厚规格保性能Q345B热轧钢板的研制.pdf

第2 6 卷增刊 2 0 0 4 年1 0 月 山东 S h a n d o n g 冶金 M e t a l l u r g y V 0 1 2 6 S u p p l e m e n t O c t o b e r2 0 0 4 厚规格保性能Q 3 4 5 B 热轧钢板的研制 夏佃秀 郑香增 徐洪庆 张爱民 宋汝贵 唐立冬 王丰祥 陈哗 g F 南钢铁股份有限公司 山东济南2 5 0 1 0 1 摘要 通过对Q 3 4 5 B 厚规格生产的工艺 组织 性能特点研究 找出了在济钢三炼钢一中厚板生产线上厚规格产品的性 能不合的原因 在实践中采用合理的合金成分设计 运用控轧工艺试制成功了3 4 4 0 m m 保性能的低合金高强度钢 保证 了产品的强度和塑韧性 关键词 保性能 延伸率 夹杂物 析出 1 前言 随着国家基础建设投资力度的加大和西部大开 发计划的启动 对中厚板的需求数量不断增大 面对 广阔的市场需求 济南钢铁集团总公司 简称济钢 研制开发了厚规格 3 4 4 0 r a m 保性能的Q 3 4 5 B 低 合金高强度结构钢板 厚规格保性能Q 3 4 5 B 钢具有 高强度 良好低温冲击韧性 可作为重要焊接结构件 使用 是矿山机械 压力容器 锅炉管线 车辆船舶 桥梁 钢结构建筑等行业著名的结构钢品种 一般大 于3 6 m m 的热轧钢板性能不易保证 须正火处理 与国内几家钢厂相比 济钢的铸坯厚度薄 压缩 比小 也没有相应的热处理装置 生产难度相对较 大 为扩大济钢钢板的级别 品种和数量 根据用户 的需求情况 2 0 0 2 年1 2 月开始了非调质厚规格 3 2 4 0 m m 保性能Q 3 4 5 B 热轧钢板的研制开发 经过不断的总结 研究 攻关 成功地生产出了合格 产品 并熟练掌握了该钢的生产工艺和技术要求 2主要技术指标 钢的性能指标见表1 表1 Q 3 4 5 B 的性能指标 百窖坠 撇矿b M黻Pal6 1 63 53 55 05 01 0 0a b M P 嚣2 辩 一一 一 艿I o 皇Z m mm mm mm m 3设计依据 3 1生产工艺参数分析 经对济钢Q 3 4 5 级别现有产品性能统计 回归 分析 对于大于3 2 m m 的厚规格钢板 延伸率偏低是 造成钢板性能不合的主要原因 国内部分钢厂通过 常化炉正火解决以上问题 因此 不经过热处理 在 现有铸坯厚度的条件下 保证厚规格 3 2 m m 以上 Q 3 4 5 B 热轧钢板标准性能 有一定难度 3 2 合金化 3 2 1 化学成分设计的依据在控制轧制中 大 量采用微合金化元素 使之在钢中形成碳 氮及碳氮 化合物 利用其在不同条件下产生溶解和析出机理 抑制晶粒长大及沉淀强化作用 目前大量使用的是 N b V T i 其特点是能与碳 氮强烈结合成碳化物 氮 化物和碳氮化物n 1 这些化合物在高温下溶解 在低 温下析出 可以阻止晶粒长大 从强韧化观点出发 细化晶粒能大幅度提高金属的综合性能 然而 细化 晶粒的同时 因为晶界增多 对位错的阻碍作用越来 越大 对钢板的塑性造成不利的影响瞻1 为保证钢材具有强度和韧性的合理匹配 并综 合考虑合金元素与组织性能的关系 采用较少含量 的合金元素进行微合金化 同时净化钢液 控制轧钢 的过程 降低生产成本 提高钢材的塑性 3 2 2 合金元素的作用钢板的析出强化 固溶 强化对钢板的强韧性有很大贡献 但对钢板的延展 性有不利影响b 1 因此 在选择合金元素时要同时考 虑合金成分的加入对钢板微观组织的影响 T i 合金元素 由于T j 与N 的亲和力极强 形成 T i N 颗粒 并且这种颗粒在1 1 5 0 0 C 以上就开始形 成 因此 在钢坯连铸 钢坯加热 钢板轧制等一系列 过程中 T i N 颗粒均能阻止形变奥氏体的动态再结 晶的发生及奥氏体再结晶晶粒的长大 起到细晶强 化的作用H 1 T i 与钢中的C 可形成的T i C 微细质点 具有沉 淀强化的作用 因为T i 与s 的结合比M n 与S 的结 合容易 T i 能从M n S 中夺走S 减少M n S 的夹杂D 6 提高钢的冷弯性能 总之 加入T i 不但能细化晶粒 还能减少夹杂 物 提高钢板的延伸率 v 合金元素 V 在钢中的存在形态为 微量固溶 8 9 2 0 0 4 年l O 月山东冶金第2 6 卷 于铁基体中或形成V C N 第二相 v N 大约在8 7 5 9 0 0 范围内最快析出 低碳钢中加人V 有强烈的 析出强化作用 其强化作用仅次于碳 是锰的5 倍 V 在奥氏体中的固溶度较高 但在铁素体中的固溶 度相对较低 是一种理想的低温铁素体析出强化元 素 虽然在控轧钢中V 的细化晶粒的作用不如N b 但其析出强化的作用却大于N b 因此在既需要较高 强度有要求韧性的钢中加入适量的V 会起到良好 的作用川 综上所述 厚规格 3 2 4 0 m m Q 3 4 5 B 冶炼时进 行v 和T i 合金元素的复合处理 以达到提高强度的 同时 保证足够的塑性 生产出符合G B T 1 5 9 1 9 4 标准的3 2 4 0 m m Q 3 4 5 B 钢板 适应市场的需求 4 试制方案确定 4 1 成分 试验钢中的化学成分见表2 表2 化学成分 钢种CS i b i n PS T iV G B T 1 5 9 1 O 2 0 0 5 51 0 0 一 0 0 4 0 0 0 4 0 1 6 0 Q 3 4 5 B0 1 2 0 3 0 1 3 0 0 0 2 5 O 0 2 5 适量0 0 1 0 一 O 1 80 5 01 6 00 0 3 0 降低P S 含量 选用适宜的合金元素进行微合 金化 最大限度地控制影响焊接性能的残余元素的 含量 净化钢液 减少钢中夹杂物 改善夹杂物形态 同时采取控制轧制 使钢材达到高强度的同时 具有 良好的延展性能和焊接性能 4 2工艺 由于延性破坏是在第二相质点处发生的 钢中 的这些质点或是碳化物或是硫化物 硅酸盐夹杂物 尤其是超过临界尺寸的夹杂物对延伸率更为有害 因此 要提高钢板的延伸率首先要净化钢质 减少钢 中的夹杂物 减少延性裂纹源 在普通热轧生产中 加入钢中的钛虽然具有细 化加热时奥氏体晶粒的作用 但在普通热轧条件下 钢中的钛不能发挥细化热轧变形过程中奥氏体晶粒 的作用 因此采用控制轧制工艺生产 钢中的T i C N 才能起到沉淀强化和晶粒细化的双重作用 使轧 后钢材的强度和塑韧性都得到很大提高 同时提高 钢材的焊接性能 5试制 5 1 工艺流程 在第三炼钢厂和中厚板厂进行了首批试验 基 本工艺为 高炉铁水 混铁炉 1 2 0 吨转炉冶炼 脱氧合 1 9 0 金化 连铸 板坯表面检查 板坯加热 高压水除 鳞一轧制 矫直 冷却 剪切 表面检查 喷号叶 打印 入库 发货 5 2 实验结果与分析 5 2 1 熔炼成分经过对Q 3 4 5 B 钢板实际熔炼成 分统计 化学成分控制得较为理想 全部符合设计要 求 连铸坯检验及入库情况良好 没有出现表面质量 不合格现象 说明Q 3 4 5 B 钢化学成分控制和生产工 艺规程比较合理 符合内控和G B T 1 5 9 1 9 4 标准 的要求 5 2 2 机械性能指标分析随机选取3 2 4 0 r a m 各种规格的钢板检验结果 其力学性能等指标符合 标准的规定 且有较充分的富裕量 完全符合用户要 求 性能指标见表3 所示 性能分布直方图见图1 表3钢板实物力学性能统计表 规格6 M P a 磊 M P a 蠡 0 C A k v J 对Q 3 4 5 B 钢板实际力学性能进行直方图分 析 从其结果来看 3 6 4 0 t u r n 规格的Q 3 4 5 B 板 6 大多控制在3 3 0 3 5 0 M P a 占统计百分数的 8 6 1 1 6 b 大多控制在4 9 0 5 2 0 M P a 占统计百分 数的9 4 4 4 8 5 多数控制在2 5 一3 1 占统计百 分数的8 6 1 1 o 冲击功大多控制在9 0 一1 4 6 J 占统计百分数的9 3 3 几项性能指标均满足用户 的要求 富余量恰当 并且不增加成本 5 2 3 组织与性能显微组织分析通过扫描电镜 观察 钢中的夹杂物主要为硫氧化物 硫化物夹杂 其中M n S 的夹杂居多 C 8 元素的加入 使M n S 粒子 球化 并在总夹杂量一定的情况下 使每单位体积的 M n S 粒子的个数增加 提高了M n S 夹杂物的分散 度 减少了有害大夹杂的数量 消除了原先存在的沿 钢材轧制方向分布的呈长条状的M n S 等夹杂 明显 地改善钢材的塑韧性 T i N 和T i S 粒子的析出 起到 细化晶粒合析出强化的作用 经过电子显微镜的观察 试验板的金相组织为 铁素体 珠光体 铁素体晶粒度为8 5 9 级 图2 是本工艺实施前后金相组织的对比图 由图2 可知 钛的加入能细化晶粒 使夹杂物变 性 减少钢中带状组织 控轧工艺采取再结晶区和未 再结晶区控轧对减少带状组织 避免魏氏组织对钢 基体的整体破坏作用非常有利 夏佃秀等 厚规格保性能Q 3 4 5 B 热轧钢板的研制2 0 0 4 年增刊 3 5 3 0 坫 謦2 D 1 5 1 0 5 0 3 1 03 2 03 3 03 4 03 5 03 5 53 6 0 一 届履强度M 舟 一N l n t 图1 3 6 4 0 m m Q 3 4 5 B 性能分布直方图 a 工艺实施前 1 0 0 b 工艺实施后 1 0 0 图2 4 0 r a m 厚规格Q 3 4 5 B 钢板 控轧工艺实施前后金相组织 由以上检验数据及金相可看出 钢板高倍检验 效果良好 具备与标准相应的性能指标 说明现有的 生产装备条件下 厚规格Q 3 4 5 B 生产工艺比较合 理 产品达到用户的要求 扫描电镜断口形貌见图3 图3 4 0 m m 厚规格Q 3 4 5 B 钢板断I 1 形貌图 由图3 可看出 钢的拉伸断口为韧窝组织 说明 该钢在断裂过程中发生了明显的塑性变形 原子间 有较大的畸变或过渡的滑移 通过以上结果分析可 知 试制钢板达到了较高的强度值 得到良好的韧性 和塑性 6结论 在目前济钢三炼钢及中厚板设备条件下 采用 T i V 元素微合金化复合处理和控制轧制热轧法可 以生产出符合G B T 1 5 9 1 9 4 标准和用户使用要求 的3 4 4 0 r a m 的保性能低合金高强度Q 3 4 5 B 热轧钢 板 在现有生产装备和工艺下 生产3 4 4 0 m m 厚规 格保性能Q 3 4 5 B 钢板 基本不增加成本即能达到标 准和用户的要求 此工艺突出优点是生产工艺简单 无需热处理 降低了能耗和生产成本 具有在实践中易于推广应 用的特点 为济钢进一步提高产品质量 扩大品种 生产高技术含量的厚规格钢板提供了经验和可能 产品经使用后深受用户的欢迎 已经为济钢创造了 巨大的经济效益 参考文献 l 王有铭 李曼云 韦光 钢材的控制轧制和控制冷却 M 北 京 冶金工业出版社 1 9 9 5 2 田村今男 等 高强度低合金钢的控制轧制与控制冷却 M 王国栋 刘振宇 熊尚武 译 北京 冶金工业出版社 1 9 9 2 3 孙本荣 王有铭 陈瑛 中厚钢板生产 M 北京 冶金工业出 版社 1 9 9 3 1 4 P e i k e r D F r e i b e r g e r F o r s e h H B 2 0 6 1 9 7 9 8 9 1 1 8 5 李为缪编译 钢中非金属夹杂物 M 北京 冶金工业出版社 1