秦 軍，王 勇，陳曉山

(新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部)

前言

Q355B 低合金中厚板廣泛應(yīng)用于橋梁建造、 建筑工程、機(jī)械制造、鍋爐爐殼爐板、壓力容器、造船工業(yè)、汽車工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域[1]。低合金中厚板產(chǎn)品是新疆八鋼公司長(zhǎng)期生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)品，能批量穩(wěn)定生產(chǎn)8～50mmQ355B低合金高強(qiáng)度鋼板，并獲得了穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益。

2020年下半年Q355B 18～30mm低合金高強(qiáng)度鋼板材在生產(chǎn)過程中存在性能不穩(wěn)定的情況，主要表現(xiàn)延伸率不合格，影響合同交期。通過采用金相分析等方法，對(duì)造成延伸不合格的原因進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)措施。

1 Q355B生產(chǎn)流程及主要技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)流程:鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→ LF 爐精煉→板坯連鑄→加熱爐加熱→軋制

煉鋼生產(chǎn)主要工藝控制：(1) 轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水條件S ≤0.030%，P≤0.018%；(2)LF 精煉采用鈣處理，加精煉渣，吹氬精煉方式；(3)連鑄采用全程保護(hù)澆鑄。

其中，連鑄機(jī)半徑為 9m，平均工作拉速為0.84 m /min，鑄坯斷面為 250 mm ×1800 mm。

Q355B鋼板執(zhí)行 GB/T 15191-2018標(biāo)準(zhǔn)，主要成分要求及力學(xué)性能要求見表1。

表1 Q355B鋼板主要成分要求及力學(xué)性能要求(GB/T 1591-2018)

2 拉伸不合格 Q355B 低合金中厚板的檢測(cè)

為查找原因，對(duì)出現(xiàn)拉伸不合格的 Q355B 鋼中厚板進(jìn)行取樣分析。

(1)化學(xué)成分檢測(cè)。磨制試樣，用 SPECRTO-LAB M9 型光電直讀光譜儀對(duì)鋼板化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)。

拉伸不合格的Q355B鋼中厚板的化學(xué)成分分析見表2，均符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1591-2018要求。

表2 拉伸不合格 Q355B鋼中厚板的化學(xué)成分 %

(2)金相分析。在樣品缺陷部位、正常部位分別截取金相試樣磨制、拋光，在 GX51 金相顯微上進(jìn)行金相分析。

3 原因分析

3.1 斷口分析

選擇八鋼公司生產(chǎn)的兩批典型的性能不合的18～30mmQ355B試樣，其性能統(tǒng)計(jì)如表 3。從表3可見，抗拉強(qiáng)度普遍偏高，均高于 530MPa，強(qiáng)度主要集中在 540～560MPa，而延伸率低于標(biāo)準(zhǔn)(20%)，可見延伸率(偏低)不合格是影響 Q355B性能合格率的主要原因。

表3 拉伸不合格Q355B的力學(xué)性能

兩批延伸不合試樣的拉伸斷口見圖1、圖2。根據(jù)對(duì)拉伸斷口附近區(qū)域取樣化驗(yàn)化學(xué)成分，與原連鑄成品樣成分進(jìn)行了對(duì)比(表4)。從表4可以看出，斷口樣1和2的S元素相比原成品成分增高3～4倍，認(rèn)為S元素的偏析富集是影響延伸率的重要原因。

表4 連鑄成品樣和斷口樣成分對(duì)比表 %

3.2 金相組織檢驗(yàn)

分別對(duì)延伸率不合格的試樣進(jìn)行金相組織分析， 兩個(gè)延伸率不合格的 Q355B金相組織分析結(jié)果見表5， 典型的金相組織見圖3。

表5 延伸不合試樣的組織金相分析

照片3 500x 照片4 100x

照片5 500x 照片6 100x

照片7 500x 照片8 100x

照片9 500x 照片10 100x

3.3 分析結(jié)論

通過試驗(yàn)檢測(cè)，綜合分析認(rèn)為，中心偏析嚴(yán)重，S元素在試樣斷口區(qū)域富集是造成試樣延伸不合的主要原因。

4 改進(jìn)措施及效果

中心偏析是宏觀偏析，往往與中心疏松相伴存在，降低了鋼的韌性和耐蝕性[2]。鑒于心部的偏析是造成延伸不合的主要原因，重點(diǎn)考慮降低心部的偏析?？紤]到Q355B強(qiáng)度富余量50～80MPa,而C、Mn均是強(qiáng)偏析元素，在強(qiáng)度富余的情況下有對(duì)C、Mn成分優(yōu)化的可能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，Q355B鋼化學(xué)成分中0.01%C貢獻(xiàn)約10MPa強(qiáng)度，0.01%Mn貢獻(xiàn)約1MPa?？紤]到如單獨(dú)優(yōu)化成分C成分至0.115%，將增大轉(zhuǎn)爐冶煉難度和板坯角裂風(fēng)險(xiǎn)。綜合評(píng)估后，采取了同時(shí)優(yōu)化C、Mn的方案，即降低0.015%C、0.20%Mn,預(yù)計(jì)強(qiáng)度降低35MPa。改進(jìn)前后的內(nèi)控成分對(duì)比見表6，改進(jìn)前后的性能對(duì)比見表7。

表6 改進(jìn)前后Q355B成分對(duì)比 %

表7 改進(jìn)優(yōu)化前后Q355B性能對(duì)比

從表6可以看出，成分優(yōu)化后合金成本降低約21元/噸鋼。從表7可以看出，改進(jìn)后Q355B的強(qiáng)度下降了約30MPa，但延伸率上升3%，延伸合格率由原來的81.3%提高到95.4%，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)束語

(1)斷口分析和金相組織分析表明，中心偏析嚴(yán)重，S元素在試樣斷口區(qū)域富集是造成試樣延伸不合的主要原因。

(2)根據(jù)八鋼現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在強(qiáng)度性能有富余量時(shí)，針對(duì)鋼板延伸不合的情況可通過對(duì)原成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法解決。同時(shí)優(yōu)化C、Mn成分含量，在不提升冶煉難度的前提下，適度降低整體強(qiáng)度，可增強(qiáng)鋼板韌性，提高延伸率和延伸合格率，同時(shí)可以降低合金成本，可降本增效。