Q345E厚規格鋼板的生產工藝研究

王佩鑫

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

目前中厚板市場產能過剩，但厚板需求卻難以滿足，用量相對較大且附加值較高。天鋼中厚板廠為了進一步提升市場競爭力，提升鋼板質量，在現有設備條件下，選用250 mm厚的板坯進行軋制生產，通過優化成分，設計煉鋼、連鑄和軋制工藝以及軋機潛能釋放，采用高溫低速大壓下的工藝路線，實現了80 mm厚規格Q345E鋼板的軋制生產。

1 成分設計

厚規格Q345E鋼板的工藝性能與成分控制息息相關，化學成分設計如表1所示。通過在鋼中加入適量的Nb和V，以實現細化晶粒、析出強化的目的。Nb在加熱過程中固溶于奧氏體中，可延緩奧氏體再結晶，起到細化晶粒的作用。由于Nb在高溫過程幾乎不析出，因此，鋼中加入的Nb在加速冷卻后，奧氏體向鐵素體轉變過程中起到沉淀強化的作用。V在900℃左右以V（CN）第二相形式析出，起到第二相強化的作用，同時能有效阻止晶粒的長大，改善鋼的強韌性和延伸率。

表1 生產用Q345E鋼的化學成分 /%

2 工藝設計

2.1 冶煉工藝控制

冶煉過程中，轉爐加強終點出鋼操作，保證溫度與成分雙命中，嚴格控制P的含量，LF精煉采取白渣操作，加強底吹攪拌，降低鋼中自由氧，進一步降低S含量，保證鋼水的純凈度，以確保Q345E的強度與沖擊韌性符合國家標準的要求。

2.2 連鑄工藝控制

采用250 mm斷面的連鑄坯軋制生產80 mm厚鋼板。鑄坯的質量直接影響鋼板厚度方向性能，因此在連鑄過程中，采用了多種措施以提高用于軋制厚板的鑄坯。研究表明[1]，連鑄過程采用動態輕壓下技術，可以明顯改善鑄坯的中心偏析，將鑄坯的中心偏析和中心疏松的級別控制在一個良好水平。因此，為了改善鑄坯的內部質量，連鑄機采用動態輕壓下技術，以減輕或消除鑄坯中心偏析和疏松。為了防止或減輕鑄坯凝固過程中柱狀晶搭橋，擴大等軸晶區，進一步減輕鑄坯中心的偏析程度，生產過程中也采用了電磁攪拌技術。同時，為了保證鑄坯的表面質量，應確保拉速穩定。

2.3 軋制工藝控制

軋制厚規格鋼板時，由于軋制的總壓縮比小、心部變形量較薄規格鋼板小，中心疏松與偏析缺陷難以消除，因此在軋制過程中應注重增加對心部變形的滲透，采用高溫低速大壓下的工藝制度，通過增加鋼板的心部變形量，提高鋼板的中心質量，進而保證鋼板心部力學性能良好和探傷合格。因此，對加熱制度、軋制溫度和壓下規程分別進行以下優化。

2.3.1 加熱制度

選用250 mm厚的板坯軋制生產80 mm厚規格鋼板，加熱溫度的控制非常重要。為保證加熱溫度的均勻性及鑄坯心部高溫度的需求，連鑄坯采用熱送熱裝入爐，同時鑄坯在加熱爐采用高溫加熱，加熱時間控制在4.0～4.5h，以確保板坯上下表面和板坯內外溫度的均勻性。研究表明[2]，加熱溫度對含Nb鋼的強度影響非常敏感。Nb的固溶溫度比較高，只有在較高的加熱溫度下，才能實現Nb元素的有效固溶，但加熱溫度過高，原始奧氏體晶粒會急劇長大，因此實際加熱溫度不能過高。綜合考慮上述因素，加熱溫度控制在1 200～1 280℃，均熱階段溫度控制在1 200～1 250℃。具體加熱溫度制度如表2所示。

2.3.2 軋制溫度

軋制過程中確保精軋開軋溫度控制在890～930℃，終軋溫度在900℃以下。加熱過程與軋制過程的溫度按照表3要求嚴格控制。

2.3.3 軋制規程

對于厚規格鋼板而言，鋼板心部質量的控制最為關鍵。為了保證鋼板厚度中心的質量與性能，應有效提高中心滲透變形率。研究表明[3]，隨著形狀比的增加，鋼板中心滲透變形率增大，厚板生產過程中應依據生產條件盡量提高單道次軋制形狀比。因此，對軋制規程進行優化，增加道次壓下量，降低軋制速度，以保證精軋軋制溫度和鋼板心部變形滲透。粗軋最大道次壓下量達到35 mm，最小軋制速度為1.2 m/s，同時，精軋末道次壓下量不超過15%，最大軋制速度不超過2 m/s，以防止鋼板出現頭部下扣和浪形等問題。

2.3.4 冷卻制度

厚板經連續軋制，終軋后溫度較高，晶粒容易長大。研究表明[4]，厚板終軋后采用加速冷卻，可以使鋼中鐵素體晶粒明顯細化。因此，本次試驗生產終軋后立即采用加速冷卻，通過充分利用現有的ACC設備，合理控制冷卻制度，細化晶粒，改善晶粒組織，從而有效提高鋼的強度和韌性，確保延伸率。控制入層流冷卻溫度≥780℃，冷卻速度為10～15℃/s，終冷溫度控制在600～650℃，返紅溫度≤700℃。

3 生產結果

3.1 軋制情況

在天鋼3500軋機生產線試驗軋制了80 mm厚Q345E鋼板，寬度為2 300 mm。采用粗精軋3/7進行軋制，粗軋前兩道次為展寬道次，保證縱軋道次壓下率不小于13%，精軋中間坯厚度200 mm，累積壓下率60%。各段溫度控制較為穩定，其中精軋開軋溫度為930℃，軋制過程中溫降較慢，平均終軋溫度在890℃；終冷溫度控制在670～690℃，符合預期要求，返紅溫度約40℃左右，屬正常范圍。

表2 Q345E加熱溫度制度

表3 厚規格鋼板軋制溫度制度

3.2 金相組織

抽取試樣分析不同厚度位置的金相組織，以分析鋼板厚度方向的性能。從圖1中金相組織上可以看出，組織為均勻的鐵素體和珠光體，厚度1/4處組織呈帶狀分布，但帶狀級別不高，晶粒較為細小、均勻。心部由于存在偏析，導致心部珠光體顆粒較粗且分布不均勻。由金相組織說明，此次軋制取得了一定的效果，組織整體晶粒度較細，帶狀組織控制較好，但心部仍有偏析造成的組織不均勻的情況。

圖1 80 mm厚Q345E鋼板的金相組織

3.3 力學性能

80 mm厚Q345E鋼板的力學性能如表4所示。從表6可以看出，兩種軋制工藝條件下鋼板性能均能滿足鋼種的標準要求。

從鋼板的性能可以看出，本次試制鋼板的力學性能穩定，且均達到Q345E級標準要求，其中-20℃及-40℃沖擊功均有較大富余量，Z向平均值在55%以上。

4 結論

生產結果表明：通過優化成分和軋制工藝，可以實現250 mm板坯生產80 mm厚規格Q345E鋼板。采用Nb、V微合金化以及高溫低速大壓下工藝，能夠明顯改善80 mm厚規格Q345E鋼板中心的組織，特別是鋼板厚度中心位置的疏松缺陷得到了明顯改善，軋制過程已基本消除了原始鑄坯心部疏松所帶來的缺陷。采用Nb、V微合金化以及高溫低速大壓下工藝生產的80 mm厚規格Q345E鋼板能夠滿足強度要求，具有良好的沖擊韌性和Z向性能，力學性能各項指標均滿足標準規定。

表4 鋼板的力學性能