天鋼Q345R鋼板質量調查及改進

季長慧，云新亮，韓昊南，劉東宇

（天津鋼鐵集團有限公司生產技術部，天津300301）

1 引言

Q345R鋼板（根據2008年9月1日實施的GB713-2008的新分類，將 16Mng和 16MnR、19MnR合并為Q345R[1]）是屈服強度為265～340 MPa級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行的關鍵因素。因此要求其具有良好的綜合力學性能和工藝性能，對鋼中磷、硫含量的要求應低于Q345（16Mn）鋼中的磷、硫含量，在保證鋼板內在質量的同時提高鋼板的抗拉強度、伸長率、沖擊韌性等性能。天津鋼鐵集團有限公司（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品種，且年銷售量呈上升趨勢（2010—2013年銷售量從7100t提高到15000t），但隨著銷售量的增加，不可避免的出現一些質量問題。針對用戶使用中出現的問題，公司上下積極分析原因，制定對策，更有效地避免了相同質量問題的重復發生。這不僅為企業的產品質量得到了提高，同時也為公司贏得了信譽，更為用戶解決了實際問題。

2 Q345R鋼板存在的主要質量問題

根據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量問題。

2.1 鋼板分層

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

圖1 分層取樣實物照片

2.2 表面有凹坑

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

圖2 凹坑取樣實物照片

3 Q345R鋼板質量問題產生原因及改進措施

3.1 鋼板分層

3.1.1 原因分析

技術人員從現場取回鋼板分層試樣進行了化學成分、力學性能及拉伸斷口的分析檢測，化學成分及性能檢測結果見表1，拉伸斷口電鏡分析見圖3和圖4。

表1 化學成分及性能數據檢測結果

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

從力學性能實測結果看，屈服、抗拉強度合格但偏低，伸長率不合格，韌性指標較好。

采用掃描電鏡觀察拉伸斷口低倍形貌，發現試樣心部分層現象嚴重，觀察斷口分層區，分層區可見大量條片狀夾雜物如圖3，經能譜分析條片狀夾雜為MnS夾雜，見圖4。

圖3 試樣分層區Mn S夾雜

圖4 試樣分層區Mn S夾雜能譜

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

3.1.2 改進措施

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）強化精煉過程脫硫和鈣處理操作。為進一步減少鑄坯中的硫化物呈串狀聚集，必須強化對鋼水中硫含量的控制，通過改進鐵水預處理與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生，提高了鑄坯自身的純凈度。

（2）要保證足夠的軟吹氬時間、鎮靜時間以及LF爐合成渣精煉時間，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）適當增大初軋階段的壓縮比，有利于鑄坯內部缺陷的焊合，使鋼板內部的組織更均勻，夾雜更細小，分布更彌散，以提高鋼板的綜合性能，同時降低鋼板出現分層的概率。

3.2 凹坑

3.2.1 原因分析

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

3.2.2 改進措施

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

（1）按照坯料規格的不同合理控制加熱爐各段加熱溫度、加熱速度和加熱時間，確保鋼坯加熱溫度及出鋼溫度，同時在保證鋼坯加熱溫度均勻的基礎上合理控制煤氣、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，合理的控制軋機的軋制力，同時配合采用機架冷卻水對鋼板進行二次除鱗，避免軋制時氧化鐵皮壓入本體對鋼板造成傷害。

4 改進后效果

4.1 減少了鋼坯中硫化物含量

進行LF爐底吹氬，將吹氬時間調整為≥15 min，配合高堿度強還原性合成渣，創造極為優越的脫硫熱力學和動力學條件，使上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時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硫化物等夾雜的形成。

4.2 增強了細小硫化物的焊合效果

近年來對冶煉過程中難以避免的內生夾雜物，采用提高軋制壓縮比的方法，將板坯尺寸由160 mm×1600～2100 mm 調整到 180～250 mm×1600～2100 mm，基本保證壓縮比在6左右，這對細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熱電偶進行檢測，并每小時記錄一次，確保各段爐溫的穩定性；同時對熱送鋼坯的加熱時間要進行嚴格控制，避免過燒過熱現象導致鋼板形成過度氧化鐵皮。鋼坯出爐后采用壓力為23 MPa的高壓水進行一次除鱗，并且在軋制過程采用機架二次除鱗，有效地解決了鋼板因表面氧化鐵皮引起的凹坑。

5 用戶評價

通過對用戶使用情況的跟蹤調查，一致認為天鋼目前生產的Q345R鋼板化學成分均勻、成分波動小、表面光潔、無壓痕、凹坑、裂紋小，表面質量良好，使用性能可靠，產品實物質量優于國家標準，完全滿足用戶的使用需求，得到用戶的認可和好評。

6 結論

針對用戶提出的質量問題，天鋼技術人員及時查找分析原因，實施相應的改進措施，使Q345R鋼板產品質量得到了穩定，性能得到了提高，杜絕了此類質量問題的再度發生。隨著企業創新能力的不斷提升，操作水平的日益提高，目前我公司已形成穩定的Q345R鋼板生產工藝線，并具備規模化生產能力，產品大量銷往河北、山東和安徽等地，不僅贏得了用戶，更占有了市場，而且為企業創造了顯著的經濟效益，更為“天鋼”的品牌效益得到了最大化。

[1]張希元，崔風平.中厚板外觀缺陷的種類、形態及成因[M].北京：冶金工業出版社，2005：5-6，70-71.

[2]劉天佑.鋼材質量檢驗.金相檢驗[M].北京：冶金工業出版社，2002：56-57.