萊鋼俄標C245結構鋼板的研制與開發

李 艷，倪 凱

（1山鋼股份萊蕪分公司技術中心，山東 萊蕪271105；2山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠，山東 萊蕪271104）

1 前言

C245是俄羅斯標準GOST 27772—1988《建筑鋼結構用鋼材》中的牌號。鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、地基費用省、占用面積小、工業化程度高、外形美觀等一系列優點，被廣泛應用于房屋、重型廠房、橋梁、工業框架等建造。俄羅斯作為“一帶一路”沿線國家中與中國接壤的重要陸上鄰國，根據自身經濟發展需要提出“歐亞經濟聯盟”，正好對接了中國的“一帶一路”戰略，更好地推動了“中俄經濟走廊”的建設，因此鋼結構建造逐年增加，俄標結構鋼板需求量大幅上升。為適應市場需求，通過生產開發實踐，萊鋼在4 300 mm寬厚板生產線完成了C245結構用鋼（8～40 mm各厚度規格）產品的成分設計與工藝開發，形成了鋼板生產的規模化，工藝的規范化，產品性能均勻穩定。

2 化學成分和力學性能要求

俄標GOST 27772—1988中對該產品的化學成分做了較明確的規定，具體要求見表1。

表1 C245鋼的熔煉化學成分（質量分數） %

C245鋼板的力學性能要求見表2，超出標準厚度范圍（20～40 mm）的性能要求根據用戶協商確定。

表2 C245鋼的力學性能要求

3 產品成分設計

3.1 設計原則

按照符合俄羅斯標準、用戶使用要求并降低生產成本的原則進行C245產品成分設計。采用低C含量、低Si含量和低Mn含量，添加適量Nb、Ti等微合金元素，使鋼板軋制后具有較高的強度、良好的塑韌性、冷彎性以及易焊接特性。

3.2 成分確定

C是影響鋼材強度的最主要元素之一，主要以碳化物（Fe3C）形式存在；Mn對提高鋼板強度、降低鋼材脆性轉變溫度、改善沖擊韌性起著重要的作用；Si可增大鋼液的流動性，除形成非金屬夾雜物外，還能溶于鐵素體中；P在鋼中易偏析；S易和Mn反應生成硫化物夾雜而存在鋼中，沿著鋼板的軋制方向延伸，形成嚴重的帶狀，降低鋼的塑性、冷成型性和沖擊韌性；Nb在鋼中阻止再結晶的進行和阻礙再結晶晶粒長大，起到細晶強化的作用；Ti是強碳化物形成元素，亦能組織晶粒長大，還可消除鋼中自由氮，提高鋼材的抗時效性能；Al一般作為脫氧劑加入鋼中，用于提高鋼水潔凈度［1］。根據各元素在鋼中的不同作用，且采用兩階段軋制最大限度細化晶粒。具體設計的化學成分見表3。

4 產品工藝開發

4.1 產品工藝流程

C245工程結構鋼板的主要工藝流程為：鐵水預處理→120 t轉爐冶煉→LF精煉→板坯連鑄→板坯檢驗→加熱→高壓水除鱗→粗軋→精軋→（矯直）→鋼板標識→冷床→剪切→標識→堆垛入庫。

表3 C245鋼的化學成分設計（質量分數） %

4.2 工藝開發

根據化學成分設計，結合萊鋼設備水平進行關鍵工序的工藝研究與確定，確定各工序重點控制環節。

4.2.1 轉爐冶煉

轉爐采用頂底復吹冶煉技術，精確控制槍位和加料時機，在一定時間內加完渣料，采用單渣工藝冶煉，終渣堿度控制在3.0～4.0。重點是確保低的P、S含量，合理控制終點碳含量，防止鋼水氧化性過強。生產中鋼水成分控制在要求范圍內，為確保鋼材最終性能創造良好條件。

4.2.2精 煉

鋼水進站進行底吹氬，精煉期間造黃白渣或白渣，采用鋁粒、碳化硅、碳化鈣調渣，終渣堿度盡量控制在2.5以上。同時喂適量鋁線，并根據情況進行調整，使鋁含量均達到規定要求。為保證鋼質純凈，軟吹時間≮12 min，以保證脫氧產物充分上浮。嚴格控制精煉時間≮42 min。

4.2.3連 鑄

連鑄采用全保護澆注，中間包采用覆蓋劑結合碳化稻殼覆蓋、加蓋保護，使鋼水與空氣隔絕，避免二次氧化，適當控制中間包鋼水溫度，澆注過程保持拉速穩定。嚴格控制結晶器振動及二冷區水量，結晶器的冷卻水量采用弱冷，有利于獲得良好的鑄坯內部和表面質量。

4.2.4軋 制

1）加熱工藝。加熱溫度決定著奧氏體的晶粒度和合金元素的固溶程度，并直接影響鋼板的最終性能。加熱過程要求較高的溫度和足夠的時間以溶解碳化物及均勻組織。通常在加熱普通性能要求的低合金鋼時，為降低形變阻力和彌補工序間的溫度降低，確?？刂栖堉频男Ч罡呒訜釡囟仍? 220～1 270℃［2］。鋼坯在步進梁式加熱爐內加熱，加熱過程中，奧氏體晶粒在1 000～1 050℃開始粗化。根據鋼種特點，結合鑄坯厚度、加熱生產條件和軋制節奏控制情況，基于經驗研究［3］并按成分范圍中限計算，且考慮到晶粒的長大，確定了板坯加熱溫度≯1 250℃，板坯均熱時間≮40 min。

2）軋制工藝。軋制工藝采用熱軋方式，根據產品厚度和寬度不同進行選取。軋制分為兩個階段：①I階段（粗軋）軋制。I階段的軋制過程屬于奧氏體再結晶區軋制，為了使奧氏體晶粒能夠充分細化，嚴格控制粗軋展寬后縱軋道次的壓下率，采用單道次大變形量軋制，保證至少有3個道次壓下率≮15%，同時保證粗軋的結束溫度處于完全再結晶區，不能進入部分再結晶區，以避免產生混晶組織。②Ⅱ階段（精軋）軋制。Ⅱ階段軋制在奧氏體的未再結晶區進行，軋制溫度應低于奧氏體的再結晶溫度。不發生再結晶的溫度范圍一般控制在Tnr～Ar3區間，其溫度的變化取決于鋼的化學成分和變形量的大小［4］，因此，Ⅱ階段的開軋溫度應在1 100℃以下。嚴格控制精軋階段的累積變形量≮50%，可使奧氏體晶粒充分破碎細化，有助于細化晶粒，提高鋼板的強韌性指標。

綜合以上分析，根據該產品化學成分設計，制定各厚度規格的軋制工藝，通過試軋中不斷優化、改進工藝，使產品的各性能指標均達到了俄標的要求，從而最終確定產品工藝。具體軋制參數見表4。

表4 軋制工藝參數

5 實施效果

5.1 軋制實踐

按照表4中的工藝，對C245結構鋼進行了軋制，軋制厚度規格為8～36 mm，并對部分代表規格鋼板的力學性能檢測結果進行統計，見表5。所有試驗采用的試樣方向均為橫向，且均為雙倍樣檢測。從表中可以明顯看出，鋼板拉伸、沖擊、時效、彎曲性能良好，完全滿足標準及用戶使用要求，說明成分設計和工藝制定合理。

5.2 組織分析

鋼板的性能水平取決于其組織情況。對生產的8 mm厚度規格的C245鋼板取樣，并進行了金相組織和SEM掃描電鏡觀察，其典型的組織照片如圖1和圖2所示。在熱軋狀態C245鋼板上切取全厚度試樣，應用砂紙逐級打磨和機械拋光后，采用4%的硝酸酒精溶液進行侵蝕，然后在金相顯微鏡下對試樣不同厚度處的金相組織進行觀察分析，利用sigma500掃描電鏡進行微觀組織觀察分析。從圖1和圖2中可以明顯地看出，鋼板的組織主要為鐵素體+珠光體，且以片狀珠光體為主，心部晶粒較為均勻細小，基本在7.5～8.0級，帶狀組織在0.5～2.0級。夾雜物以Ds類為主，等級在1.0～1.5級，夾雜物總和均在3級以下，說明鋼質純凈度較好。鋼板的整個厚度方向組織均勻，均達到預期組織形態。

表5 鋼板性能

圖1 8 mm厚度規格鋼板金相組織

6 結論

6.1 按照俄羅斯標準和用戶對結構用鋼的力學性能要求，依據再結晶和相變理論以及兩階段軋制工藝技術，最終完成了C245化學成分和工藝設計，所生產的鋼板性能優良，可滿足俄羅斯標準和用戶使用的要求。

6.2 充分挖掘設備潛力，不斷優化工藝參數，成功研制開發出20～40 mm規格C245結構鋼板整套生產工藝，突破了標準中厚度規格范圍的性能要求。

6.3 不同規格C245鋼板的研制成功表明，利用較低的合金元素配合相應軋制工藝能夠生產出性能優良的工程結構用鋼板，實現了工業化批量生產，填補了萊鋼俄羅斯標準GOST 27772—1988產品的空白。

圖2 8 mm厚度規格鋼板SEM組織