徐壯，徐倩，信海喜

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板Q370qE的研制開發(fā)

徐壯，徐倩，信海喜

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

為提升天鋼中厚板生產(chǎn)能力，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，研制開發(fā)了Q370qE高等級橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板。系統(tǒng)闡述了Q370qE橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板在天鋼中厚板生產(chǎn)線的試制過程，通過合理地確定微合金化成分體系、冶煉和連鑄工藝、控軋控冷工藝，成功軋制出了綜合力學(xué)性能優(yōu)良的Q370qE橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板，成品鋼板的力學(xué)性能和金相組織表明其性能均勻穩(wěn)定，完全滿足國標(biāo)GB/T 714—2008的要求，且低溫沖擊韌性優(yōu)異。這表明Q370qE橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板的研制開發(fā)工藝路線設(shè)定合理可行，可依照此工藝路線進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。

連鑄鋼板 微合金化 控軋控冷 力學(xué)性能 顯微組織 研制

橋梁結(jié)構(gòu)鋼被廣泛用于橋梁建設(shè)中，鐵路或公路橋梁承受車輛的沖擊載荷，所以要求橋梁鋼必須有較高的強(qiáng)度、韌性及良好的抗疲勞性能。根據(jù)目前天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱天鋼）中厚板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為了應(yīng)對市場挑戰(zhàn)，提高中厚板市場競爭力，利用中厚板廠蓄熱式加熱爐、高壓水除鱗機(jī)、ACC層流冷卻系統(tǒng)、熱矯直機(jī)、在線超聲波探傷等先進(jìn)設(shè)備，以降低成本和保證性能為原則，研制并開發(fā)了Q370qE鋼板。

1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

碳元素是決定碳鋼加熱冷卻后組織和性能的主要元素[1]，在亞共析鋼中，隨著碳含量增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降，耐腐蝕性能降低，同時使碳鋼的焊接性能變壞，所以碳含量設(shè)計(jì)應(yīng)該在不影響強(qiáng)度的基礎(chǔ)上適量降低。

在碳鋼中，錳元素屬于有益元素，作為脫氧除硫的元素加入鋼中，可以消除S的有害影響，而且錳元素可以提高鋼經(jīng)熱軋后的硬度和強(qiáng)度，所以錳元素應(yīng)適量提高。

P、S對于橋梁鋼來說都是有害元素，所以要盡量降低P、S的含量。S的最大危害是引起鋼在熱加工時開裂，即所謂的熱脆。P主要影響鋼的塑性和韌性，特別是低溫條件下鋼的沖擊韌性明顯降低，即鋼產(chǎn)生冷脆性。

橋梁用結(jié)構(gòu)鋼Q370q共分為C、D、E三個質(zhì)量等級，其中Q370qE是Q370q系列中質(zhì)量等級最高的鋼種，所以要求Q370qE必須有較高的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性、抗疲勞能力并且使生產(chǎn)成本降到最低，所以加入適量Nb元素，通過它的微合金化作用，抑制鋼板的再結(jié)晶，細(xì)化晶粒，提高鋼種的綜合性能。由于P元素和S元素是有害元素，所以應(yīng)該盡量降低P和S的含量。

橋梁用結(jié)構(gòu)鋼Q370qE設(shè)計(jì)成分見表1。

2 工藝流程及相關(guān)工藝參數(shù)

2.1 工藝流程（見圖1）

2.2 冶煉工藝

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉：終點(diǎn)C目標(biāo)控制在大于等于0.05%，P控制在0.010%以下。出鋼溫度控制在1 650～1 670℃范圍內(nèi)。使用低碳硅錳、中碳錳鐵和鈮鐵進(jìn)行充分合金化，鋼芯鋁充分脫氧，鋼水到達(dá)LF爐精煉站的目標(biāo)溫度為1 540～1 570℃。

表1 Q370qE化學(xué)成分

圖1 Q370qE工藝流程圖

（2）LF精煉：轉(zhuǎn)爐冶煉后為了進(jìn)一步去除鋼水中的夾雜物與氣體，使得成分均勻，對鋼水進(jìn)站后進(jìn)行吹氬處理，根據(jù)鋼水實(shí)際情況，加入精煉渣料和還原劑，盡快形成白渣，之后取鋼水樣做全面分析，調(diào)整成分。白渣精煉保持時間≥20 min。

（3）精煉爐喂Al絲180～240 m，3 min后喂CaSi絲350～450 m。喂絲完畢出站前軟吹氬≥10 min，軟吹氬結(jié)束到連鑄開澆時間間隔≥5 min。

2.3 連鑄工藝

（1）連鑄過程采用全程保護(hù)澆注，使用鋁碳套管，專用保護(hù)渣。鑄機(jī)中間包控制溫度：（1 540±10）℃。

（2）整個澆注過程要求保持拉速穩(wěn)定。鑄坯厚度180/200/250 mm，拉速控制范圍分別為1.0～1.6 m/ min、1.0～1.5 m/min、0.8～1.4 m/min。

（3）為了避免Nb（C、N）大量析出，消除矯直裂紋，防止鑄坯局部過冷，結(jié)晶器的冷卻水量采用弱冷，矯直溫度高于950℃。

（4）鑄坯單獨(dú)堆垛48 h以后再攤開檢驗(yàn)，每爐取1塊低倍試樣。

2.4 加熱工藝

制定加熱工藝應(yīng)考慮碳鋼的粗化溫度、固溶溫度及加熱后的變形抗力等特點(diǎn)，由于Nb鋼粗化溫度為1 150℃，Al鋼粗化溫度為1 100℃；Nb鋼固溶溫度為1 150～1 180℃，所以實(shí)際加熱時間不小于3 h[2]。同時，為防止晶粒過分長大，采用（1 180±20）℃的加熱溫度，為了保證鋼板的沖擊韌性指標(biāo)，溫度需嚴(yán)格控制。

2.5 軋制工藝

為了提高鋼板的性能，采用控軋工藝。軋制采用兩階段軋制工藝[3]，為保障奧氏體發(fā)生充分再結(jié)晶，細(xì)化晶粒，粗軋采用慢速、大壓下，道次壓下率控制在15%～22%。精軋階段累積壓下率不小于50%，終軋溫度控制在790～830℃，然后快速進(jìn)入層流冷卻，防止晶粒長大。實(shí)際的控制軋制參數(shù)見表2。

表2 Q370qE試制控制軋制工藝參數(shù)

3 力學(xué)性能和顯微組織

3.1 力學(xué)性能

表3為國標(biāo)GB/T 714—2008中規(guī)定的橋梁結(jié)構(gòu)鋼Q370qE的力學(xué)性能值。表4為中厚板廠對本次試軋的Q370qE鋼板進(jìn)行拉伸和沖擊力學(xué)性能檢測結(jié)果，具體力學(xué)性能見表4。

表3 Q370qE力學(xué)性能要求

表4 Q370qE力學(xué)性能檢測結(jié)果

從表4數(shù)據(jù)可以看出，以上3種規(guī)格鋼板的力學(xué)性能均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 714—2008中Q370qE性能要求，特別是低溫沖擊功較高，富余量較大。

3.2 顯微組織

圖2（a）、（b）、（c）所示分別為16 mm、30 mm與50 mm鋼板試樣的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。可以看出，1#組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，5#組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，7#組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體。實(shí)際晶粒度為9.0～10.0級，夾雜物控制的水平比較好，大部分控制在1.5級以下。由于本次試制出現(xiàn)了層流過冷的情況，出現(xiàn)了少量的貝氏體，所以鋼板的整體強(qiáng)度偏高，富余量比較大。

4 結(jié)果分析

從力學(xué)性能和金相組織可以看出，試制的厚度規(guī)格為16、30和50 mm的Q370qE橋梁結(jié)構(gòu)鋼各項(xiàng)性能及顯微組織均取得了較好的效果。成分設(shè)計(jì)中加入了Nb，發(fā)揮了Nb的細(xì)晶強(qiáng)化作用，使得晶粒細(xì)化。

在鋼板的軋制階段主要采用了兩階段軋制，第一階段是在奧氏體形變與再結(jié)晶反復(fù)交錯進(jìn)行的階段，單道次變形量增大到足以發(fā)生完全再結(jié)晶，且總壓下量在60%以上，使奧氏體晶粒細(xì)化。第二階段在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，軋制后奧氏體晶粒被拉長的同時產(chǎn)生了變形帶和大量位錯。與再結(jié)晶相比，有效晶界面積及單位有效晶界面積的形核率都增加了，轉(zhuǎn)變后得到細(xì)小的鐵素體晶粒[4]。

圖216 mm、30 mm和50 mm鋼板試樣的顯微組織

控制冷卻是通過控制軋后鋼板的冷卻過程，有效控制奧氏體晶粒長大，細(xì)化奧氏體組織。該過程通過調(diào)整冷卻速度、輥道速度以及終冷溫度，得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，從而提高鋼板的綜合力學(xué)性能[5]。

5 結(jié)論

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司為應(yīng)對市場挑戰(zhàn)，提升自身市場競爭力以及中厚板生產(chǎn)線生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)品檔次，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以降低成本為原則，通過合理確定化學(xué)成分體系，利用控軋控冷生產(chǎn)工藝技術(shù)并且加入少量的微合金元素，研制開發(fā)出規(guī)格為16 mm、30 mm和50 mm的Q370qE橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板，其力學(xué)性能完全符合國標(biāo)GB/T 714—2008的要求，金相顯微組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，晶粒細(xì)小，沖擊性能優(yōu)異，其質(zhì)量等級和綜合指標(biāo)均達(dá)到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的較高水平，可滿足用戶更高層次的使用要求。該研制開發(fā)工藝路線設(shè)定合理可行，可依照此化學(xué)成分設(shè)定體系和工藝路線進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。

[1]宋維錫.金屬學(xué)[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：275-277.

[2]商存亮，韋弦，王立群，等.安鋼低成本100 J低溫沖擊功Q370qE的開發(fā)[J].寬厚板，2010，16（1）：15-17.

[3]王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995：99-126.

[4]王生朝.中厚板生產(chǎn)使用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：164-166.

[5]駱春民，董天真.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板Q390E的研制生產(chǎn)[J].天津冶金，2008（4）：14-17.

Development ofQ370qE Structure Steel Plate Used for Bridge Construction

XU Zhuang,XU Qian and XIN Hai-xi
Technology Center,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

TISCO developed Q370qE high graded bridge structure steel plate in order to improve plate production capacity and optimize product structure.This paper expounds the trial process of the said plate in TISCO Plate Mill.Through the reasonable determination of micro-alloying composition system, smelting and continuous casting process,controlled rolling and cooling process,Q370qE bridge steel plate with good comprehensive mechanical properties was successfully rolled,its microstructure and mechanical properties present its uniform and stable performance that totally met the requirements by GB/T 714-2008 Standard.Its low temperature impact toughness is especially excellent.This demonstrates that the developed process route for Q370qE bridge structure steel plate is reasonable and feasible and can be utilized in scale production.

plate;micro-alloying;Thermal Mechanical Control Processing(TMCP);mechanical property;microstructure; development

徐壯（1985—），男，四川廣安人，主要從事新產(chǎn)品的開發(fā)工作，E-mail：xuzhuang_0401@163.com。

（收稿 2012－05－21 編輯 潘娜）