卷板Q355NHB 沖擊問題研究

和珍寶，王中山

（河北普陽鋼鐵有限公司，河北 普陽 056305）

0 引言

耐候鋼，即耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼系列。耐候鋼由普碳鋼添加少量銅、鎳等耐腐蝕元素而成，是普碳鋼耐腐性的2～8 倍。同時(shí)，它還具有耐銹性，使構(gòu)件抗腐蝕延壽、減薄降耗、省工節(jié)能等特點(diǎn)。耐候鋼主要用于鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。用于制造集裝箱、鐵道車輛、石油井架、海港建筑、采油平臺及化工石油設(shè)備中含硫化氫腐蝕介質(zhì)的容器等結(jié)構(gòu)件。與普碳鋼相比，耐候鋼在大氣中具有更優(yōu)良的抗腐蝕性能。與不銹鋼相比，耐候鋼只有微量的合金元素，合金元素總量僅占百分之幾，而不像不銹鋼那樣，達(dá)到百分之十幾，因此價(jià)格較為低廉。

河北普陽鋼鐵有限公司（以下簡稱普陽）于2018年6 月開始開發(fā)生產(chǎn)耐候鋼，產(chǎn)品涉及中厚板和卷板，牌號覆蓋了Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q415NH、Q355GNH 等GB/T 4171—2008 標(biāo)準(zhǔn)牌號，質(zhì)量等級包括B/C/D/E 等全部級別。同時(shí)這幾年也陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)了鐵標(biāo)TB/T 1979—2014、美標(biāo)ASTM A588/A588M等標(biāo)準(zhǔn)牌號鋼種。

近幾年來，普陽耐候鋼生產(chǎn)量逐步攀升，產(chǎn)品質(zhì)量也十分穩(wěn)定。其中卷板生產(chǎn)的Q355NHB 很多用于了制作管道，尤其是工廠煤氣管道。但隨著生產(chǎn)條件的變化，近期卷板Q355NHB 16 mm 規(guī)格在生產(chǎn)過程中遇到了沖擊值低的問題，影響了產(chǎn)品交貨。

1 卷板Q355NHB 生產(chǎn)現(xiàn)狀

普陽卷板Q355NHB 生產(chǎn)工藝流程：鐵水→轉(zhuǎn)爐→LF 精煉→連鑄→鑄坯檢驗(yàn)→加熱→除鱗→粗軋→精軋→冷卻→卷曲→取樣及表面檢查→入庫。鑄坯為230 mm×1 010 mm 雙流連鑄機(jī)生產(chǎn)。熱卷廠為1 250 mm 軋機(jī)。其成分設(shè)計(jì)為低碳高錳，采用Ti 元素強(qiáng)化。

鋼中加入Nb、V、Ti 等微合金元素，在控制軋制和控制冷卻過程中形成碳化物和氮化物，能夠有效提高鋼材的強(qiáng)度，改善其韌塑性及焊接性能[1]。而在Nb、V、Ti 三種常用的微合金元素中，Ti 合金化成本最低，對降低生產(chǎn)成本具有明顯的優(yōu)勢[2-3]。Ti 在鐵素體區(qū)析出納米級TiC 第二相粒子可以阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)從而提高屈服強(qiáng)度[4]，并且進(jìn)一步達(dá)到固碳目的。Ti 的細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化效果能顯著提高鋼的綜合力學(xué)性能。Ti 元素易在鋼中生成彌散分布的穩(wěn)定析出相，可大幅度提高鋼的強(qiáng)度。Cu、Cr、Ni 元素的加入可有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，低C、S 和P 可保證良好的韌性、焊接性能、成形性能，同時(shí)有利于改善耐腐蝕性。成分體系見下表1。

表1 板坯的化學(xué)成分 %

在近期生產(chǎn)過程中，Q355NHB 部分批次出現(xiàn)了沖擊值偏低甚至不合格的情況，且集中在16 mm 厚度規(guī)格，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品正常交貨。部分性能如表2 所示。

表2 部分批次性能

2 卷板Q355NHB 問題分析

查詢該批次生產(chǎn)工藝，并與之前對比。并對沖擊不合沖擊樣進(jìn)行金相及氣體分析，金相結(jié)果如表3 所示、圖1 所示和圖2 所示。

圖1 基體組織

圖2 一側(cè)邊部組織

表3 金相分析結(jié)果

氣體分析結(jié)果如表4 所示。

表4 氣體分析結(jié)果

由金相及氣體分析結(jié)果可知，其夾雜物評級和氣體含量不高。夾雜物和氣體含量不是造成該批次沖擊功低的原因。其金相基體組織晶粒偏大，且晶粒不均勻。同時(shí)期生產(chǎn)的13.5 mm 厚度及以下較薄規(guī)格沖擊值普遍較高，也未出現(xiàn)有沖擊偏低的問題。軋制厚度不同，壓縮比不同，晶粒度細(xì)化程度不一，這是其中原因之一。對比此次和以往冷卻工藝，該批次層流水水溫為22 ℃，較平時(shí)軋制時(shí)水溫明顯偏低，同時(shí)卷曲溫度也偏低。冷卻水水溫低，冷卻速率大，造成屈服和抗拉強(qiáng)度高，韌性降低，這也是原因之一。

3 改進(jìn)措施及效果

通過以上分析，為提高沖擊，再軋制時(shí)采取了以下優(yōu)化改進(jìn)措施：

1）降低了精軋軋制溫度。精軋開軋溫度由1 050 ℃降為1 020 ℃。

2）增加中間批開坯厚度。16 mm 規(guī)格中間坯厚度由之前40 mm 提高至42 mm。

3）提高層流水水溫。層流水水溫保持在29 ℃。返紅溫度提高至700 ℃。

采取上述改進(jìn)措施再生產(chǎn)后，軋后性能明顯得到優(yōu)化。沖擊值明顯提高，并且得到穩(wěn)定。優(yōu)化工藝后性能如表5 所示。

表5 工藝優(yōu)化后軋后力學(xué)性能

4 結(jié)語

層流水水溫偏低，冷卻速率大，鋼強(qiáng)度偏高。鋼板厚度偏厚，晶粒較大。是造成此次批量沖擊偏低的主要原因。通過提高層流水水溫，降低冷卻速率，明顯降低了屈服和抗拉強(qiáng)度。通過提高中間坯厚度，提高壓下率，降低精軋軋制溫度，使晶粒進(jìn)一步得到細(xì)化，明顯提高了鋼的塑韌性。工藝優(yōu)化改進(jìn)后，沖擊得到明顯提高并穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了順利交貨。