季長慧，云新亮，韓昊南，劉東宇

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，天津300301）

1 引言

Q345R鋼板（根據(jù)2008年9月1日實(shí)施的GB713-2008的新分類，將 16Mng和 16MnR、19MnR合并為Q345R[1]）是屈服強(qiáng)度為265～340 MPa級(jí)的壓力容器專用鋼板，它是我國目前用途最廣、用量最大的鍋爐壓力容器專用鋼板，主要用于鍋爐容器及中常溫壓力容器受壓元件的制造，其特有的耐壓性能是保證壓力容器安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此要求其具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，對(duì)鋼中磷、硫含量的要求應(yīng)低于Q345（16Mn）鋼中的磷、硫含量，在保證鋼板內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)提高鋼板的抗拉強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性等性能。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱天鋼）近年來將Q345R鋼板列為壓力容器用鋼板的主要生產(chǎn)品種，且年銷售量呈上升趨勢(shì)（2010—2013年銷售量從7100t提高到15000t），但隨著銷售量的增加，不可避免的出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。針對(duì)用戶使用中出現(xiàn)的問題，公司上下積極分析原因，制定對(duì)策，更有效地避免了相同質(zhì)量問題的重復(fù)發(fā)生。這不僅為企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，同時(shí)也為公司贏得了信譽(yù)，更為用戶解決了實(shí)際問題。

2 Q345R鋼板存在的主要質(zhì)量問題

根據(jù)走訪用戶得到的反饋信息，天鋼Q345R鋼板在用戶使用過程中主要存在以下突出的質(zhì)量問題。

2.1 鋼板分層

厚度為36 mm的鋼板在切割過程中發(fā)現(xiàn)鋼板斷面上呈現(xiàn)出一條不連續(xù)較平行的小縫隙，初步認(rèn)定為鋼板分層（見圖1）。

圖1 分層取樣實(shí)物照片

2.2 表面有凹坑

厚度為16 mm的鋼板表面有斷續(xù)的壓入狀小凹坑，深度為 0.6～1.5 mm（見圖 2）。

圖2 凹坑取樣實(shí)物照片

3 Q345R鋼板質(zhì)量問題產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施

3.1 鋼板分層

3.1.1 原因分析

技術(shù)人員從現(xiàn)場取回鋼板分層試樣進(jìn)行了化學(xué)成分、力學(xué)性能及拉伸斷口的分析檢測，化學(xué)成分及性能檢測結(jié)果見表1，拉伸斷口電鏡分析見圖3和圖4。

表1 化學(xué)成分及性能數(shù)據(jù)檢測結(jié)果

從上述表中化學(xué)成分檢測的結(jié)果看，S元素含量為0.025%，高于國家標(biāo)準(zhǔn)，更高于廠內(nèi)的控制標(biāo)準(zhǔn)（≤0.015%），其他各元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

從力學(xué)性能實(shí)測結(jié)果看，屈服、抗拉強(qiáng)度合格但偏低，伸長率不合格，韌性指標(biāo)較好。

采用掃描電鏡觀察拉伸斷口低倍形貌，發(fā)現(xiàn)試樣心部分層現(xiàn)象嚴(yán)重，觀察斷口分層區(qū)，分層區(qū)可見大量條片狀?yuàn)A雜物如圖3，經(jīng)能譜分析條片狀?yuàn)A雜為MnS夾雜，見圖4。

圖3 試樣分層區(qū)Mn S夾雜

圖4 試樣分層區(qū)Mn S夾雜能譜

通過對(duì)上述檢測結(jié)果的分析，初步認(rèn)為導(dǎo)致Q345R鋼板出現(xiàn)分層與鋼中S元素含量超標(biāo)有關(guān)，導(dǎo)致鋼水在凝固過程中S與Mn元素形成了硫化物夾雜，隨著中心偏析帶內(nèi)硫化物的聚集，鋼中會(huì)產(chǎn)生夾雜導(dǎo)致的裂紋，由于夾雜物與基體界面的結(jié)合力較弱，所以在軋制時(shí)夾雜物和基體脫離并不斷的受到擠壓，使內(nèi)部縫隙變大，破壞了鋼板的連續(xù)性，不僅影響了鋼板的伸長率，而且導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)了分層。其次是鋼板在軋制時(shí)，壓縮比小，導(dǎo)致鋼坯中小的內(nèi)生夾雜物、疏松、縮孔等在軋制時(shí)沒有完全焊合，隨著變形的進(jìn)行，空洞變大，最后演變成分層[2]。

3.1.2 改進(jìn)措施

因鋼板分層主要是由于硫化物夾雜的聚集而形成，因此，降低鋼中硫含量是減少鋼板分層的主要途徑之一，具體如下：

（1）強(qiáng)化精煉過程脫硫和鈣處理操作。為進(jìn)一步減少鑄坯中的硫化物呈串狀聚集，必須強(qiáng)化對(duì)鋼水中硫含量的控制，通過改進(jìn)鐵水預(yù)處理與LF操作，降低鋼水中硫含量，減少硫化物，從而減少串狀硫化物夾雜物產(chǎn)生，提高了鑄坯自身的純凈度。

（2）要保證足夠的軟吹氬時(shí)間、鎮(zhèn)靜時(shí)間以及LF爐合成渣精煉時(shí)間，以加速夾雜物的上浮速度，使鋼中小的硫化物等夾雜得到清除。

（3）保證連鑄坯的潔凈度，連鑄采用全程保護(hù)澆注。

（4）采用輕壓下工藝，減少鋼中S、Mn等元素的偏析，保證鋼坯成分均勻性。

（5）適當(dāng)增大初軋階段的壓縮比，有利于鑄坯內(nèi)部缺陷的焊合，使鋼板內(nèi)部的組織更均勻，夾雜更細(xì)小，分布更彌散，以提高鋼板的綜合性能，同時(shí)降低鋼板出現(xiàn)分層的概率。

3.2 凹坑

3.2.1 原因分析

通過現(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn)凹坑深度大于用戶協(xié)議中規(guī)定的0.5 mm,因此無法修磨使用。這種鋼板表面缺陷按照其特點(diǎn)及形成的原因，分析認(rèn)為主要是鋼坯在加熱時(shí)受熱溫度不均或加熱溫度過高造成鋼坯氧化嚴(yán)重，在表面形成較厚的氧化鐵皮層，進(jìn)而在軋制中氧化鐵皮呈片狀或塊狀等形態(tài)被壓入鋼板本體，軋制后鋼板表面的氧化鐵皮冷卻收縮，在受到震動(dòng)時(shí)脫落，形成了形態(tài)各異、大小不一、深淺不同的小凹坑和凹痕[2]。

3.2.2 改進(jìn)措施

控制好加熱爐的溫度波動(dòng)以及高溫氧化階段的溫度、氧化氣氛和時(shí)間，并在軋制時(shí)加強(qiáng)除鱗，盡可能將鋼板表面氧化鐵皮去除干凈，可有效預(yù)防和減少鋼板表面出現(xiàn)凹坑。具體如下：

（1）按照坯料規(guī)格的不同合理控制加熱爐各段加熱溫度、加熱速度和加熱時(shí)間，確保鋼坯加熱溫度及出鋼溫度，同時(shí)在保證鋼坯加熱溫度均勻的基礎(chǔ)上合理控制煤氣、空氣的配比，提高燃燒的充分性，避免因鋼坯在加熱爐高溫段停留時(shí)間過長或加熱溫度過高，造成鋼坯表面過度氧化，最后形成過厚的氧化鐵皮[2]。

（2）加大鋼坯出爐后高壓水除鱗的壓力，確保鋼坯上、下表面的除鱗效果，有效地減少鋼坯表面的氧化鐵皮。

（3）在軋制過程中，合理的控制軋機(jī)的軋制力，同時(shí)配合采用機(jī)架冷卻水對(duì)鋼板進(jìn)行二次除鱗，避免軋制時(shí)氧化鐵皮壓入本體對(duì)鋼板造成傷害。

4 改進(jìn)后效果

4.1 減少了鋼坯中硫化物含量

進(jìn)行LF爐底吹氬，將吹氬時(shí)間調(diào)整為≥15 min，配合高堿度強(qiáng)還原性合成渣，創(chuàng)造極為優(yōu)越的脫硫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，使上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時(shí)可以將粘附懸浮于鋼水中的夾雜物帶至鋼水表面被渣層所吸收，有效地將S元素含量控制在0.005%以下，O元素含量降到0.002%以下，有效地減少了鋼坯內(nèi)硫化物等夾雜的形成。

4.2 增強(qiáng)了細(xì)小硫化物的焊合效果

近年來對(duì)冶煉過程中難以避免的內(nèi)生夾雜物，采用提高軋制壓縮比的方法，將板坯尺寸由160 mm×1600～2100 mm 調(diào)整到 180～250 mm×1600～2100 mm，基本保證壓縮比在6左右，這對(duì)細(xì)小夾雜物的焊合起到了一定的作用[3]。

4.3 有效控制了氧化鐵皮的生成

加熱爐各段爐溫采用高溫?zé)犭娕歼M(jìn)行檢測，并每小時(shí)記錄一次，確保各段爐溫的穩(wěn)定性；同時(shí)對(duì)熱送鋼坯的加熱時(shí)間要進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免過燒過熱現(xiàn)象導(dǎo)致鋼板形成過度氧化鐵皮。鋼坯出爐后采用壓力為23 MPa的高壓水進(jìn)行一次除鱗，并且在軋制過程采用機(jī)架二次除鱗，有效地解決了鋼板因表面氧化鐵皮引起的凹坑。

5 用戶評(píng)價(jià)

通過對(duì)用戶使用情況的跟蹤調(diào)查，一致認(rèn)為天鋼目前生產(chǎn)的Q345R鋼板化學(xué)成分均勻、成分波動(dòng)小、表面光潔、無壓痕、凹坑、裂紋小，表面質(zhì)量良好，使用性能可靠，產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足用戶的使用需求，得到用戶的認(rèn)可和好評(píng)。

6 結(jié)論

針對(duì)用戶提出的質(zhì)量問題，天鋼技術(shù)人員及時(shí)查找分析原因，實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)措施，使Q345R鋼板產(chǎn)品質(zhì)量得到了穩(wěn)定，性能得到了提高，杜絕了此類質(zhì)量問題的再度發(fā)生。隨著企業(yè)創(chuàng)新能力的不斷提升，操作水平的日益提高，目前我公司已形成穩(wěn)定的Q345R鋼板生產(chǎn)工藝線，并具備規(guī)?；a(chǎn)能力，產(chǎn)品大量銷往河北、山東和安徽等地，不僅贏得了用戶，更占有了市場，而且為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，更為“天鋼”的品牌效益得到了最大化。

[1]張希元，崔風(fēng)平.中厚板外觀缺陷的種類、形態(tài)及成因[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：5-6，70-71.

[2]劉天佑.鋼材質(zhì)量檢驗(yàn).金相檢驗(yàn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002：56-57.