王佩鑫

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

目前中厚板市場(chǎng)產(chǎn)能過剩，但厚板需求卻難以滿足，用量相對(duì)較大且附加值較高。天鋼中厚板廠為了進(jìn)一步提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提升鋼板質(zhì)量，在現(xiàn)有設(shè)備條件下，選用250 mm厚的板坯進(jìn)行軋制生產(chǎn)，通過優(yōu)化成分，設(shè)計(jì)煉鋼、連鑄和軋制工藝以及軋機(jī)潛能釋放，采用高溫低速大壓下的工藝路線，實(shí)現(xiàn)了80 mm厚規(guī)格Q345E鋼板的軋制生產(chǎn)。

1 成分設(shè)計(jì)

厚規(guī)格Q345E鋼板的工藝性能與成分控制息息相關(guān)，化學(xué)成分設(shè)計(jì)如表1所示。通過在鋼中加入適量的Nb和V，以實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒、析出強(qiáng)化的目的。Nb在加熱過程中固溶于奧氏體中，可延緩?qiáng)W氏體再結(jié)晶，起到細(xì)化晶粒的作用。由于Nb在高溫過程幾乎不析出，因此，鋼中加入的Nb在加速冷卻后，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程中起到沉淀強(qiáng)化的作用。V在900℃左右以V（CN）第二相形式析出，起到第二相強(qiáng)化的作用，同時(shí)能有效阻止晶粒的長(zhǎng)大，改善鋼的強(qiáng)韌性和延伸率。

表1 生產(chǎn)用Q345E鋼的化學(xué)成分 /%

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 冶煉工藝控制

冶煉過程中，轉(zhuǎn)爐加強(qiáng)終點(diǎn)出鋼操作，保證溫度與成分雙命中，嚴(yán)格控制P的含量，LF精煉采取白渣操作，加強(qiáng)底吹攪拌，降低鋼中自由氧，進(jìn)一步降低S含量，保證鋼水的純凈度，以確保Q345E的強(qiáng)度與沖擊韌性符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 連鑄工藝控制

采用250 mm斷面的連鑄坯軋制生產(chǎn)80 mm厚鋼板。鑄坯的質(zhì)量直接影響鋼板厚度方向性能，因此在連鑄過程中，采用了多種措施以提高用于軋制厚板的鑄坯。研究表明[1]，連鑄過程采用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，可以明顯改善鑄坯的中心偏析，將鑄坯的中心偏析和中心疏松的級(jí)別控制在一個(gè)良好水平。因此，為了改善鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，連鑄機(jī)采用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，以減輕或消除鑄坯中心偏析和疏松。為了防止或減輕鑄坯凝固過程中柱狀晶搭橋，擴(kuò)大等軸晶區(qū)，進(jìn)一步減輕鑄坯中心的偏析程度，生產(chǎn)過程中也采用了電磁攪拌技術(shù)。同時(shí)，為了保證鑄坯的表面質(zhì)量，應(yīng)確保拉速穩(wěn)定。

2.3 軋制工藝控制

軋制厚規(guī)格鋼板時(shí)，由于軋制的總壓縮比小、心部變形量較薄規(guī)格鋼板小，中心疏松與偏析缺陷難以消除，因此在軋制過程中應(yīng)注重增加對(duì)心部變形的滲透，采用高溫低速大壓下的工藝制度，通過增加鋼板的心部變形量，提高鋼板的中心質(zhì)量，進(jìn)而保證鋼板心部力學(xué)性能良好和探傷合格。因此，對(duì)加熱制度、軋制溫度和壓下規(guī)程分別進(jìn)行以下優(yōu)化。

2.3.1 加熱制度

選用250 mm厚的板坯軋制生產(chǎn)80 mm厚規(guī)格鋼板，加熱溫度的控制非常重要。為保證加熱溫度的均勻性及鑄坯心部高溫度的需求，連鑄坯采用熱送熱裝入爐，同時(shí)鑄坯在加熱爐采用高溫加熱，加熱時(shí)間控制在4.0～4.5h，以確保板坯上下表面和板坯內(nèi)外溫度的均勻性。研究表明[2]，加熱溫度對(duì)含Nb鋼的強(qiáng)度影響非常敏感。Nb的固溶溫度比較高，只有在較高的加熱溫度下，才能實(shí)現(xiàn)Nb元素的有效固溶，但加熱溫度過高，原始奧氏體晶粒會(huì)急劇長(zhǎng)大，因此實(shí)際加熱溫度不能過高。綜合考慮上述因素，加熱溫度控制在1 200～1 280℃，均熱階段溫度控制在1 200～1 250℃。具體加熱溫度制度如表2所示。

2.3.2 軋制溫度

軋制過程中確保精軋開軋溫度控制在890～930℃，終軋溫度在900℃以下。加熱過程與軋制過程的溫度按照表3要求嚴(yán)格控制。

2.3.3 軋制規(guī)程

對(duì)于厚規(guī)格鋼板而言，鋼板心部質(zhì)量的控制最為關(guān)鍵。為了保證鋼板厚度中心的質(zhì)量與性能，應(yīng)有效提高中心滲透變形率。研究表明[3]，隨著形狀比的增加，鋼板中心滲透變形率增大，厚板生產(chǎn)過程中應(yīng)依據(jù)生產(chǎn)條件盡量提高單道次軋制形狀比。因此，對(duì)軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化，增加道次壓下量，降低軋制速度，以保證精軋軋制溫度和鋼板心部變形滲透。粗軋最大道次壓下量達(dá)到35 mm，最小軋制速度為1.2 m/s，同時(shí)，精軋末道次壓下量不超過15%，最大軋制速度不超過2 m/s，以防止鋼板出現(xiàn)頭部下扣和浪形等問題。

2.3.4 冷卻制度

厚板經(jīng)連續(xù)軋制，終軋后溫度較高，晶粒容易長(zhǎng)大。研究表明[4]，厚板終軋后采用加速冷卻，可以使鋼中鐵素體晶粒明顯細(xì)化。因此，本次試驗(yàn)生產(chǎn)終軋后立即采用加速冷卻，通過充分利用現(xiàn)有的ACC設(shè)備，合理控制冷卻制度，細(xì)化晶粒，改善晶粒組織，從而有效提高鋼的強(qiáng)度和韌性，確保延伸率?？刂迫雽恿骼鋮s溫度≥780℃，冷卻速度為10～15℃/s，終冷溫度控制在600～650℃，返紅溫度≤700℃。

3 生產(chǎn)結(jié)果

3.1 軋制情況

在天鋼3500軋機(jī)生產(chǎn)線試驗(yàn)軋制了80 mm厚Q345E鋼板，寬度為2 300 mm。采用粗精軋3/7進(jìn)行軋制，粗軋前兩道次為展寬道次，保證縱軋道次壓下率不小于13%，精軋中間坯厚度200 mm，累積壓下率60%。各段溫度控制較為穩(wěn)定，其中精軋開軋溫度為930℃，軋制過程中溫降較慢，平均終軋溫度在890℃；終冷溫度控制在670～690℃，符合預(yù)期要求，返紅溫度約40℃左右，屬正常范圍。

表2 Q345E加熱溫度制度

表3 厚規(guī)格鋼板軋制溫度制度

3.2 金相組織

抽取試樣分析不同厚度位置的金相組織，以分析鋼板厚度方向的性能。從圖1中金相組織上可以看出，組織為均勻的鐵素體和珠光體，厚度1/4處組織呈帶狀分布，但帶狀級(jí)別不高，晶粒較為細(xì)小、均勻。心部由于存在偏析，導(dǎo)致心部珠光體顆粒較粗且分布不均勻。由金相組織說明，此次軋制取得了一定的效果，組織整體晶粒度較細(xì)，帶狀組織控制較好，但心部仍有偏析造成的組織不均勻的情況。

圖1 80 mm厚Q345E鋼板的金相組織

3.3 力學(xué)性能

80 mm厚Q345E鋼板的力學(xué)性能如表4所示。從表6可以看出，兩種軋制工藝條件下鋼板性能均能滿足鋼種的標(biāo)準(zhǔn)要求。

從鋼板的性能可以看出，本次試制鋼板的力學(xué)性能穩(wěn)定，且均達(dá)到Q345E級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，其中-20℃及-40℃沖擊功均有較大富余量，Z向平均值在55%以上。

4 結(jié)論

生產(chǎn)結(jié)果表明：通過優(yōu)化成分和軋制工藝，可以實(shí)現(xiàn)250 mm板坯生產(chǎn)80 mm厚規(guī)格Q345E鋼板。采用Nb、V微合金化以及高溫低速大壓下工藝，能夠明顯改善80 mm厚規(guī)格Q345E鋼板中心的組織，特別是鋼板厚度中心位置的疏松缺陷得到了明顯改善，軋制過程已基本消除了原始鑄坯心部疏松所帶來的缺陷。采用Nb、V微合金化以及高溫低速大壓下工藝生產(chǎn)的80 mm厚規(guī)格Q345E鋼板能夠滿足強(qiáng)度要求，具有良好的沖擊韌性和Z向性能，力學(xué)性能各項(xiàng)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表4 鋼板的力學(xué)性能