薄規(guī)格Q370qE鋼板TMCP工藝開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

李復(fù)磊

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 中厚板廠，山東 日照276805）

1 前 言

隨著國(guó)內(nèi)鐵路鋼橋建設(shè)向高速、重載、大跨度、結(jié)構(gòu)美觀新穎、全焊方向發(fā)展，對(duì)橋梁用鋼厚度使用及性能指標(biāo)提出更高要求。目前國(guó)內(nèi)橋梁鋼的應(yīng)用量日益增加，迫切需要加快薄規(guī)格高性能橋梁鋼的推廣應(yīng)用，以滿(mǎn)足現(xiàn)代鋼橋制造的需要。針對(duì)此類(lèi)鋼種的使用性需求，要求橋梁鋼有較高的強(qiáng)度、韌性以及良好的焊接性能，一般采用低碳成分設(shè)計(jì)配合合理的熱機(jī)械控制工藝（TMCP）來(lái)滿(mǎn)足此性能工藝要求。本研究主要涉及薄規(guī)格Q370qE 橋梁鋼品種的成分及工藝開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)了16 mm 厚Q370qE 的高質(zhì)量生產(chǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化了鋼種品種結(jié)構(gòu)。

2 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

為使橋梁用鋼具有良好的焊接性能，控制碳當(dāng)量Ceq 是非常重要的措施。Q370qE 鋼的成分設(shè)計(jì)思路遵循以上原則，并且本著經(jīng)濟(jì)性最大的原則進(jìn)行改進(jìn)。采用低碳設(shè)計(jì)、添加Mn 為主要的合金強(qiáng)化元素，通過(guò)復(fù)合添加Mn、Nb、V、Ti 等微合金元素進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)嚴(yán)格控制P、S的含量。為了保證性能指標(biāo)，對(duì)鋼種氣體元素、夾雜物進(jìn)行控制，以提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量水平。具體成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 Q370qE橋梁鋼成分設(shè)計(jì) %

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 軋制工藝

控制軋制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)全部熱軋條件（加熱溫度、軋制溫度、道次壓下量）的優(yōu)化，控制奧氏體的狀態(tài)，使其在后續(xù)的冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶鐵素體或期望的組織，以得到良好的強(qiáng)度和韌性。此鋼種采用兩階段軋制，即在結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，從實(shí)際生產(chǎn)控制有效分配到粗軋機(jī)軋制階段和精軋機(jī)軋制階段。

3.1 .1 粗軋階段

此過(guò)程涉及的主要工藝控制點(diǎn)為粗軋終軋溫度、壓下率及中間坯厚度設(shè)定。粗軋階段全部在結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度設(shè)定為1 000～1 030 ℃。為細(xì)化再結(jié)晶區(qū)晶粒，可以通過(guò)提高順軋階段的道次壓下率來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保順軋階段至少1 道次壓下率≥20%。精軋階段的總體壓下量直接影響到鋼板成

品的晶粒度、強(qiáng)度、塑性等指標(biāo)。為保證性能指標(biāo)，中間坯厚度設(shè)定為≥3倍鋼板成品厚度。

3.1 .2 精軋階段

精軋階段涉及的主要工藝控制點(diǎn)為精軋終軋溫度。精軋為未再結(jié)晶區(qū)軋制，控溫后通過(guò)開(kāi)軋溫度控制終軋，終軋溫度控制在鐵素體相變點(diǎn)以上，理論鐵素體相變計(jì)算公式為：

通過(guò)公式可以計(jì)算出鐵素體轉(zhuǎn)變溫度在760 ℃左右，考慮到鋼板開(kāi)冷溫度高于Ar3及精軋機(jī)到控冷工序的鋼板溫降情況，將16 mm Q370qE 鋼的終軋溫度設(shè)定在830 ℃。

3.2 水冷工藝

控制冷卻技術(shù)是提高鋼板綜合性能的一種有效又經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法，已經(jīng)成為目前軋后鋼板冷卻主要發(fā)展趨勢(shì)。它通過(guò)合理控制軋后鋼材的冷卻工藝參數(shù)（開(kāi)冷溫度、終冷溫度、冷卻速度），為鋼材相變做好組織準(zhǔn)備，并通過(guò)控制相變過(guò)程的冷卻速度，來(lái)提高和改善鋼材的綜合力學(xué)性能和使用性能［1］。

此鋼種通過(guò)控制水冷實(shí)現(xiàn)由奧氏體向鐵素體和碳化物析出的相變，開(kāi)冷溫度設(shè)定高于Ar3溫度10～20 ℃，設(shè)定開(kāi)冷溫度780 ℃；終冷溫度設(shè)定低于Ar1溫度30～50 ℃，設(shè)定終冷溫度為670 ℃；冷速根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定為7 ℃/s。

4 組織及性能情況

4.1 組織情況

16 mm Q370qE 鋼采用低碳＋微合金設(shè)計(jì)，采用TMCP 工藝生產(chǎn)，組織為鐵素體＋珠光體，因含碳量低，組織中鐵素體量偏多，珠光體量較少。整體組織細(xì)小均勻，越靠近鋼板厚度心部位置，晶粒越粗大，無(wú)明顯偏析情況，如圖1所示。

4.2 性能情況

經(jīng)過(guò)多次生產(chǎn)，TMCP工藝生產(chǎn)16 mm Q370qE鋼性能初驗(yàn)合格率已經(jīng)達(dá)到≥99.00%，低溫沖擊性能良好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，屈服強(qiáng)度平均裕量為50 MPa，抗拉強(qiáng)度平均裕量為70 MPa，斷后伸長(zhǎng)率平均裕量為7%，-40 ℃低溫沖擊平均裕量為100 J。

圖1 16 mmQ370qE鋼金相組織

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)合理的成分、工藝設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了16 mm Q370qE鋼的品種開(kāi)發(fā)，此規(guī)格鋼種生產(chǎn)過(guò)程控制穩(wěn)定，性能合格率較好。此工藝的成功實(shí)施，可有效提升厚板領(lǐng)域品種結(jié)構(gòu)，同時(shí)可拓展至其他品種的開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)。