圖3 不同終軋溫度下的SEM照片

1）在相同加熱時間的情況下，隨著加熱溫度的升高，組織晶粒逐漸粗化。為了保證微合金化元素V形成細小彌散的VC、VN和V（C，N）顆粒，充分發揮第二相粒子的作用[2]，加熱溫度需要控制在1 150～1 260℃，并適當保溫。

2）確定開軋溫度時，必須以保證終軋溫度為依據，需要考慮軋制過程中的溫降。因此，結合實際生產過程，確定開軋溫度為1 050～1 150℃。

3）隨著終軋溫度的降低，組織逐漸細化。但是終軋溫度過低，鋼的變形抗力會很大，軋機負荷增大，且強度有降低的趨勢。因此，結合實際生產過程中軋機組的軋制能力，確定終軋溫度為870～920℃。

3 控制軋制工藝壓下制度優化

圖4是精軋時不同壓下率下的組織形貌，壓下率越大，晶粒越細小。這是因為在奧氏體未再結晶區進行大的變形，通過累積形變量，一方面可以提高鐵素體的形核驅動力；另一方面，形變奧氏體晶粒被拉長而使晶界面積增加，同時晶內形成大量的形變帶、孿晶和位錯等晶體缺陷，進而增加了鐵素體的形核點，提高了形核率，使晶粒細化。

圖4 不同壓下率下的SEM照片

為了提高道次壓下率，對壓下制度進行了優化。以300 mm×28 mm角鋼為例，優化前后粗軋機壓下量見表1，其中第2、5道次為空過道次，可看出，優化壓下制度后，粗軋大壓下量軋制道次前移以達到細化晶粒的目的。

表1 300 mm×28 mm角鋼軋制規程

4 力學性能過程能力分析

優化溫度參數和壓下制度后，對軋制的30號Q420B角鋼，隨機取116組進行力學性能分析，分析結果如圖 5，表明 30號（20～35 mm）規格 Q420B角鋼的抗拉強度、屈服強度和沖擊韌性的過程控制能力Cpk≥1.57，過程能力強。

圖5 30號角鋼20～35 mm厚度規格力學性能過程分析

5 結語

由此可見，通過終軋870～920℃低溫控制軋制和粗軋20%以上大壓下率控制，實現了300 mm級角鋼的控制軋制，獲得了良好的力學性能，達到了預期的效果。